Содержание

Главная >> Колебания и волны. Физика 11 кл. Мякишев

Глава 5. Электромагнитные волны

§ 5.8. Изобретение радио А. С. Поповым

Опыты Герца, описание которых появилось в 1888 г., заинтересовали физиков всего мира. Мысль об использовании электромагнитных волн возникла сразу же у многих ученых.

Герц скептически относился к возможности беспроволочной телефонной связи. По его мнению, сравнительно медленные электрические колебания акустических частот не могут быть переданы на большие расстояния. Длина электромагнитных волн таких колебаний равна сотням километров.

Спустя несколько десятков лет задача радиотелефонной связи была решена методом модуляции высокочастотных колебаний. Об этом мы расскажем в дальнейшем.

В России одним из первых занялся изучением передачи электромагнитных волн преподаватель офицерских минных курсов в Кронштадте Александр Степанович Попов. Начав с воспроизведения опытов Герца, он затем нашел способ передачи электромагнитных сигналов на большие расстояния.

Как создавать электромагнитные волны, было известно со времен Герца. Увеличить интенсивность излучаемых волн можно было путем повышения мощности разряда. Главная проблема состояла в увеличении чувствительности приемника волн. Маленькая искорка в приемном вибраторе Герца не была пригодна для реализации идеи беспроволочной связи.

За пять лет до изобретения Попова французский физик Э. Бранли нашел более чувствительный и надежный способ регистрации электромагнитных волн, чем искровой промежуток вибратора Герца. Созданный им прибор Бранли назвал когерером*.

* От латинского слова cohaerens — находящийся в связи.

Когерер представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке находятся мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые «спекают» их. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А. С. Попова с 100 000 до 1000— 500 Ом, т. е. в 100—200 раз). Фактически когерер — это очень чувствительное реле, позволяющее высокочастотному сигналу замкнуть цепь местной батареи.

Однако после срабатывания когерер утрачивает способность принимать новые сигналы. Необходимо вернуть ему большое сопротивление. Для этого когерер надо встряхнуть. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимую для осуществления беспроволочной связи, А. С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Цепь электрического звонка замыкалась с помощью специального электромагнитного реле. Это реле было включено в цепь когерера и срабатывало в момент прихода электромагнитной волны. С окончанием приема сигнала работа звонка сразу же прекращалась, так как молоточек звонка ударял не только по звонковой чашке, но и по когереру. С последним встряхиванием когерера электромагнитное реле отключало звонок, и аппарат был готов к приему следующей волны. Схема приемника Попова приведена на рисунке 5.21.

Чтобы повысить чувствительность аппарата, А. С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав тем самым приемную антенну. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник А. С. Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник тоже имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает слабые электрические колебания. Как и в приемнике Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источником энергии, питающим последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А. С. Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. День 7 мая стал днем рождения радио. Ныне он ежегодно отмечается в нашей стране.

А. С. Попов продолжал настойчиво совершенствовать приемную и передающую аппаратуру. Он ставил своей задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния. Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899 г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20 км, а в 1906 г. дальность радиосвязи была уже 150 км. Первоначально прогресс в увеличении дальности достигался с помощью увеличения высоты приемных антенн. Важную роль в этом сыграла также новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899 г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. В начале 1900 г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финском заливе.

За границей усовершенствование подобных приборов проводилось фирмой, организованной итальянским инженером Г. Маркони. Опыты, поставленные в широком масштабе, позволили осуществить радиотелеграфную передачу через Атлантический океан.