Автор: Иосиф Труб
Аннотация
В статье излагается поэтапно история создания радио: гипотеза о существовании электромагнитных волн, вибратор и резонатор Герца, грозоотметчик Попова.
Для старшеклассников, студентов и других интересующихся историей науки.
Annotation
The article describes in stages the history of the creation of the radio: the hypothesis of the existence of electromagnetic waves, the Hertz vibrator and resonator, and Popov’s lightning detector.
For annotation
The article describes in stages the history of the creation of the radio: the hypothesis of the existence of electromagnetic waves, the Hertz vibrator and resonator, and Popov’s lightning detector.
For, schoolchildren’s, students and other interested in the history of science.
Известно, что открытия и изобретения являются результатом упорных творческих поисков и использования существующих достижений. Однако, существует распространённое мнение, что они происходят в момент гениального озарения учёного. Цель настоящей статьи – внести ясность в этом вопросе на примере изобретения радио.
Начало исследования по созданию радио следует отнести к 1864 году. В этом году английский физик Максвелл высказал гипотезу о распространении в
пространстве электромагнитных волн
К моменту этого открытия электротехника уже превратилась в прикладную науку, накопившую немало достижений. Созданы химические источники тока (Гальвани, Вольта, Петров). Обнаружена взаимосвязь электричества и магнетизма (Эрстед, Ампер, Фарадей). Изучены действия электрического тока. Исследованы грозовые электрические разряды (Франклин). Действует телеграф, ставший первым применением электричества.
Известно, что различные виды механических волн как поперечных, так и продольных, объединяет одно общее свойство: они могут распространяться только в непрерывной среде, только в твёрдых телах, жидких или в газах.
Фото: ok.ru
Джеймс Кларк Максвелл.
Английский физик Джеймс Максвелл (1831 – 1879) на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству и магнетизму выдвинул гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться и в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами.
Для выдвижения гипотезы о возможности существования электромагнитных волн Максвелл имел следующие основания. В 1831 году Фарадей установил, что любое изменение магнитного потока в контуре вызывает появление в нём индуктированного тока. Максвелл объяснил появление индуктированного тока возникновением вихревого электрического поля при любом изменении магнитного поля Далее он предположил, что электрическое поле обладает такими же свойствами: при любом изменении электрического поля в окружающем пространстве возникает вихревое магнитное поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрических полей должен далее непрерывно продолжаться и захватывать всё новые и новые области в пространстве (рис. 1).
Процесс распространения магнитных и электрических полей и есть электрические волны. Существует связь направлений векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля при возрастании индукции и напряжённости. При убывании напряжённости и индукции соответствующие векторы имеют противоположное направление.
Электрическое и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитной волны в вакууме.
Изменения магнитного поля происходят при изменении силы тока в проводнике, а сила тока в проводнике, изменяется при изменении скорости движения электрических зарядов. Следовательно, электромагнитные волны должны возникать при ускоренном движении электрических зарядов.
Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме согласно расчётам Максвелла должна быть около 300 000 км/сек
Рис. 1. Образование электромагнитной волны.
Е – напряжённость электрического поля; В – индукция магнитного поля.
Электромагнитные волны были впервые экспериментально получены немецким физиком евреем по происхождению Генрихом Герцем (1857 – 1894).
Фото: pavelurazov.ru
Генрих Рудольф Герц.
Он обратился к искровому разряду. Известно, что дуговой разряд не является мгновенным процессом, а протекает в течение некоторого промежутка времени с постепенным снижением разрядного тока. Это как раз то, что и нужно согласно Максвеллу для генерации электромагнитной волны.
Герц изготовил два устройства: вибратор, создающий волны, и резонатор, воспринимающий их.
Вибратор Герца состоит из индукционной катушки, прерывателя тока (более известного как катушка Румкфора) и шарового разрядника. Всё устройство питается от аккумуляторной батареи ( рис. 2).
Резонатор Герца – это такой же шаровой разрядник.
Прерыватель тока посылает импульсы в катушку, вызывая в екй всплески напряжения. При этом происходят периодические искровые разряды. В свою очередь волны, от этих разрядов наводят напряжение на резонатор, и в нём также происходят искровые разряды. Таким образом мы имеем два колебательных контура: первичный и вторичный.
При постепенном удалении контуров друг от друга искры в резонаторе возникают только при его расположении в точке, в которой первичная и отражённая волны находятся в одинаковой фазе амплитуда колебаний вихревого электрического тока максимальна.
Расстояние между соседними максимумами равно половине длины волны.
По известной частоте электромагнитных колебаний в контуре и измеренной длины определяется как их произведение скорость распространения. Она оказалась равной 300000 км/сек, как и определил Максвелл теоретически. Таким образом, опыты Герца явились экспериментальным подтверждением гипотезы Максвелла.
ККК
Рис. 2. Вибратор и резонатор Герца
Ко времени опытов Герца было известно, что электромагнитная волна, вызванная искровым разрядом, намагничивает металлические предметы. Это свойство было использовано в устройстве под названием когерер Он представляет стеклянную трубку, в которую засыпаны металлические опилки. Стенки трубки выложены полосками платиновых пластин (рис.3)
Электромагнитная волна намагничивает опилки, и они слипаются. Когерер приводится в исходное состояние путём механического встряхивания. По сути когерер это управляемый ключ, замыкающий и размыкающий электрическую цепь.
Рис.3. Когерер.
Для наглядности полоски платины раздвинуты.
Теперь уже создание приёмо-передающего устройства электромагнитных волн было лишь делом недолгого времени.
Александр Степанович Попов (1859 – 1906) —
7 мая (25 апреля по старому стилю) 1895 года российский физик Александр Попов на заседании физико-химического общества продемонстрировал беспроводную удалённую регистрацию электромагнитных колебаний от разряда молнии на изобретенный им элементарный приёмник, которого он назвал грозоотметчик.
Рассмотрим устройство и действие грозоотметчика Попова (рис 4.).
Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.С. Попова со 100000 до 1000 — 500 Ом, то есть в 100-200 раз).
Рис. 4. Схема грозоотметчика Попова
Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, что необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включая звонок, а когерер получал “легкую встряску”, Сцепление между металлическими опилками в когерере ослабевало, и к нему поступал следующий сигнал.
Что же происходило 7 мая 1895 года на собрании? Об этом, хорошо написал в своих воспоминаниях профессор О. Д. Хвольсон. «Я на этом заседании присутствовал и ясно помню все детали. Станция отправления находилась в химической лаборатории университета, приёмная станция — в аудитории старого физического кабинета. Расстояние приблизительно 250 метров. Передача происходила таким образом, что буквы передавались по алфавиту Морзе и притом знаки были ясно слышны. У доски стоял председатель физического отделения общества проф. Ф. Ф. Петрушевский, имея в руках бумагу с ключом алфавита Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака он смотрел в бумагу и затем записывал на доске соответствующую букву. Постепенно на доске получились слова «Генрих Герц». Трудно описать восторг многочисленных присутствовавших и овацию А. С. Попову, когда эти два слова были написаны».
Впервые эта дата была торжественно отмечена в СССР в 1925 году, а с 1945 праздник отмечается ежегодно.
Справка
О себе, Труб Иосиф Израилевич. Родился в 1936 году. Инженер-электрик. Работал в электрических сетях. Изобретатель СССР. Автор 5 книг и 15 статей в научно-технических журналах.
iosiftrub@yandex.com Skype ytrub015 тел 04-8314342
טרוב יןסף האשחר 8 ד6 35844 חיפה
Иллюстрация: vk.com
