Великі теоретики і великі практики, або історія про те, як було створено радіо. Частина 2

Іскровий генератор електромагнітних вольт Генріха Герца

У 1886 - 1889-х роках Генріх Герц побудував іскровий генератор електромагнітних хвиль і дослідив їх властивості. Пристрій іскрового генератора заслуговує більш докладного опису.

Основа його - коливальний контур. Але коливання в реальному контурі швидко згасають, і, щоб підтримувати серію коливань, треба знову і знову заряджати конденсатор і перемикати його від джерела напруги до котушки.

Цим швидкодіючим комутатором і служить іскровий проміжок між двома металевими кульками. Іскру дає індукційна котушка, або котушка Румкорфа.

Зараз мало хто знає, що це таке, і тим більше погано уявляє собі пристрій індукційного котушки. А адже понад півстоліття вона була одним з найбільш поширених пристроїв в електротехніці. (Різновид індукційної котушки і до сих пір використовується в системах запалювання автомобілів.)

Струм батареї, проходячи через первинну обмотку індукційної котушки, намагнічує її залізний сердечник, який притягує рухливий контакт, і ланцюг розривається. Магнітне поле зникає, і контакт замикається знову. Частота переривань струму невелика і складає 102 ... 103 разів на секунду. Але найцікавіше відбувається в момент розмикання ланцюга.

В обмотках індукційної котушки виникає ЕРС самоіндукції, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Ця швидкість дуже велика, адже контакти розмикаються практично миттєво. В результаті в момент розмикання на висновках первинної обмотки виникає імпульс напруги, в кілька десятків разів перевищує напруга батареї!

Наприклад, при напрузі батареї 12 В нескладно отримати імпульс напруги 300 ... 400 В. Вторинна обмотка містить набагато більше витків, і імпульс напруги на її висновках може досягати декількох тисяч вольт або навіть десятків кіловольт. До такого ж напруги заряджається і конденсатор контуру.

Іскровий проміжок регулюють так, щоб він пробивався при напрузі, близькій до максимального, що розвивається індукційної котушкою. Проскочила іскра замикає ланцюг коливального LC-контура, і в ньому виникає серія згасаючих коливань.

вібратор Герца

Отже, індукційна котушка дозволила порушувати серії затухаючих коливань високої частоти. Але як же випроменити їх в простір у вигляді хвиль?

Генріх Герц вважав, як це і випливає з рівнянь Максвелла, що чим швидше змінюються електричні і магнітні поля, тим ефективніше випромінюються хвилі. Прагнучи підвищити частоту коливань контуру, Герц залишив в котушці контуру всього один виток, а площа пластин конденсатора зменшив до межі. В результаті вийшов вібратор, що складається з двох стрижнів з іскровим проміжком між ними.

Виявилося, що вібратор Герца ефективно випромінює хвилі з довжиною, що дорівнює подвоєною довжині вібратора. Тепер-то ми знаємо, що вібратор Герца є ​​звичайним полуволновий диполь. Подивіться на будь-яку дах, і ви побачите телевізійні антени, що представляють собою систему диполів.

Приймачем коливань служив інший диполь з дуже близько розташованими кульками розрядника. Коли іскра проскакувала в передавальному диполі, крихітну іскру можна було спостерігати і в приймальному! Так експериментально була здійснена передача електромагнітних хвиль радіодіапазону на відстань в кілька метрів. Виявилося, що прийом найбільш ефективний, коли прийомний вібратор налаштований в резонанс з передавальним. Довжини вібраторів при цьому однакові.

Досліди Герца, виконані в 1887-1888-х роках, викликали величезний інтерес у фізиків і інженерів. Багато стали їх повторювати, видозмінювати і удосконалювати. П. М. Лебедєв, чудовий російський фізик, який відкрив, зокрема, тиск світла, сконструював вібратор на довжини хвиль до трьох сантиметрів (в дослідах Герца довжина хвилі становила близько трьох метрів).

Це були зовсім крихітні вібратори! Були досліджені явища відображення і заломлення електромагнітних хвиль на межі поділу різних середовищ. Спостерігали відображення хвиль від металевого листа, переломлення хвиль призмою, виготовленої з діелектрика.

Значно більш потужні електромагнітні коливання, але меншою частоти дозволив отримати трансформатор Нікола Тесла , вторинна обмотка якого була налаштована в резонанс з первинної. Оскільки конденсатор у вторинній обмотці був відсутній, число витків її було значно більше, ніж в первинній, що забезпечувало на вібраторі напруги до мільйона вольт!

Приймач електромагнітних хвиль Олександра Степановича Попова

Нарешті ми впритул підійшли в нашій розповіді до моменту винаходу радіо. Зрозуміло, ви знаєте, хто це зробив. Наш співвітчизник, викладач фізики мінних офіцерських класів в Кронштадті Олександр Степанович Попов.

Йому вдалося сконструювати приймач електромагнітних хвиль, що володіє достатньою для практичних цілей чутливістю. Згадаймо приймальний вібратор Герца. Для того щоб в його розряднику проскочила іскра, необхідно, щоб електромагнітна хвиля розвинула в ньому напруга в кілька сотень вольт. А це значить, що напруженість поля електромагнітної хвилі повинна бути також близько сотень вольт на метр (адже довжина вібратора була близька до 1 м).

Напруга в вібраторі розрахувати дуже просто: треба напруженість електричного поля хвилі помножити на ефективну (діючу) довжину вібратора. Зазвичай вона становить приблизно 0,7 геометричній довжини вібратора. Настільки сильні поля створюють лише близькі розряди блискавок.

Одного разу я неквапливо від'єднував від свого аматорського передавача фідер антени, милуючись у вікно красивою грозовою хмарою. В хмарі блиснула блискавка, і в ту ж мить між висновками антени і заземлення, які перебували у мене в руках, проскочила з сухим тріском блакитнувата іскра довжиною в кілька сантиметрів! Добре, що висновки були з товстої ізоляцією.

Тремтячими руками я все-таки поєднав ці висновки, заземливши антену, і став згадувати Г. В. Рихмана, сподвижника М. В. Ломоносова, який загинув під час грози при дослідах з металевим стрижнем на даху (згодом цей стрижень, тільки заземлений, стали називати громовідводом). З тих пір я завжди відключаю антену задовго до наближення грози, хоча всі конструкції моїх антен мають надійну грозозахист.

Але повернемося до приймача А. С. Попова. Замість іскрового проміжку в приймальному вібраторі Попов використовував когерер, прилад, винайдений незадовго до цього французом Е. Бранлі.

Когерер представляв собою скляну трубку з двома висновками, між якими були насипані залізну тирсу. Через найтоншого шару окису на поверхні тирси опір когерера велике, але лише до тих пір, поки на його висновках відсутня напруга, байдуже, змінного або постійного струму.

Як тільки прикладається напруга, наведене електромагнітної хвилею, опір когерера різко падає. Це пояснюється дією найдрібніших іскор, що пробивають шар окису між тирсою і як би зварюваних тирсу між собою. Щоб зруйнувати утворилися містки для електричного струму, когерер досить було струснути.

До когереру підбивалися коливання, наведені прийнятої хвилею в приймальному вібраторі. Наступний важливий елемент приймача А. С. Попова - релейний підсилювач постійного струму. Відносно слабкий струм через когерер приводив в дію чутливе реле, контакти якого замикали ланцюг електричного дзвінка. Пристрій дзвінка багато в чому було аналогічно пристрою котушки Румкорфа, була відсутня лише вторинна обмотка.

Молоточок дзвінка в приймальнику Попова бив не тільки по дзвонику, але, відскочивши, ще й по когереру. Таким чином, когерер автоматично струшують після прийому кожного електромагнітного імпульсу і був готовий до прийому наступного.

Ще одне важливе вдосконалення приймача Попова полягало у використанні прийомної антени. Адже чим довше провід антени, тим більша напруга наводить в ньому електромагнітна хвиля.

Дротова антена, простягнута до найближчого дерева або на дах будинку, являє собою як би одну половину вібратора Герца. Але потрібна і друга половинка-противага. Роль противаги з успіхом виконує заземлення. Токи, які повинні були б текти в противагу, можуть просто розтікатися по поверхні і в товщі землі, адже звичайна, досить вологий грунт непогано проводить електричний струм.

Нарешті приймач був готовий. Але ще не було передавача! Можна було приймати лише радіосигнали природного походження. Вони генеруються при кожному розряді блискавки, адже блискавка являє собою гігантську іскру, а канал іонізованого газу, що утворюється при розряді, прекрасно проводить електричний струм і служить передавальним вібратором.

А. С. Попов назвав свій приймач грозоотметчиком. З підключеної зовнішньою антеною вдавалося реєструвати грози на відстанях до 30 км. Кожен розряд блискавки супроводжувався коротким тринькання дзвінка в приймальнику!

Це пристрій А. С. Попов продемонстрував 7 травня 1895 на засіданні Російського фізико-хімічного товариства. Починаючи з 1945 року щорічно 7 травня відзначається як день народження радіо.

Автор матеріалу: Поляков В. Т. (з книги "Посвята в радіоелектроніку")

<< Попередня [1] 2 Наступна >>