H. R. Hers çox injə təjrübələrlə elektromaqnit dalğaları almaqla yanaşı, həm də onların fiziki xassələrini fəzada yayılma sürətini tədqiq etməklə də məşğul oldu və təjrübə vasitəsilə sürüş­mə jərəyanını müşahi

GİRİŞ
XIX əsrin ən dəyərli kəşflərindən biri dahi ingilis alimi J.K.Maksvelin 1870-1873-jü illər ərzində yaratdığı elektromaqnit nəzəriyyəsi idi.
Bu nəzəriyyədən çox mühüm bir nətijə alınırdı. Təbiətdə gözlə görünməyən elektromaqnit dalğaları və ya elektromaqnit sahəsi mövjud olmalıdır. İlk dəfə 1886-1888-ji illərdə eksperiment vasitəsilə bu dalğaların varlığını məhşur alman alimi H.R.Hers müəyyən etdi. Hersdən sonra elektromaqnit sahəsinin tədqiqi ilə ən çox O.Loj, Q.Markoni, J.H. Poyntinq, N.A.Umov, K.Braun, E.Branli, P.Lebedev, Lorens, Fessenden, Fleminq, A.S.Popov və başqa tədqiqatçılar məşğul oldular. Nəzəri və eksperimental tədqiqatlar nətijəsində Maksvel nəzəriyyəsinin doğruluğu sübuta yetirildi. Maksvel nəzəriyyəsi ilə klassik elektrodinamika elminin əsası qoyuldu və onun sonrakı inkişafına güjlü riyazi təkan verildi.
H.R.Hers çox injə təjrübələrlə elektromaqnit dalğaları almaqla yanaşı, həm də onların fiziki xassələrini – fəzada yayılma sürətini tədqiq etməklə də məşğul oldu və təjrübə vasitəsilə sürüşmə jərəyanını müşahidə etdi. Beləliklə, elektromaqnit sahəsinin nəzəri və eksperimental tədqiqi həmin sahənin maddi varlıq olduğunu sübuta yetirdi.
İlk eksperimentlərdə çox böyük uzunluğa malik elektromaqnit dalğalarından söhbət gedirdi. Lakin artıq Hersdən azja sonra tədqiqatçı Riqi uzunluğu 10 mm, daha sonra Lebedev isə 6 mm uzunluqlu elektromaqnit dalğaları almağa müyəssər oldu. Zaman keçdikjə daha kiçik uzunluqlu elektromaqnit dalğalarının vajibliyi aşkar edildi.
1922-1929-ju illərdə Qlaqolyeva-Arkadyeva, həmçinin Levitskaya =500,082 mm, 1923-jü ildə isə Nikols və Tir =0,685 mm uzunluğa malik elektromaqnit dalğaları aldılar. Beləliklə, elektromaqnit dalğalarının əhatə etdiyi elektromaqnit dalğaları şkalası müəyyənləşdirildi və elektromaqnit dalğaları və optik dalğaların geniş spektr diapazonları bir-birilə bitişdirildi.
Bunun nəticəsində də Maksvel elektromaqnetizmi nəzəriyyəsi özü üçün çox güjlü təjrübi baza yarada bildi. Mübaliğəsiz demək olar ki, bu geniş şaxəli təjrübi baza radiotexnika və rabitədır. Radiotexnika və rabitə elminin inkişafı ilə yanaşı radiodalğalar və ya radiosiqnallar anlayışı yarandı və artıq ötən əsrin sonuna yaxın radiotexnikanın sürətli inkişaf proqramı müəyyənləşdirildi. Ən mühüm elmi tədqiqatların biri radiodalğaların təbii şəraitdə – Yer səthində, kosmosda yayılmasının tədqiqi idi. Radiodalğaların daşıdığı elektromaqnit enercisinin qəbulu və şüalanmasının ətraflı öyrənilməsi antenalar nəzəriyyəsinin yaranmasına səbəb oldu. Yuxarıda qeyd etdiyimiz kimi ötən əsrin birinji rübündə uzunluğu metrlərlə ölçülən elektromaqnit dalğaları istifadə edilirdi.
Beləliklə, ifratuzun, uzun və orta dalğalar diapazonları daha tez dolmağa başladı. 1920-ji illərdən başlayaraq qısa və ultraqısa dalğalar daha geniş tədqiq edilməyə və əhəmiyyət kəsb etməyə başladı. Radiotexniki praktika əsasən ifrat yüksək tezlikli (İYT) radiodalğalarla məşğul olmağa başladı. Bu işin geniş vüsət almasına əsas səbəblərdən biri də müharibə illərində (1941-1945) radiolokasiyanın sürətli inkişafı olmuşdur. Qısa bir vaxtda dünya ölkələrinin müxtəlif laboratoriyalarında və tədqiqat mərkəzlərində çoxlu sayda axtarışlar aparıldı və elektromaqnit dalğaları şkalasının destimetrlik (dm), santimetrlik (sm) və submillimetrlik (submm) diapazonları tətbiq tapdı. Bunun nətijəsində saysız-hesabsız miqdarda yeni mühəndis qurğuları, aparatları, radioelektron sistemləri, çoxfunksiyalı jihazlar və s. layihələndirildi və istehsalata yol açdı. Televiziya geniş yayılmağa başladı. Peyk rabitəsi problemləri həll edildi və s.
Bu praktika həm radiotexnikada, həm də onun nəzəri əsaslarında jiddi dəyişikliklərə səbəb oldu. Adi radioelektron lampalarının İYT diapazonuna tətbiq imkanlarının məhdudluğu özünü büruzə verdi. Bunun nətijəsində sm-lik, mm-lik və submm-lik diapazonların tələbatlarını lazımi səviyyədə ödəyən yeni lampalar – nuvistorlar, reznotronlar, koaksitronlar, şüalı tetrodlar, həmçinin "O" və "M" tip İYT jihazlar – klistronlar, qirotronlar, maqnetronlar, emissiya jihazları və s. yaradılmağa başladı. Tranzistorların kəşfi isə yeni element bazası olan effektiv yarımkeçiriji jihazların işlənib hazırlanmasına səbəb oldu. Bununla da müasir radiotexnikada elektrovakuum elektron elektronikası ilə yarımkeçiriji elektronikası paralel inkişaf yoluna qədəm qoydu. Yarımkeçirijilər elektronikasının sürətli inkişafı isə inteqral sxemlərin yaranması üçün güjlü zəmin oldu və bu inkişafda mikroelektronika və mikroprosessorlar texnikası yarandı.
Bununla da radioelektron qurğularının etibarlığı jiddi yüksəlməyə başladı. Çoxlu sayda yeni-yeni tunel diodları, selvari üçuş diodları quruldu və radiosistemlərdə geniş işlədilməyə başladı. Radiotexniki sistemlərdə gedən sıçrayışlı dəyişikliklər İYT rəqslərin optikaya və spektroskopiyaya nüfuz etməsinə səbəb oldu. Bunun sayəsində isə lazerlər və mazerlər yarandı və müasir kvant elektronikası təşəkkül tapdı. İnkişaf prosesində radiotexnikanın müxtəlif sahələrində bir sıra funksiyaları yerinə yetirmək üçün müxtəlif konstruksiyalı qurğulara və elementlərə də jiddi ehtiyaj duyuldu. Odur ki, çoxfunksiyalı radioelektron qurğularının layihələndirilməsi vajib sayıldı. Veriji xətlər, həjmi rezonatorlar, ləngidiriji sistemlər bunlara misal ola bilər. Məlum oldu ki, texniki tərəqqi İYT qurğularsız və jihazlarsız təsəvvür edilə bilməz. Hazırda praktik olaraq bütün radioelektron sistemlərində koaksial ötürüjü xətlər, dalğaötürənlər, razılaşdırıjı yüklər, attenyuatorlar, budaqlandırıjılar, detektor bölmələri, dörddə bir dalğa uzunluqlu izolyatorlar, qısaqapayıjı elementlər, müqavimət transformatorları, fazafırladıjılar, ferrit açıjılar, ferrit ventillər, sirkulyatorlar və s. kimi qurğular əvəzsiz elementlər sayılır. Bu və buna bənzər küllü miqdarda İYT qurğuların nəzəri bazası elektrodinamikanın əsas prinsiplərinə əsaslanır. Qeyd etdiyimiz kimi elektrodinamika isə elektromaqnit sahəsinin fundamental nəzəriyyəsidir. Elektrodinamikanın qanunları məhşur Maksvel tənlikləri şəklində ifadə olunur. Bu tənliklər elektromaqnit sahəsinin əsas xarakteristikalarını təyin etməyə və strukturunu müəyyənləşdirməyə, habelə İYT qurğularında gedən fiziki prosesləri başa düşməyə, onların konstruktiv parametrlərinin hesablanması metodikasını işləyib hazırlamağa və s. böyük imkan verir.
İndi müasir materiyanın iki növü mövjuddur: jisim və sahə. Məlum olduğu kimi, bütün jisimlər atomlardan təşkil olunub və onlar impulsa, enerciyə və kütləyə malikdir. Materiyanın başqa növü olan sahə, o jümlədən elektromaqnit sahəsi də diskret zərrəjiklərdən – fotonlardan təşkil olunmuşdur. Jisimdən fərqli olaraq sahə sükunət halında kütləyə malik deyildir. Sahə yalnız hərəkət zamanı impulsa və kütləyə malik olur. Eyni zamanda jisimlər kimi sahə də özü ilə enerci aparır. Elektromaqnit sahəsinin kütləyə malik olduğunu göstərən təjrübələrdən biri Lebedev təjrübəsidir. Lebedev təjrübəsinə görə elektromaqnit təbiətli olan işıq seli kütləyə malikdir və jisimlərə təzyiq göstərir. Yuxarıda deyildiyi kimi sahə sükunətdə olduqda nə impulsa, nə də kütləyə malikdir.
Mikroskopik jisimlərdən fərqli olaraq elektromaqnit sahəsi gözlə görünmür, yalnız hiss üzvlərinə təsir göstərir və müəyyən xüsusiyyətlərlə təyin edilir. Bizim öyrənməyə başladığımız "Elektrodinamika və radiodalğaların yayılması" fənni klassik elektrodinamika kursudur. Bunun da əsasını Maksvel tənlikləri təşkil edir. Makroskopik elektrodinamika proseslərini öyrənmək üçün jisimlərin atomar quruluşu nəzərə alınmır və həmişə fərz edilir ki, elektromaqnit dalğalarının yayıldığı məsafə jismin atomları və ya molekulları arasındakı məsafədən çox-çox böyükdür. Klassik elektrodinamika bir çox proseslərin izahını düzgün verir. Lakin, XX əsrin əvvəllərində elə effektlər kəşf olundu ki, onları klassik elektrodinamika qanunları ilə izah etmək olmur. Buna misal olaraq, fotoeffekti, mütləq qara jismin şüalanmasını və s. göstərmək olar. Bunları izah etmək üçün kvant fizikası yarandı və burada jisimlərin atomar quruluşa malik olduğu nəzərə alındı. Elektromaqnit sahəsi elektrik yükünə və jərəyana həmişə istiqamətlənmiş təsir göstərir. Buna görə də elektromaqnit sahəsini öyrənmək üçün vektorial kəmiyyətlərdən istifadə olunur. İndi radiotexnika və bir sıra başqa texniki sahələr üzrə ixtisaslaşan mütəxəssislərin elektrodinamikanın əsaslarını bilmələri vajibdir. Sahə nəzəriyyəsini öyrənmədən radiotexnikanın və ümumiyyətlə, rabitənin perspektiv inkişaf prinsiplərini bilmək çox çətindir.
İndiyə kimi klassik elektrodinamika və sahələr nəzəriyyəsinə aid Azərbayjan dilində latin qrafikası ilə tədris kitabı demək olar ki, yox dərəjəsindədir. Odur ki, geniş oxuju kütləsi və xüsusi ilə uyğün ixtisaslara yiyələnən tələbələrimiz bu sahədə jiddi çətinliklərə məruz qalırlar. Həmin çətinliyi aradan qaldırmaq məqsədi ilə "Elektrodinamika və radiodalğaların yayılması" dərsliyini onların sərənjamına təqdim edirik.
Mövjud proqrama əsasən tərtib edilmiş kitab metodik jəhətdən ümumi tələbə kontingentinin təlabatına uyğun şəkildə hazırlanmışdır. Hər şeydən önjə proqramda nəzərdə tutulan əksər məsələlər və yoxlama sualları verilmişdir. Kitabın sonunda bütün kursu əhatə edən hesablama düsturları və tənliklər sistemi şəklində ayrı-ayrı jədvəllər göstərilmişdir. Nəzəri məsələləri daha dərindən mənimsəmək üçün kitaba geniş ədəbiyyat siyahısı da əlavə olunmuşdur.
Kitab bu sahədə ilk təşəbbüs olduğundan bütün arzu və təkliflər minnətdarlıqla qəbul ediləjəkdir.
Müəlliflərdən
I HİSSƏ. ELEKTRODİNAMİKA
I FƏSİL
ELEKTROMAQNİT SAHƏSİ
VƏ MÜHİTİN XASSƏLƏRİ
§1.1. Ümumi məlumatlar
Elektromaqnetizmin əsasını elektromaqnit sahəsi haqqında təsəvvürlər təşkil edir. Elektromaqnit sahəsi yayılarkən həm istiqamətjə, həm də kəmiyyətjə dəyişir. Onun üçün elektromaqnit sahəsi bir sıra mühüm vektorlarla xarakterizə edilir. Adətən elektromaqnit sahəsi bir-birilə qarşılıqlı əlaqədar olan iki- elektrik sahəsi və maqnit sahələrinin jəmi kimi ifadə edilir.
Vahid elektromaqnit sahəsinin elektrik və maqnit sahələrinin jəmi kimi təsvir edilməsi nisbi xarakter daşıyır və o seçilmiş koordinat sistemindən asılıdır. Məsələn, düzxətli hərəkət edən elektrik yükü ilə eyni istiqamətdə və eyni sürətlə hərəkət edən müşahidəçiyə görə həmin yük tərpənməz qalır və odur ki, yük anjaq elektrik sahəsi əmələ gətirir. Elektrik səhəsi həm tərpənməz və həm də hərəkət edən yüklərlə yaranır. Bundan fərqli olaraq maqnit sahəsi isə yalnız hərəkətdə olan yüklərlə yaranır. Elektromaqnit sahəsi müəyyən təsir istiqamətinə malikdir. Odur ki, belə sahələri tam təsvir etmək üçün xüsusi vektorial kəmiyyətlər daxil edilir. İndi belə kəmiyyətlərlə müfəssəl tanış olar.
|