ТЕОРИЯ: ПОНЕМНОГУ - ОБО ВСЕМ


        2.1. Как все начиналось.

    Математически существование электромагнитных волн доказал Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879), составивший в 1864—1865 гг. систему уравнений, носящих его имя, и до настоящего времени широко используемых при расчетах электромагнитных полей. Альберт Эйнштейн впоследствии писал:
    "Со времени обоснования теоретической физики Ньютоном наибольшее изменение в ее теоретических основах, другими словами, в нашем представлении о структуре реальности, было достигнуто благодаря исследованиям электромагнитных явлений Фарадеем и Максвеллом...".
    Уравнения Максвелла в компактной форме обобщают все известные из опыта законы электромагнитных явлений и служат как бы аксиомой новой науки — электродинамики, имеющей дело с переменными во времени и пространстве электрическими и магнитными полями, которые теперь становятся неразрывны и представляют собой единое электромагнитное поле. Поскольку система уравнений Максвелла является полной, из нее следуют все свойства электромагнитных полей, как известные, так и еще не изученные. В частности, из уравнений Максвелла следует, что могут существовать независимые от источников электромагнитные поля, переносящие энергию и распространяющиеся в вакууме с конечной скоростью 300 тысяч километров в секунду, или 3*108 м/с.
    Эта скорость удивительно точно совпала со скоростью света, уже измеренной к тому времени экспериментально, что и позволило Максвеллу сделать заключение об электромагнитной природе световых волн. Более точные измерения скорости света, выполненные американским физиком Майкельсоном, подтвердили это заключение.
    Дальнейшее развитие теории Максвелла связано с именем великого немецкого ученого и экспериментатора Генриха Герца (1857-1894). Он придал уравнениям их современный вид, но главное его достижение состоит в том, что он впервые экспериментально получил электромагнитные волны (1886), осуществил их передачу и прием, а также исследовал их свойства, положив начало новой отрасли науки, а в дальнейшем и технологии — радиотехнике.
    Знаменитый изобретатель в области электротехники Никола Тесла (1856—1943) сконструировал в 1891 г. резонансный трансформатор, позволяющий получать очень высокие напряжения высокой частоты, и высказал мысль о возможности передачи электромагнитной энергии вдоль поверхности Земли без проводов. Построенная им в 1893 г. установка для передачи высокочастотной энергии без проводов содержала передающий и приемный резонансные трансформаторы, оснащенные высоко поднятыми антеннами. Талантливый русский физик и экспериментатор А. С. Попов (1859—1906) назвал опыты Теслы "сигнализацией с помощью быстрых электрических колебаний". Практического применения для передачи энергии эта установка не получила, вероятно, из-за очень низкого КПД. В то же время идея передачи сигналов с помощью электромагнитных колебаний уже носилась в воздухе.
    Ряд исследователей стремились укоротить длину волны генерируемых колебаний, уменьшая размеры разрядника. Среди них надо отметить английского ученого Оливера Лоджа и нашего соотечественника Петра Николаевича Лебедева (1866—1912), профессора Риги из Болонского университета. Другие исследователи совершенствовали приемник — ведь сначала регистрация электромагнитных волн осуществлялась наблюдением микроскопических искр в зазоре приемного вибратора, а для их возникновения нужна была очень большая напряженность поля. Француз Э. Бранли изобрел когерер, прототип современного детектора. Это была трубочка с выводами, заполненная металлическими опилками. Из-за слоя окисла на опилках сопротивление ее было довольно большим, но под воздействием электромагнитной волны между опилками происходили микроскопические разряды, образовывались проводящие "мостики" и сопротивление когерера резко уменьшалось. Для восстановления сопротивления трубочку надо было встряхивать.
    Само название "когерер" принадлежит Лоджу, построившему на его основе приемник с батареей и гальванометром, включенным в цепь когерера. Для встряхивания опилок в когерере служил часовой механизм с молоточком. Приемник Лоджа к 1894 г. обнаруживал электромагнитное излучение искрового вибратора Герца на расстоянии около 40 м.
    А. С. Попову удалось создать оригинальный и значительно более чувствительный приемник электромагнитных колебаний на основе когерера, который был продемонстрирован на заседании Русского физико-химического общества 7 мая 1895 г. Схема приемника Попова легла в основу аппаратуры радиосвязи первого поколения, а сам приемник стал первым практическим радиотехническим устройством. День обнародования своего изобретения А. С. Поповым в нашей стране отмечается как День радио.
    Аналогичный приемник был изготовлен молодым итальянцем Гульельмо Маркони (1874—1937), который и запатентовал это устройство в Англии 2 июля 1897 г. Вся дальнейшая деятельность Маркони была связана с усовершенствованием приборов для телеграфирования без проводов.
    До конца века в радиотехнике были достигнуты следующие основные успехи: применение проволочных антенн на передающей и приемной станциях (А. С. Попов, 1895 г.), высокочастотного трансформатора или "джиггера" в приемнике (Г. Маркони, 1898 г.), открытие П. Н. Рыбкиным и Д. С. Троицким (1899 г.) возможности приема с помощью телефонной трубки радиосигналов на слух, настроенных в резонанс антенных цепей (О. Лодж, 1897 г.), новых типов "самовосстанавливающихся" когереров (ртутных, магнитных, электролитических), по своим свойствам уже приближавшихся к полупроводниковым детекторам.
    Первая в истории трансатлантическая передача радиосигнала на расстояние в 1800 миль между станциями в Полдью (Англия) и на полуострове Ньюфаундленд (Канада) была осуществлена Маркони и Флеммингом уже в 1901 г. Были построены большие антенны, мощная и чувствительная (по тем временам) аппаратура, но передать и принять удалось всего лишь телеграфные посылки из трех точек — букву S. Так, существование и практическая польза электромагнитных волн уже ни у кого не вызывали сомнений.


Радио, 1998
Hosted by uCoz