|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Radiotelegraf. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Radiotelegraf - środek do przesyłania (odbierania) informacji tekstowych drogą radiową. Litery alfabetu są reprezentowane przez kombinację kropek i kresek (alfabet Morse'a). Obecnie technologia ta jest wykorzystywana głównie przez amatorów, a także w sygnałach różnych radiolatarni i rzadziej w domofonach.
Radiotelegrafia bezprzewodowa jest słusznie uważana za największy wynalazek końca XIX wieku, który otworzył nową erę w historii postępu ludzkości. Tak jak stary telegraf elektryczny położył podwaliny pod elektrotechnikę, stworzenie radiotelegrafu posłużyło jako punkt wyjścia dla rozwoju inżynierii radiowej, a następnie elektroniki, której wspaniałe sukcesy widzimy teraz wszędzie. W historii tych dwóch wynalazków można zauważyć jeszcze jedną ciekawą paralelę: twórcy telegrafu, Semering i Schilling, byli pierwszymi wynalazcami, którzy próbowali wykorzystać odkrytą niedawno ciekawostkę - prąd elektryczny dla dobra człowieka i działanie Telegrafy radiowe Popowa i Marconiego opierały się na nowo odkrytym zjawisku promieniowania elektromagnetycznego. Tak jak wtedy, tak i teraz technologia komunikacji jako pierwsza zażądała i wykorzystała najnowsze osiągnięcia nauki. W telegrafie elektrycznym nośnikiem sygnału jest prąd elektryczny. W radiotelegrafii tym nośnikiem są fale elektromagnetyczne, które rozchodzą się w kosmosie z dużą prędkością i nie wymagają dla siebie żadnych przewodów. Odkrycie prądu elektrycznego i odkrycie fal elektromagnetycznych dzieli dokładnie sto lat, a na ich przykładzie można zobaczyć, jakie uderzające sukcesy osiągnęła fizyka w ciągu tego stulecia. Jeśli prąd elektryczny, jak pamiętamy, został odkryty przez Galvaniego zupełnie przypadkowo, to fale elektromagnetyczne po raz pierwszy pojawiły się w wyniku całkowicie celowego eksperymentu Hertza, który doskonale wiedział, czego i jak szukać, bo jeszcze dwadzieścia lat wcześniej Jego niezwykłe odkrycie, istnienie fal elektromagnetycznych z matematyczną precyzją, przewidział wielki angielski fizyk Maxwell. Aby zrozumieć zasadę radiotelegrafii, pamiętajmy, czym jest pole elektryczne, a czym pole magnetyczne. Weźmy plastikową kulkę i przetrzyjmy ją wełnianą szmatką - po tym kulka nabierze zdolności przyciągania małych kawałków papieru i śmieci. Jak zwykle mówią, zostanie naelektryzowana, to znaczy otrzyma pewien ładunek elektryczny na swojej powierzchni. W jednym z poprzednich rozdziałów doniesiono już, że ładunek ten może być ujemny i dodatni, a dwie równo naładowane kule będą się odpychać z pewną siłą, a dwie kulki o przeciwnych ładunkach będą się przyciągać. Dlaczego to się dzieje? Kiedyś Faraday zasugerował, że każda kula tworzy wokół siebie jakieś niewidzialne zaburzenie, które nazwał polem elektrycznym. Pole jednej naładowanej piłki działa na inną piłkę i odwrotnie. Obecnie hipoteza Faradaya jest akceptowana przez naukę, chociaż nic nie wiadomo o naturze tej dziedziny, czym jest jako taka. Oprócz tego, że pole elektryczne istnieje, tylko dwie jego niewątpliwe właściwości są oczywiste: rozchodzi się w przestrzeni wokół dowolnego naładowanego ciała z ogromną, choć skończoną prędkością 300000 XNUMX km/s i działa na każde inne naładowane elektrycznie ciało, które znajduje się w tym polu, przyciągając go lub odpychając z pewną siłą. Odmianę tego efektu można uznać za prąd elektryczny. Jak już wspomniano, każdy prąd elektryczny jest ukierunkowanym ruchem naładowanych cząstek. Na przykład w metalach jest to ruch elektronów, aw elektrolitach ruch jonów. Co sprawia, że te cząstki poruszają się uporządkowanie w jednym kierunku? Odpowiedź jest znana: tą siłą jest pole elektryczne. Gdy obwód jest zamknięty w przewodzie na całej jego długości od jednego bieguna źródła zasilania do drugiego, powstaje pole elektryczne, które działa na naładowane cząstki, powodując ich ruch w określony sposób (np. w elektrolicie dodatnio naładowane jony są przyciągane do katody, a ujemnie naładowane do anody). Wiele z tego, co zostało powiedziane o polu elektrycznym, można przypisać polu magnetycznemu. Każdy miał do czynienia z trwałymi magnesami metalowymi i zdaje sobie sprawę z ich właściwości przyciągania i odpychania się nawzajem, w zależności od tego, które bieguny - podobnie lub przeciwnie - są skierowane ku sobie. Oddziaływanie magnesów tłumaczy się tym, że wokół każdego z nich powstaje pole magnetyczne, a pole jednego magnesu działa na inny magnes i odwrotnie. Zauważono już, że wokół każdego poruszającego się ładunku w przestrzeni powstaje pole magnetyczne, a każdy prąd elektryczny (który – powtórzmy to ponownie – jest ukierunkowanym przepływem naładowanych cząstek) wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Omówiono również zjawisko odwrotne - zjawisko indukcji elektromagnetycznej, kiedy zmieniające się pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny w przewodnikach. Ale dlaczego ten prąd powstaje i dlaczego pojawia się tylko wtedy, gdy zmienia się pole magnetyczne? Spróbujmy to rozgryźć. Weźmy transformator już omówiony powyżej, czyli dwie cewki nałożone na jeden rdzeń. Podłączając uzwojenie pierwotne transformatora do sieci uzyskamy prąd w uzwojeniu wtórnym. Oznacza to, że elektrony w uzwojeniu wtórnym zaczęły poruszać się w określonym kierunku, czyli zaczęła na nie działać jakaś siła. Jaka jest natura tej siły? Przez długi czas naukowcy i inżynierowie elektrycy byli w impasie przed tym pytaniem. Używając już transformatorów, nie mogli w pełni zrozumieć zachodzących w nich procesów. Było tylko oczywiste, że tego zjawiska nie można wyjaśnić wyłącznie działaniem pola magnetycznego. Ciekawą hipotezę wyjaśniającą to i wiele innych zjawisk elektrycznych przedstawił w 1864 roku słynny angielski fizyk Maxwell. Aby to zrozumieć, zauważamy, że proces zachodzący w uzwojeniu wtórnym transformatora jest bardzo podobny do tego obserwowanego w każdym przewodniku zamkniętego obwodu elektrycznego - zarówno tu, jak i tam elektrony zaczynają poruszać się w sposób ukierunkowany. Ale w przewodniku obwodu dzieje się to pod wpływem pola elektrycznego. Być może pole elektryczne powstaje również w uzwojeniu wtórnym transformatora? Ale skąd to się bierze? W obwodzie zamkniętym pojawia się pole elektryczne z powodu włączenia do niego źródła prądu (akumulatora lub generatora). Ale w obwodzie wtórnym transformatora, jak wiadomo, nie ma zewnętrznych źródeł prądu. Maxwell zasugerował, że pole elektryczne powstaje tutaj pod wpływem zmieniającego się pola magnetycznego. Poszedł dalej i zaczął twierdzić, że te dwa pola są ze sobą ściśle powiązane, że każde zmieniające się pole magnetyczne generuje pole elektryczne, a każde zmieniające się pole elektryczne generuje pole magnetyczne i że w ogóle nie mogą istnieć bez siebie, co oznacza , jakby to było, pojedyncze pole elektromagnetyczne. Teorię Maxwella można wyjaśnić na poniższym prostym przykładzie. Wyobraź sobie, że naładowana kula jest zawieszona na sprężynie. Jeśli pociągniemy ją w dół, a następnie puścimy, piłka zacznie oscylować wokół pewnego punktu równowagi. Załóżmy, że te oscylacje występują z bardzo dużą częstotliwością (to znaczy, że kula ma czas wznieść się i opaść kilkaset, a nawet tysiące razy w ciągu jednej sekundy). Teraz zmierzymy wielkość natężenia pola elektrycznego w pewnym punkcie w pobliżu kuli. Oczywiście nie jest to wartość stała: gdy piłka się zbliża, napięcie wzrośnie, gdy się oddali, zmniejszy się. Okres tych zmian będzie oczywiście równy okresowi drgań piłki. Innymi słowy, w tym miejscu powstaje przemienne pole elektryczne. Idąc za hipotezą Maxwella, musimy założyć, że to zmieniające się pole elektryczne wygeneruje wokół siebie pole magnetyczne zmieniające się z tą samą okresowością, a to drugie spowoduje pojawienie się zmiennego pola elektrycznego już w większej odległości od ładunku i tak dalej. W ten sposób w przestrzeni otaczającej kulę pojawi się system okresowo zmieniających się pól elektrycznych i magnetycznych. Powstaje tak zwana fala elektromagnetyczna, biegnąca we wszystkich kierunkach od oscylującego ładunku z prędkością 300000 XNUMX km/s. Z każdym nowym ruchem piłki w przestrzeń kosmiczną wypromieniowywana jest kolejna fala elektromagnetyczna. Ile wibracji, tyle fal. Ale bez względu na to, ile fal jest emitowanych w jednostce czasu, prędkość ich propagacji jest ściśle stała. Jeśli założymy, że kula wykonuje jedną oscylację na sekundę, to w tym czasie „głowa” część fali będzie znajdować się w odległości 300000 1000000 km od źródła promieniowania. Jeśli częstotliwość wynosi 1 300000 300 oscylacji na sekundę, wszystkie te fale wypełnią przestrzeń w ciągu XNUMX sekundy, licząc w linii prostej od źródła promieniowania XNUMX XNUMX km. Udział każdej pojedynczej fali będzie miał ścieżkę XNUMX m. Zatem długość każdej fali jest bezpośrednio związana z częstotliwością drgań systemu, który ją wygenerował. Zauważ, że ta fala niejako ma w sobie wszystkie warunki do jej propagacji. Chociaż każdy gęsty ośrodek osłabia w pewnym stopniu swoją siłę, fala elektromagnetyczna może w zasadzie rozchodzić się w powietrzu i wodzie, przechodzić przez drewno, szkło, ludzkie ciało. Jednak najlepszym do tego medium jest próżnia. Zobaczmy teraz, co się stanie, jeśli na drodze rozchodzenia się fali elektromagnetycznej znajdzie się przewodnik. Oczywiście pole elektryczne fali będzie oddziaływać na elektrony przewodnika, które w rezultacie zaczną poruszać się w sposób ukierunkowany, to znaczy w przewodniku pojawi się przemienny prąd elektryczny o takim samym okresie drgań i tej samej częstotliwości, co pole elektryczne, które go wytworzyło. W ten sposób można wyjaśnić zjawisko indukcji elektromagnetycznej odkrytej przez Faradaya. Oczywiste jest, że nasz przykład jest poniekąd idealny. W rzeczywistych warunkach pole elektromagnetyczne emitowane przez oscylującą naładowaną kulkę będzie bardzo słabe, a jego natężenie w dużej odległości jest praktycznie zerowe. Prąd indukowany w przewodzie wtórnym będzie tak mały, że żadne urządzenia go nie zarejestrują. Z tego powodu za życia Maxwella jego teoria nie uzyskała eksperymentalnego potwierdzenia. Wielu naukowców podzielało jego poglądy i szukało sposobu na pomoc w wykrywaniu fal elektromagnetycznych. Eksperymenty w tym kierunku stały się punktem wyjścia do rozwoju inżynierii radiowej. Dopiero w 1886 niemiecki fizyk Hertz przeprowadził eksperyment, który potwierdził teorię Maxwella. Aby wzbudzić fale elektromagnetyczne, Hertz użył urządzenia, które nazwał wibratorem, a do wykrywania - innego urządzenia - rezonatora.
Wibrator Hertza składał się z dwóch prętów o tej samej długości, które były przymocowane do zacisków uzwojenia wtórnego cewki indukcyjnej. Na zwróconych do siebie końcach prętów wzmocniono małe metalowe kulki. Gdy prąd indukcyjny przeszedł przez uzwojenie wtórne cewki, między kulkami przeskoczyła iskra, a do otaczającej przestrzeni emitowane były fale elektromagnetyczne. Rezonator Hertza składał się z drutu wygiętego w pierścień, na obu końcach którego również wzmocniono metalowe kulki. Pod działaniem zmiennego pola magnetycznego fali elektromagnetycznej w rezonatorze indukowany był zmienny prąd elektryczny, w wyniku czego między kulkami nastąpiło wyładowanie. Tak więc podczas wyładowania w wibratorze zaobserwowano przeskok iskry pomiędzy kulkami rezonatora. Zjawisko to można było wyjaśnić jedynie na podstawie teorii Maxwella, tak że dzięki doświadczeniu Hertza wyraźnie udowodniono istnienie fal elektromagnetycznych. Hertz był pierwszą osobą, która świadomie kontrolowała fale elektromagnetyczne, ale nigdy nie postawił sobie zadania stworzenia urządzenia, które umożliwiłoby bezprzewodową komunikację radiową. Jednak eksperymenty Hertza, których opis pojawił się w 1888 roku, zainteresowały fizyków na całym świecie. Wielu naukowców zaczęło szukać sposobów na ulepszenie emitera i odbiornika fal elektromagnetycznych. Rezonator Hertza był urządzeniem o bardzo niskiej czułości i dlatego mógł przechwytywać fale elektromagnetyczne emitowane przez wibrator tylko w pomieszczeniu. Najpierw Hertzowi udało się nadawać na odległość 5, a potem - 18 m. W 1891 roku francuski fizyk Edouard Branly odkrył, że opiłki metalu umieszczone w szklanej rurce nie zawsze wykazują taką samą rezystancję, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny. Gdy w pobliżu rury pojawiły się fale elektromagnetyczne, na przykład z iskry uzyskanej za pomocą cewki Ruhmkorffa, opór trocin szybko spadł i został przywrócony dopiero po lekkim wstrząśnięciu. Branly wskazał, że ta ich właściwość może być wykorzystana do wykrywania fal elektromagnetycznych.
W 1894 r. angielski fizyk Lodge po raz pierwszy użył tuby Branly'ego, którą nazwał „coherer” (od łacińskiego coheare – łączyć, wiązać) w celu rejestrowania przechodzenia fal elektromagnetycznych. Umożliwiło to zwiększenie zasięgu odbioru do kilkudziesięciu metrów. Aby przywrócić czułość koherera po przejściu fal elektromagnetycznych, Lodge zainstalował nieprzerwanie działający mechanizm zegarowy, który nieustannie nim wstrząsał. W rzeczywistości Lodge musiał tylko zrobić krok, aby stworzyć odbiornik radiowy, ale tego kroku nie zrobił. Po raz pierwszy pomysł możliwości wykorzystania fal elektromagnetycznych do celów komunikacyjnych przedstawił rosyjski inżynier Popow. Zwrócił uwagę, że nadawanym sygnałom można nadać określony czas trwania (np. jedne sygnały mogą być dłuższe, inne krótsze), a przy użyciu alfabetu Morse'a depesze mogą być przesyłane bez przewodów. Jednak to urządzenie miało sens tylko wtedy, gdy udało się uzyskać stabilną transmisję radiową na duże odległości. Po przestudiowaniu rurek Branly'ego i Lodge'a Popov postanowił opracować jeszcze bardziej czuły koherer. W końcu udało mu się stworzyć bardzo czuły koherer z platynowymi elektrodami wypełnionymi opiłkami żelaza.
Kolejnym problemem było usprawnienie procesu potrząsania trocinami po sklejeniu spowodowanym przejściem fali elektromagnetycznej. Mechanizm zegara używany przez Lodge do przywracania czułości koherera nie zapewniał niezawodnej pracy obwodu: takie wstrząsy były nieregularne i mogły prowadzić do utraty sygnałów. Popow szukał automatycznej metody, która pozwoliłaby na przywrócenie czułości koherera dopiero po odebraniu sygnału. Po przeprowadzeniu wielu eksperymentów Popow wynalazł metodę okresowego potrząsania kohererem za pomocą elektrycznego młotka dzwonowego i użył przekaźnika elektrycznego do włączenia obwodu tego dzwonu. Schemat opracowany przez Popowa był bardzo czuły i już w 1894 roku był w stanie wykorzystać go do odbioru sygnałów na odległość kilkudziesięciu metrów. Podczas tych eksperymentów Popov zwrócił uwagę na fakt, że zasięg odbiornika zauważalnie wzrasta, jeśli do koherera podłączony jest pionowy przewód. Tak więc wynaleziono antenę odbiorczą, za pomocą której Popov znacznie poprawił warunki pracy odbiornika. Do 1895 roku stworzył pierwszy w historii odbiornik radiowy. Ten odbiornik radiowy został ułożony w następujący sposób. Wrażliwa tuba z metalowymi opiłkami (koherer) została wzmocniona w pozycji poziomej; kawałek drutu, który był anteną odbiorczą, był przymocowany do jednego końca rury, a uziemiony drut był przymocowany do drugiego końca. Obwód elektryczny akumulatora został zamknięty przez koherencję i przekaźnik elektromagnetyczny: ze względu na wysoką rezystancję trocin w rurze (do 100000 XNUMX omów) prąd w obwodzie akumulatora był niewystarczający, aby przyciągnąć zworę przekaźnika. Ale gdy tylko rura została wystawiona na działanie fal elektromagnetycznych, trociny skleiły się ze sobą, a opór rury znacznie się zmniejszył. Prąd w obwodzie wzrósł, a zwora przekaźnika została przyciągnięta. W tym przypadku drugi obwód został zamknięty, a prąd został skierowany przez uzwojenia przekaźnika dzwonkowego, w wyniku czego zadziałał dzwonek. Młot uderzył w dzwon i łańcuch się otworzył. Młotek powrócił do swojej pierwotnej pozycji pod działaniem sprężyny i uderzył w rurę, potrząsając trocinami. W ten sposób rura została ponownie uwrażliwiona na fale elektromagnetyczne.
7 maja 1895 Popow zademonstrował działanie swojego odbiornika radiowego podczas raportu na posiedzeniu Rosyjskiego Towarzystwa Fizyczno-Chemicznego. Źródłem oscylacji elektromagnetycznych w jego eksperymentach był wibrator nadawczy Hertza, tylko w nadajniku Popowa włączony był iskiernik między anteną a ziemią. W styczniu 1896 r. w czasopiśmie tego towarzystwa ukazał się artykuł Popowa opisujący jego następcę. Następnie Popow dołączył do swojego schematu aparat telegraficzny Morse'a i wprowadził nagranie na taśmie. W efekcie powstał pierwszy na świecie radiotelegraf - nadajnik i odbiornik z zapisem sygnałów alfabetem Morse'a.
Przyjrzyjmy się bliżej jego urządzeniu. Klucz telegraficzny Morse'a był podłączony między baterią a uzwojeniem pierwotnym cewki Ruhmkorffa. Kiedy ten klucz był zamknięty, prąd stały akumulatora przechodził przez zwoje uzwojenia. Wyłącznik o wysokiej częstotliwości zamykał i otwierał obwód, w wyniku czego (patrz rozdział „Transformator”) prąd stały został zamieniony na prąd przemienny. Z powodu indukcji elektromagnetycznej w uzwojeniu wtórnym cewki Ruhmkorffa indukowany był prąd przemienny o wysokim napięciu. To uzwojenie było zamknięte na iskiernik. Tak więc każde zamknięcie klucza telegraficznego generowało strumienie iskier w iskierniku. Krótkie lub dłuższe obwody wytwarzały krótkie i długie strumienie iskier, które odpowiadały kropkom i kreskom alfabetu Morse'a. Jeden biegun ogranicznika był uziemiony, a drugi podłączony do anteny, która wypromieniowywała fale elektromagnetyczne generowane przez ogranicznik do otaczającej przestrzeni. Niektóre z tych fal uderzają w antenę odbiorczą i indukują w niej słaby prąd przemienny. Ponadto czas trwania każdego odebranego impulsu prądowego dokładnie odpowiadał czasowi trwania sygnału iskiernika. Urządzenie odbiornika było prawie takie samo jak w poprzednim modelu: koherer był podłączony do baterii i elektromagnesu, którego przekaźnik za pomocą lokalnej baterii uruchamiał aparat do pisania Morse'a włączony w obwód zamiast dzwonka. Dopóki koherer nie był wystawiony na działanie fal elektromagnetycznych, jego rezystancja była tak duża, że w obwodzie koherera nie płynął prąd. Kiedy fale elektromagnetyczne działały na koherer, jego rezystancja znacznie się zmniejszyła, a prąd w obwodzie wzrósł tak bardzo, że elektromagnes przyciągnął jego twornik, włączając obwód telegrafu. To przyciąganie nie ustało, dopóki fale elektromagnetyczne działały na koherer. Równocześnie z zamknięciem obwodu do akcji wkroczył młot, który uderzył w coherer. Zwiększył się opór tych ostatnich. Jeśli jednak fale nadal działały, to opór natychmiast znów się zmniejszał i stan małego oporu trwał pomimo wstrząsów. Przez cały ten czas aparat telegraficzny kreślił linię na taśmie. I dopiero gdy ustał wpływ fal elektromagnetycznych, objawił się efekt drżenia, a opór wzrósł do poprzedniej wartości - aparat został wyłączony, aż pojawiła się nowa fala. W ten sposób na taśmie telegraficznej narysowano kropki i kreski, odpowiadające sygnałom wysyłanej przesyłki. 24 marca 1896 r. Popow zademonstrował swój sprzęt na spotkaniu Rosyjskiego Towarzystwa Fizyczno-Chemicznego i przekazał sygnały na odległość 250 m. Pierwszy na świecie radiogram składał się z dwóch słów „Heinrich Hertz”. Równolegle z Popowem młody Włoch Guglielmo Marconi stworzył swoją instalację radiotelegraficzną. Od dzieciństwa pasjonował się elektrycznością, a następnie zainteresował się ideą telegrafu bezprzewodowego. W 1896 roku zmontował nadajnik i odbiornik, bardzo podobny do tych wymyślonych przez Popowa. W tym samym roku Marconi przywiózł swój wynalazek do Anglii. Jego matka była Angielką i dzięki jej znajomościom został dobrze przyjęty na Wyspach Brytyjskich. W 1896 r. Marconi otrzymał angielski patent na swój radiotelegraf (był to pierwszy patent na telegrafię bezprzewodową; zatem z formalnego punktu widzenia Marconi jest całkiem słusznie uważany za wynalazcę radia, ponieważ jako pierwszy opatentował swój wynalazek). W czerwcu 1897 roku powstała spółka akcyjna, która zastosowała wynalazek Marconiego. W wieku 23 lat wykazał się niesamowitą pomysłowością i przedsiębiorczością. Od pierwszych kroków jego przedsiębiorstwo otrzymało solidne podstawy finansowe. Gdy tylko było to możliwe, Marconi starał się zademonstrować zalety nowego środka komunikacji bezprzewodowej. Tak więc w czerwcu 1898 roku w okolicach Dublina miały odbyć się tradycyjne regaty żeglarskie. Te wyścigi zawsze przyciągały uwagę wszystkich. Marconi udał się do Dublina i uzgodnił z jedną z głównych irlandzkich gazet, że przekaże jej drogą radiową z parowca w rejonie wyścigów wszystkie informacje, którymi opinia publiczna może być zainteresowana do publikacji w specjalnych wydaniach gazety. Doświadczenie zakończyło się pełnym sukcesem. Przez kilka godzin Marconi prowadził transfer, który został zaakceptowany przez redakcję. Uzyskane w ten sposób informacje wyprzedziły wszystkie inne, a gazeta znacznie zwiększyła swój nakład. Dla Marconiego był to również wielki sukces: w krótkim czasie kapitał zakładowy jego firmy podwoił się, osiągając 200 tysięcy funtów szterlingów. To dało mu możliwość szybkiego udoskonalenia swojego radiotelegrafu. Kilka lat później był już znacznie przed Popowem w swoim rozwoju. Jednym z głównych elementów pierwszych odbiorników radiowych był koherer. Jest więc naturalne, że główne wysiłki wynalazców, którzy dążyli do zwiększenia czułości aparatury odbiorczej, skierowane były właśnie na jej udoskonalenie. Marconi jako pierwszy zwrócił uwagę na ważną właściwość koherera, a mianowicie na zależność jego działania od wielkości przyłożonego do niego napięcia oscylacyjnego o wysokiej częstotliwości. Aby w pełni zebrać energię pola magnetycznego wytworzonego przez pomijalnie mały prąd indukowany w antenie, konieczne było jej wzmocnienie. Marconi znalazł prosty i pomysłowy sposób na rozwiązanie tego problemu. W 1898 roku umieścił w swoim urządzeniu radiowym (co oznacza „sorter”) - transformator wysokiej częstotliwości, którego uzwojenie pierwotne było podłączone do tego samego obwodu co antena, a uzwojenie wtórne było podłączone do koherera. W tym samym roku Marconi wykupił patent na ten schemat.
Przewodniki aib oznaczają tutaj obwód anteny, do którego zostało włączone uzwojenie pierwotne osadzarki c. W wyniku transformacji znacznie wzrosło napięcie słabego prądu antenowego w obwodzie wtórnym. Z jigera d sygnał szedł do koherera j, do którego podłączona była bateria b' i przekaźnika K, który włączał aparat telegraficzny, jak to miało miejsce w poprzednich obwodach. Ta prosta innowacja umożliwiła kilkukrotne zwiększenie czułości pierwszych stacji radiowych. Zasięg transmisji natychmiast wzrósł z 30 do 85 mil. W tym samym roku Marconi dokonał transferu przez kanał La Manche. Kolejny niezwykle ważny krok w kierunku zwiększenia czułości odbiornika wykonał w 1899 roku Rybkin, najbliższy asystent Popowa. W jednym z przeprowadzonych przez niego eksperymentów okazało się, że ze względu na odległość instrumenty nie działały. Nie mając pewności co do ich pełnej sprawności, Rybkin próbował włączyć zwykłą słuchawkę telefoniczną do obwodu koherentnego zamiast przekaźnika i aparatu telegraficznego i odkrył, że każde wyładowanie na stacji powoduje lekkie trzaski w telefonie, aby każda wysyłka mogła być łatwo odbierane przez ucho. Najbardziej uderzające było to, że coherer z tym włączeniem nie wymagał wstrząsania. Zjawisko to, wówczas nie do końca rozumiane, zostało wyjaśnione dopiero kilka lat później. Faktem jest, że o ile koherer pracował zwykle jako zmienny opór, który w wyniku spiekania ziaren metalu zmieniał się prawie od nieskończoności do stosunkowo małej wartości, to w tym schemacie działał na zupełnie innej podstawie i nie był niczym więcej niż detektor we współczesnym znaczeniu tego słowa, to znaczy urządzenie, które przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku, ma jednostronną przewodność i zamienia (prostowany) prąd przemienny na pulsujący prąd stały. Znikome prądy antenowe prostowane przez detektor były zupełnie niewystarczające do wysterowania przekaźnika telegraficznego, ale potrafiły działać na bardzo czułe urządzenie – membranę słuchawki, generując słabe fale dźwiękowe tak samo jak w zwykłym telefonie. Przykładając telefon do ucha, słychać było długie i krótkie trzaski, odpowiadające kropkom i kreskom alfabetu Morse'a. Urządzenie odbiorcze wraz z przejściem na telefon zostało znacznie uproszczone. Nie było mechanizmu rejestrującego znaki telegraficzne, bateria się zmniejszyła, zniknęła potrzeba ciągłego potrząsania proszkiem metalowym. Jeśli w poprzednim odbiorniku, który pracował na aparacie rejestrującym, zakłócenia wyładowań atmosferycznych często prowadziły do fałszywych wyłączeń przekaźnika i zniekształcały zapisy, to odbiór słuchowy ze znaną umiejętnością telegrafisty dawał więcej możliwości odizolowania poprawnie naprzemiennych znaków telegraficznych przeciwko tło chaotycznego trzasku interferencji. Jednak największą zaletą nowego odbiornika była jego większa czułość. Kolejny krok w doskonaleniu odbiorników radiowych wiązał się ze wzrostem ich selektywności, ponieważ już pierwsze próby przejścia od eksperymentów do praktycznego wykorzystania fal elektromagnetycznych do przesyłania sygnałów na odległość pokazały z całą ostrością, że dalszy rozwój ten nowy rodzaj komunikacji i jego szerokie zastosowanie byłyby możliwe tylko w przypadku znalezienia skutecznych metod, które pozwolą kilku stacjom nadawczym działać jednocześnie na antenie. W przypadku połączenia przewodowego problem ten został rozwiązany bardzo prosto. Wystarczyło podłączyć każde z urządzeń odbiorczych znajdujących się w dowolnym miejscu swoimi indywidualnymi przewodami do odpowiedniej instalacji nadawczej. Ale co należało zrobić w przypadku transmisji bezprzewodowej? Eksperymenty pierwszych stacji Popowa i Marconiego natychmiast ujawniły wszystkie niedoskonałości pod tym względem używanego wówczas sprzętu. Odbiór sygnałów w zasięgu dwóch jednocześnie pracujących stacji okazał się całkowicie niemożliwy z powodu wzajemnych zakłóceń. Znaleziono wyjście w transmisji sygnałów radiotelegraficznych falami o różnej długości, wykorzystując zjawisko rezonansu do izolowania ich w urządzeniu odbiorczym.
Aby zrozumieć istotę tej metody, rozważmy bardziej szczegółowo właściwości cewki indukcyjnej i kondensatora. Wyobraź sobie cewkę o dużej liczbie zwojów, przez którą przepływa prąd przemienny. Zmieniający się prąd elektryczny, jak wspomniano wcześniej, generuje zmieniające się pole magnetyczne w otaczającej przestrzeni, co z kolei wytwarza zmieniające się pole elektryczne. To pole elektryczne indukuje w zwojach cewki prąd elektryczny skierowany w stronę głównego - zachodzi zjawisko zwane samoindukcją. Zewnętrznie efekt ten przejawia się w szczególności w tym, że gdy obwód jest zamknięty, prąd w dowolnej cewce nie osiąga natychmiast swojej maksymalnej wartości, ale z pewnym opóźnieniem w porównaniu na przykład z konwencjonalnym przewodem prostym. Gdy sieć jest otwarta, zmieniające się pole elektryczne indukuje w cewce prąd zbieżny w kierunku z głównym, a zatem prąd w cewce pozostaje przez pewien czas po wyłączeniu zasilania. Ta właściwość cewki do opóźniania i niejako zatrzymywania prądu w sobie przez pewien czas bez żadnego wpływu zewnętrznego charakteryzuje się specjalną wartością zwaną indukcyjnością. Każda cewka ma swoją własną indukcyjność, której wartość zależy od wielkości przewodnika i jego kształtu, ale nie zależy od przepływającego prądu. Jeśli chodzi o kondensator, to zwykle składa się on z dwóch płytek umieszczonych bardzo blisko siebie, ale oddzielonych dielektrykiem, czyli substancją, która nie przepuszcza prądu elektrycznego. Płyty kondensatora nazywane są jego płytami. Jeśli podłączysz płytki kondensatora do biegunów źródła prądu stałego (na przykład do akumulatora elektrycznego), nagromadzi się na nich ładunek elektryczny, który pozostanie nawet po odłączeniu akumulatora. Zdolność kondensatora do przechowywania ładunku zależy od jego pojemności elektrycznej. Każdy kondensator ma swoją pojemność, a jego wartość zależy od powierzchni płytek, odległości między nimi oraz właściwości rozdzielającego je dielektryka. Jeśli płytki kondensatora są połączone kawałkiem drutu, wówczas nastąpi jego szybkie rozładowanie - elektrony z płytki, w której były w nadmiarze, przepłyną do drugiej, w której było ich za mało, po czym ładunek każdej z płytek będzie równy zero. A co, jeśli kondensator nie jest rozładowywany sam, ale przez cewkę indukcyjną? W tym przypadku obserwuje się bardzo ciekawe zjawisko. Wyobraź sobie naładowany kondensator z cewką przymocowaną do jego płytek. Oczywiście kondensator zacznie się rozładowywać, a w obwodzie pojawi się prąd elektryczny, ale jego siła nie osiągnie natychmiast swojej maksymalnej wartości, ale będzie stopniowo wzrastać z powodu zjawiska indukcji własnej w cewce. W momencie całkowitego rozładowania kondensatora prąd w cewce osiągnie swoją maksymalną wartość. Co się stanie? Pomimo tego, że obie płytki kondensatora będą już miały ładunek zerowy, przepływ prądu przez cewkę będzie kontynuowany, ponieważ z powodu tej samej indukcji własnej prąd w cewce nie może natychmiast zatrzymać się. To tak, jakby cewka na kilka chwil zamieniła się w źródło prądu i naładowała kondensator w taki sam sposób, jak akumulator elektryczny. Dopiero teraz ładunki płytek ulegają odwróceniu – ten, który był wcześniej naładowany ujemnie, staje się dodatni i odwrotnie. W rezultacie, gdy prąd w cewce wyniesie zero, kondensator zostanie ponownie naładowany. Jednak w tym samym momencie zacznie ponownie rozładowywać się przez cewkę, a cały proces zostanie powtórzony w przeciwnym kierunku. Gdyby nie było nieuniknionych strat energii elektrycznej, takie ładowanie mogłoby zająć dowolnie długi czas. Opisane zjawisko nazywa się oscylacjami elektrycznymi, a układ kondensator-cewka, w którym te oscylacje występują, nazywany jest obwodem oscylacyjnym. W zależności od tego, ile razy w ciągu jednej sekundy kondensator ma czas na ładowanie, mówią o jednej lub drugiej częstotliwości drgań. Częstotliwość drgań jest bezpośrednio związana z właściwościami obwodu oscylacyjnego, przede wszystkim z indukcyjnością cewki i pojemnością kondensatora. Zauważono, że im mniejsze są te wartości, tym większa częstotliwość oscylacji w obwodzie, czyli kondensator ma czas na doładowanie więcej razy w ciągu jednej sekundy. Jak wszelkie drgania (na przykład wahadła), drgania w układzie kondensator-cewka, jeśli nie są wspierane z zewnątrz, w końcu ustaną, ponieważ początkowa energia zostanie wydana na ogrzewanie drutów i promieniowanie elektromagnetyczne. Oznacza to, że z każdą oscylacją maksymalny prąd w cewce i maksymalne napięcie na płytkach kondensatora będą coraz mniejsze. Jednak podobnie jak drgania wahadła w zegarze mechanicznym, drgania elektryczne można utrzymać, na przykład podłączając kondensator do zewnętrznego źródła prądu przemiennego. Ale prąd przemienny, jak pamiętamy, również zmienia swoją wartość z określoną częstotliwością, czyli innymi słowy, ma swoją własną częstotliwość oscylacji. Każdy obwód oscylacyjny nie jest obojętny na częstotliwość oscylacji, jaką ma prąd zasilający. Jeśli na przykład prąd ten ma częstotliwość drgań, która jest zbyt duża lub zbyt mała w porównaniu z częstotliwością drgań samego obwodu, to siła prądu i jego napięcie w obwodzie oscylacyjnym nigdy nie będą duże (ponieważ ten wpływ zewnętrzny będzie przeszkadzał z własnymi oscylacjami bardziej niż im pomóc). Jednak w przypadkach, gdy częstotliwość drgań prądu zewnętrznego jest zbliżona do częstotliwości drgań własnych obwodu, natężenie prądu i napięcie prądu obwodu zaczynają wzrastać i osiągają maksimum, gdy częstotliwości te całkowicie się pokrywają. W tym przypadku mówi się, że obwód oscylacyjny jest w rezonansie. Rezonans jest szczególnie wyraźny w obwodach o niskiej rezystancji. W takim przypadku napięcie na kondensatorze i cewce może być wielokrotnie większe niż napięcie zasilania zewnętrznego. Występuje rodzaj skoku lub skoku napięcia. Zjawisko rezonansu elektrycznego zostało wykorzystane do realizacji selektywnej komunikacji radiowej. Marconi był jednym z pierwszych, którzy dostroili obwody oscylacyjne stacji nadawczej i odbiorczej do tej samej częstotliwości. W tym celu w szczególności użył swojego jigera, zawierającego kondensator równolegle z jego uzwojeniem wtórnym, uzyskując w ten sposób obwód oscylacyjny. Zmieniono również obwody nadajnika, aby włączyć cewki indukcyjne i kondensatory w obwodzie anteny, tak aby każda stacja nadawcza mogła przesyłać sygnały o określonej częstotliwości oscylacji fali. Od tej pory kilka stacji radiowych nadało komunikaty, każda na swojej własnej częstotliwości, a emitowane przez nie fale wzbudzały w antenie odbiorczej prądy zmienne o różnych częstotliwościach. Jednak odbiornik wybrał tylko te sygnały, których częstotliwość pokrywała się z częstotliwością drgań własnych jego obwodu oscylacyjnego, ponieważ tylko w tym przypadku zaobserwowano zjawisko rezonansu. Wstrząsarka w tym układzie działała jak filtr i nie wzmacniała żadnego prądu antenowego (jak to było wcześniej), ale wyróżniała wśród nich prąd o częstotliwości, do której dostrojony był dany odbiornik. Od tego czasu obwody rezonansowe stały się integralną częścią zarówno urządzeń odbiorczych, jak i nadawczych.
Na początku XX wieku kilkudziesięciu naukowców w wielu krajach entuzjastycznie zajmowało się telegrafią bezprzewodową. Jednak największe sukcesy wiązały się nadal z nazwiskiem Marconiego, który niewątpliwie był jednym z najwybitniejszych inżynierów radiowych tamtych czasów. Po serii eksperymentów z transmisją na duże odległości Marconi dokonał uderzającego odkrycia - okazało się, że wybrzuszenie kuli ziemskiej w najmniejszym stopniu nie zakłóca ruchu fal elektromagnetycznych. To skłoniło go do eksperymentowania z telegrafią za oceanem. Już w 1901 roku odbyła się pierwsza w historii transatlantycka transmisja radiowa, podczas której asystent Marconiego, Fleming, nadał alfabetem Morse'a literę „S” z angielskiej stacji na Poldu, a Marconiego, który był po drugiej stronie Oceanu Atlantyckiego. , na wyspie Nowej Fundlandii, otrzymał ją w odległości 1800 mil. Kolejnym ważnym punktem w ulepszaniu odbiorników było stworzenie nowych pułapek falowych (detektorów). Spójnik Branly'ego odegrał ważną rolę we wczesnych latach komunikacji radiowej. Był jednak zbyt kapryśny i trudny do opanowania. Ponadto musiała być stale potrząsana, aby przywrócić zdolność reagowania na kolejny sygnał radiowy. Jednym z głównych zadań było stworzenie „samoregulującego się” koherera. Pierwszą próbę w tym kierunku podjął w 1899 roku Popow z telefonem. Drugi to Marconi, który na początku XX wieku zaprojektował swój detektor magnetyczny.
Zasada działania detektora magnetycznego oparta była na zjawisku tzw. histerezy. Faktem jest, że zwykle żelazo jest namagnesowane z pewnym opóźnieniem. Jednak namagnesowanie można zwiększyć, jeśli w momencie wystawienia na działanie zewnętrznego pola magnetycznego nastąpi zauważalne drżenie cząsteczek żelaza. Można to zrobić za pomocą wstrząsu mechanicznego lub krótkiego impulsu innego pola magnetycznego. Zjawisko to wykorzystał Marconi. W jego detektorze magnetycznym niekończący się pas z miękkiego drutu żelaznego rozciągał się na dwóch krążkach, poruszając się z prędkością pięciu cali na sekundę i przechodząc pod biegunami dwóch magnesów trwałych wewnątrz małej szklanej rurki. Na tej rurze nawinięto uzwojenia pierwotne i wtórne, a uzwojenie pierwotne było podłączone do obwodu antenowego, a wtórne do telefonu. Przechodząc pod biegunami magnesu, żelazna taśma została namagnesowana najpierw w jednym, a potem w przeciwnym kierunku. Samo odwrócenie namagnesowania nastąpiło pod środkowymi podwójnymi biegunami o tej samej nazwie, ale nie od razu w momencie przejścia taśmy pod nimi, ale nieco z opóźnieniem (ze względu na wspomnianą wyżej właściwość żelaza). Obraz linii magnetycznych wychodzących z biegunów i zamkniętych w żelaznym drucie był zniekształcony, a linie magnetyczne wydawały się być niesione przez drut w kierunku ruchu. Pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości powstałe wewnątrz uzwojenia pierwotnego podczas przejścia odebranego sygnału radiowego natychmiast osłabiło zjawisko histerezy w drucie żelaznym i wytworzyło w nim przemagnesowanie szokowe. Dramatycznie zmieniła się konfiguracja linii sił i zainstalowano je w charakterystycznej dla nich pozycji, gdy drut jest nieruchomy. To nagłe przesunięcie linii sił wytworzyło chwilowy prąd w uzwojeniu wtórnym, co wywołało dźwięk w telefonie. Urządzenie nie wymagało potrząsania i było zawsze gotowe do odbioru kolejnego sygnału. W tych samych latach inni radiotechnicy proponowali inne typy detektorów. Od tego czasu rozpoczął się szybki rozwój radiotechniki. W 1902 roku, używając swojego detektora magnetycznego, Marconi przeprowadził serię niezwykłych eksperymentów na włoskim krążowniku wojennym Carlo Alberto. W czasie rejsu z Włoch do Anglii i Rosji mógł całkowicie odbierać w odległości 2000 km od Poldu, gdzie znajdowała się stacja nadawcza. W listopadzie tego samego roku 1902 nawiązano oficjalną łączność radiową między Stanami Zjednoczonymi a Anglią. Prezydent Roosevelt i król Edward VIII wymienili radiogramy powitania. A w październiku 1907 roku firma Marconi otworzyła dla ogółu społeczeństwa pierwszą w historii stację radiotelegraficzną, przekazującą wiadomości z Europy do Ameryki. Zainteresowanie tą nowością było ogromne – pierwszego dnia przesłano 14 XNUMX słów. Autor: Ryzhov K.V.
▪ papier
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Handlarze narkotyków złapani w sieci ▪ trucizna przeciwko truciźnie ▪ Monitor Acer 4K z obsługą NVIDIA G-Sync ▪ Substancja metaliczna, która nie przewodzi ciepła podczas przepływu prądu elektrycznego
▪ część witryny internetowej elektryka. Wybór artykułu ▪ Artykuł Franciszka z Asyżu. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Co powoduje wrzody żołądka? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Mash. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Przełącznik girlandy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ Artykuł Kości. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony