Металлический изолятор
Что произойдет, если два токонесущих провода замкнуть металлической перемычкой? Очевидно, получится короткое замыкание между этими проводами.
Это, конечно, верно, но не всегда. На постоянном токе и переменном токе промышленной, звуковой и даже высокой частоты металлическая перемычка будет замыкателем. Но на ультравысоких частотах металлической перемычке можно придать такую длину, что поведение проводника резко изменится: он как бы потеряет свою проводящую способность и превратится в изолятор.
Если, например, двухпроводную линию, по которой передается энергия колебаний с частотой 100 мегагерц (волна 3 м.), замкнуть П-образным проводом, боковые стороны которого имеют в длину по 75 см, то такая перемычка не явится коротким замыканием: процессы в линии будут происходить так, как будто никакой перемычки нет, как будто перемычка сделана из изоляционного материала. Можно длинную двухпроводную линию укрепить на таких металлических «изоляторах», и никакой утечки энергии не произойдет.
Такое необычайное и противоречащее на первый взгляд здравому смыслу явление объясняется тем, что процессы в проводниках принимают особый характер, когда длина провода оказывается соизмеримой с длиной волны. В нашем случае длина стороны металлической стойки (75 см) равняется четверти длины волны (3 / 4=0,75). Мы получаем отрезок двухпроводной линии длиной в четверть длины волны, замкнутый накоротко с одной стороны. При присоединении такого отрезка к линии, по которой передается энергия колебаний, имеющих ту же длину волны, Ё нем возбуждаются так называемые стоячие волны, особенностью которых оказывается то, что на открытом конце, т. е. в том месте, где стойка соединяется с линией, ток равен нулю.
А если ток равен нулю, то это эквивалентно случаю, когда сопротивление равно бесконечности. Металлическая четвертьволновая стойка обладает для резонансной частоты бесконечно большим сопротивлением, т. е. является как бы изолятором.
Конечно, как только нужное соотношение нарушится и волна станет длиннее или короче резонансного значения, т. е. высота стойки не будет равна четверти длины волны, металлическая стойка потеряет свои «изоляционные» свойства и станет потреблять энергию.
Другой, закороченный конец стойки тоже обладает интересным свойством: стоячая волна располагается так, что на этом конце напряжение высокой частоты равно нулю. А это значит, что его можно укрепить на заземленной металлической поверхности, и никакой утечки тока это не вызовет.
Это замечательное свойство четвертьволновой, закороченной на одном конце линии находит широкое применение в технике метровых и сантиметровых волн. На более длинных волнах характер этого явления сохраняется, но «металлический изолятор» оказывается слишком длинным и практически неприменим. Например, на самой короткой волне средневолнового диапазона четвертьволновая линия имела бы длину 50 м. Даже на коротких волнах четверть волны составляет несколько метров.