 Бездротовий радіотелеграф по праву вважають найвидатнішим винаходом кінця XIX століття, який відкрив нову еру в історії людського прогресу. Точно так само, як старий електричний телеграф поклав початок електротехніці, створення радіотелеграфу послужило вихідним пунктом розвитку радіотехніки, а потім і електроніки, грандіозні успіхи яких ми бачимо тепер всюди. В історії двох цих винаходів можна відзначити й іншу цікаву паралель: творці телеграфу Земерінг і Шиллінг були першими винахідниками, які спробували використовувати в інтересах людини нещодавно виявлену дивину - електричний струм, а в основі дії радіотелеграфію Попова і Марконі лежало тільки що відкрите явище електромагнітного випромінювання. Як тоді, так і тепер техніка зв'язки першої затребувала і використовувала новітнє досягнення науки. В електричному телеграфі носієм сигналу є електричний струм. У радіотелеграфу в якості цього носія виступають електромагнітні хвилі, які поширюються в просторі з величезною швидкістю і не вимагають для себе ніяких проводів. Відкриття електричного струму і відкриття електромагнітних хвиль відокремлюють один від одного рівно сто років, і на їх прикладі можна бачити якихось разючих успіхів досягла за цей вік фізика. Якщо електричний струм, як ми пам'ятаємо, був виявлений Гальвані абсолютно випадково, то електромагнітні хвилі вперше проявили себе в результаті абсолютно цілеспрямованого експерименту Герца, який чудово знав, що і як йому треба шукати, бо ще за двадцять років до його чудового відкриття існування електромагнітних хвиль з математичною точністю було передбачено великим англійським фізиком Максвеллом. Щоб зрозуміти принцип дії радіотелеграфу, згадаємо, що таке електричне поле і що таке магнітне поле. Візьмемо пластмасовий кульку і потремо його шерстяною ганчірочкою: кулька після цього знайде здатність притягувати до себе дрібні папірці і сміття. Він, як це зазвичай говорять, наелектризується, тобто отримає на свою поверхню певний електричний заряд. В одній з попередніх глав вже повідомлялося, що цей заряд може бути негативним і позитивним, причому дві кульки заряджених однаково будуть відштовхуватися один від одного з певною силою, а дві кульки з протилежними зарядами будуть притягатися. Чому це відбувається? У свій час Фарадей припустив, що кожна кулька створює навколо себе якесь невидиме обурення, яке він назвав електричним полем. Поле одного зарядженого кульки діє на інший кулька, і навпаки. В даний час гіпотеза Фарадея прийнята наукою, хоча про природу цього поля, про те, що воно з себе представляє як таке, нічого невідомо. Крім того, що електричне поле існує, очевидні лише два його безсумнівних властивості: воно поширюється в просторі навколо всякого зарядженого тіла з величезною, хоча і кінцевої, швидкістю 300000 км / с і впливає на будь-яке інше електрично заряджене тіло, яке опинилося в цьому полі, притягаючи або відштовхуючи його з певною силою. Різновидом такого впливу можна вважати електричний струм. Як вже говорилося, будь-який електричний струм являє собою спрямоване рух заряджених частинок. Наприклад, в металах, це рух електронів, а в електролітах - рух іонів. Що ж змушує ці частинки рухатися впорядковано в одному напрямку? Відповідь відома: цією силою є електричне поле. При замиканні ланцюга в провіднику по всій його довжині від одного полюса джерела живлення до іншого виникає електричне поле, яке впливає на заряджені частинки, змушуючи їх рухатися певним чином (наприклад, в електроліті позитивно заряджені іони притягуються до катода, а негативно заряджені - до анода) . Багато що із сказаного про електричному полі можна віднести до магнітного. Всі мали справу з постійними металевими магнітами і знають про їх властивості притягатися і відштовхуватися один від одного в залежності від того, якими полюсами - однойменними або різнойменними - вони спрямовані один до одного. Взаємодія магнітів пояснюється тим, що навколо будь-якого з них виникає магнітне поле, причому поле одного магніту діє на інший магніт, і навпаки. Вже зазначалося, що магнітне поле виникає в просторі навколо кожного рухомого заряду і будь-який електричний струм (який - ще раз повторимо це - є спрямований потік заряджених частинок) породжує навколо себе магнітне поле. Говорилося і про зворотне явище - явище електромагнітної індукції, коли змінюється магнітне поле наводить у провідниках електричний струм. Але чому виникає цей струм і при цьому виникає тільки тоді, коли магнітне поле змінюється? Спробуємо в цьому розібратися. Візьмемо вже розглянутий вище трансформатор, що представляє собою дві котушки, надіті на один сердечник. Включивши первинну обмотку трансформатора в мережу, ми отримаємо струм у вторинній обмотці. Це означає, що електрони у вторинній обмотці прийшли в направлений рух, то є якась сила почала впливати на них. Яка ж природа цієї сили? Довгий час вчені та електротехніки ставали в тупик перед цим питанням. Вже використовуючи трансформатори, вони не могли повністю зрозуміти процеси, які в них відбувалися. Очевидно було тільки, що це явище не можна пояснити єдино впливом магнітного поля. Цікаву гіпотезу, що пояснює це та багато інших електричні явища, висунув в 1864 році відомий англійський фізик Максвелл. Щоб зрозуміти її, зауважимо, що процес, який відбувається у вторинній обмотці трансформатора, дуже схожий на той, що спостерігається в будь-якому провіднику замкнутого електричного ланцюга - і там і тут електрони приходять в спрямований рух. Але в провіднику ланцюга це відбувається під впливом електричного поля. Бути може, і у вторинній обмотці трансформатора теж виникає електричне поле? Але звідки воно береться? У замкнутому ланцюзі електричне поле з'являється внаслідок включення до неї джерела струму (батареї або генератора). Але у вторинному ланцюзі трансформатора, як відомо, немає ніяких зовнішніх джерел струму. Максвелл припустив, що електричне поле виникає тут під впливом мінливого магнітного поля. Він пішов далі і почав стверджувати, що два ці поля найтіснішим чином пов'язані між собою, що будь змінюється магнітне поле породжує електричне, а будь змінюється електричне поле породжує магнітне і що вони взагалі не можуть існувати одне без одного, представляючи як би єдине електромагнітне поле. Теорію Максвелла можна пояснити наступним простим прикладом. Уявімо собі, що на пружині підвішений заряджений кульку. Якщо ми відтягніть його вниз, а потім відпустимо, кулька почне коливатися навколо якоїсь точки рівноваги. Припустимо, що ці коливання відбуваються з дуже великою частотою (тобто кулька встигає піднятися й спуститися кілька сотень або навіть тисяч разів за одну секунду). Тепер будемо вимірювати величину напруженості електричного поля в якійсь точці неподалік від кульки. Очевидно, вона не є величиною постійною: коли кулька буде наближатися, напруженість збільшиться, коли він буде віддалятися - вона зменшиться. Період цих змін, очевидно, буде дорівнює періоду коливань кульки. Іншими словами, в цій точці виникає змінне електричне поле. Слідуючи гіпотезі Максвелла, ми повинні припустити, що це змінюється електричне поле породить навколо себе змінюється з тією ж періодичністю магнітне поле, а останнє викличе появу змінного електричного поля вже на більшій відстані від заряду і так далі. Таким чином, в навколишньому кулька просторі виникне система періодично змінюються електричних і магнітних полів. Утворюється так звана електромагнітна хвиля, що біжить по всіх напрямках від коливного заряду зі швидкістю 300000 км / с. З кожним новим коливанням кульки в простір випромінюється чергова електромагнітна хвиля. Скільки коливань, стільки і хвиль. Але скільки б хвиль не випромінювалося в одиницю часу, швидкість їх поширення строго постійна. Якщо припустити, що кулька здійснює одне коливання в секунду, то за цей час «головний» частину хвилі виявиться на відстані 300000 км від джерела випромінювання. Якщо частота складає 1000000 коливань в секунду, то всі ці хвилі заповнять за 1 секунду простір, вважаючи по прямій лінії в сторону від джерела випромінювання 300000 км. На частку ж кожної окремої хвилі доведеться шлях в 300 м. Таким чином, довжина кожної хвилі прямо пов'язана з частотою коливання згенерувати її системи. Зауважимо, що ця хвиля як би в самій собі має всі умови для свого поширення. Хоча кожна щільна середу в тій чи іншій мірі послаблює її силу, електромагнітна хвиля в принципі може поширюватися і в повітрі, і воді, проходити крізь дерево, скло, людську плоть. Однак найкращим середовищем для неї є вакуум. Тепер подивимося, що станеться, якщо на шляху поширення електромагнітної хвилі виявиться провідник? Очевидно, електричне поле хвилі буде впливати на електрони провідника, які внаслідок цього прийдуть в направлений рух, тобто в провіднику виникне змінний електричний струм, що має той же період коливання і ту ж частоту, що й породило його електричне поле. Таким чином, можна дати пояснення явищу електромагнітної індукції, відкритої Фарадеєм. Зрозуміло, що наш приклад декілька ідеальний. У реальних умовах електромагнітне поле, випромінюване коливним зарядженим кулею, буде дуже слабким, і напруженість його на великій відстані практично дорівнює нулю. Струм, що наводяться у вторинному провіднику, буде настільки малий, що його не зареєструють ніякі прилади. З цієї причини при житті Максвелла його теорія не отримала експериментального підтвердження. Багато вчені розділяли його погляди і шукали спосіб, який допоміг би виявити електромагнітні хвилі. Досліди в цьому напрямку стали вихідною точкою для розвитку радіотехніки. Тільки в 1886 році німецький фізик Герц провів експеримент, що підтверджував теорію Максвелла. Для збудження електромагнітних хвиль Герц застосував прилад, названий їм вібратором, а для виявлення - інший прилад - резонатор. Вібратор Герца складався з двох стержнів однакової довжини, які приєднувалися до затискачів вторинної обмотки індукційної котушки. На звернених один до одного кінцях стержнів зміцнювалися невеликі металеві кулі. При проходженні індукційного струму через вторинну обмотку котушки між кулями проскакувала іскра, і в навколишній простір випромінювалися електромагнітні хвилі. Резонатор Герца складався з зігнутою в кільце дроту, на обох кінцях якої теж зміцнювалися металеві кульки. Під дією змінного магнітного поля електромагнітної хвилі в резонаторі наводився змінний електричний струм, в результаті чого між кульками відбувався розряд. Таким чином, при розряді в вібраторі спостерігалося проскакування іскри між кульками резонатора. Пояснити це явище можна було тільки виходячи з теорії Максвелла, так що завдяки досвіду Герца з усією очевидністю було доведено існування електромагнітних хвиль. Герц був першою людиною, яка свідомо управляв електромагнітними хвилями, але він ніколи не ставив перед собою завдання створити пристрій, що дозволяло налагодити бездротову радіозв'язок. Однак експерименти Герца, опис яких з'явилося у 1888 році, зацікавили фізиків усього світу. Багато вчених стали шукати шляхи удосконалення випромінювача і приймача електромагнітних хвиль. Резонатор Герца був приладом дуже малої чутливості і тому міг вловлювати випускаються вібратором електромагнітні хвилі лише в межах кімнати. Спочатку Герцу вдалося здійснити передачу на відстань 5, а потім - 18м. У 1891 році французький фізик Едуард Бранлі відкрив, що металеві тирса, поміщені в скляну трубочку, при пропущенні через них електричного струму не завжди виявляють однаковий опір. При виникненні поблизу трубочки електромагнітних хвиль, наприклад, від іскри, отриманої за допомогою котушки Румкорфа, опір тирси швидко падало і відновлювалося лише після їх легкого струшування. Бранлі вказав, що це їх властивість можна використовувати для виявлення електромагнітних хвиль. У 1894 році англійський фізик Лодж вперше використовував трубку Бранлі, яку він назвав «когерером» (від латинського coheare - зчіплюватися, зв'язуватися) для того, щоб реєструвати проходження електромагнітних хвиль. Це дозволило збільшити дальність прийому до декількох десятків метрів. Для відновлення чутливості когерера після проходження електромагнітних хвиль Лодж встановив безперервно діючий годинниковий механізм, який постійно струшував його. Фактично Лоджу залишалося зробити тільки крок, щоб створити радіоприймач, але він цього кроку не зробив. Вперше думка про можливість застосування електромагнітних хвиль для потреб зв'язку була викладена російським інженером Поповим. Він вказав, що передаються сигналам можна надати певну тривалість (наприклад, одні сигнали зробити більш довгими, інші - більш короткими) і за допомогою азбуки Морзе передавати без проводів депеші. Втім, пристрій це мало сенс тільки в тому випадку, якщо б вдалося домогтися стійкої радіопередачі на велику відстань. Вивчивши трубки Бранлі і Лоджа, Попов взявся за розробку ще більш чутливого когерера. Зрештою, йому вдалося створити дуже чутливий когерер з платиновими електродами, заповнену залізними тирсою. Наступною проблемою стало удосконалення процесу струшування тирси після їх злипання, викликаного проходженням електромагнітної хвилі. Годинниковий механізм, що застосовувався Лоджем для відновлення чутливості когерера, не забезпечував надійного дії схеми: таке струшування було безладним і могло привести до пропуску сигналів. Попов шукав автоматичний метод, який би дозволив відновлювати чутливість когерера тільки після того, як сигнал прийнятий. Проробивши багато дослідів, Попов винайшов спосіб періодичного струшування когерера за допомогою молоточка електричного дзвінка та застосував електричне реле для включення ланцюга цього дзвінка. Схема, розроблена Поповим, володіла великою чутливістю, і вже в 1894 році йому вдалося з її допомогою приймати сигнали на відстані декількох десятків метрів. Під час цих дослідів Попов звернув увагу на те, що дальність дії приймача помітно збільшується, якщо приєднати до когерера вертикальний провід. Так була винайдена приймальна антена, використавши яку Попов вніс істотні поліпшення в умови роботи приймача. До 1895 року він створив прилад, який представляв собою перший в історії радіоприймач. Цей радіоприймач був влаштований таким чином. Чутлива трубка з металевими тирсою (когерер) зміцнювалася в горизонтальному положенні; до одного висновку трубки приєднувався відрізок дроту, що представляв собою прийомну антену, а до іншого кінця - заземлений провід. Електричний ланцюг батареї замикалася через когерер і електромагнітне реле: внаслідок великого опору тирси в трубці (до 100000 Ом) струм в ланцюзі батареї був недостатній для притягання якоря реле. Але як тільки трубка піддавалася дії електромагнітних хвиль, тирсу злипалися, і опір трубки значно зменшувалася. Струм в ланцюзі зростав, і якір реле притягався. При цьому відбувалося замикання другій ланцюга, і струм прямував через обмотки дзвінкового реле, в результаті чого дзвінок приходив в дію. Молоточок ударяв по дзвінку, при цьому ланцюг розмикалися. Молоточок повертався у вихідне положення під дією пружини і вдаряв по трубці, струшуючи ошурки. Таким чином, трубка знову робилася чутлива до електромагнітних хвиль. 7 травня 1895 Попов демонстрував роботу свого радіоприймача під час доповіді на засіданні Російського фізико-хімічного товариства. Джерелом електромагнітних коливань в його дослідах служив передавальний вібратор Герца, тільки в передавачі Попова іскровий розрядник включався між антеною і землею. У січні 1896 року в журналі цього товариства була опублікована стаття Попова з описом його приймача. Потім Попов приєднав до своєї схемою телеграфний апарат Морзе і ввів запис на стрічку. В результаті вийшов перший у світі радіотелеграф - передавач і приймач із записом сигналів по азбуці Морзе. Розглянемо уважно його пристрій. Між батареєю і первинною обмоткою котушки Румкорфа був включений телеграфний ключ Морзе. При замиканні цього ключа постійний струм батареї йшов через витки обмотки. Переривник (він зображений збоку котушки) з великою частотою замикав і розмикав ланцюг, в результаті чого (дивися главу «Трансформатор») постійний струм перетворювався в змінний. Завдяки електромагнітної індукції у вторинній обмотці котушки Румкорфа наводився змінний струм високої напруги. Ця обмотка замикалася на розрядник. Таким чином, кожне замикання телеграфного ключа породжувало потоки іскр в розряднику. Короткими або більш тривалими замиканнями вироблялися короткі і довгі потоки іскр, які відповідали точкам і тире азбуки Морзе. Один полюс розрядника був заземлений, а інший з'єднаний з антеною, яка випромінювала породжені розрядником електромагнітні хвилі в навколишній простір. Деяка частина цих хвиль потрапляла в антену приймача і індукувати в ній слабкий змінний струм. Причому тривалість кожного прийнятого імпульсу струму точно відповідала тривалості сигналу розрядника. Пристрій приймача було майже таким же, що в попередній моделі: когерер з'єднувався з батареєю і електромагнітом, реле якого за допомогою місцевої батареї приводило в дію пишучий апарат Морзе, включений в ланцюг замість дзвінка. Поки когерер не піддавався дії електромагнітних хвиль, його опір було настільки велике, що струм в ланцюзі когерера не протікав. Коли ж на когерер надавали дію електромагнітні хвилі, його опір сильно зменшувалася, і сила струму в колі зростала настільки, що електромагніт притягував свій якір, включаючи ланцюг телеграфного апарату. Це тяжіння не припинялося, поки електромагнітні хвилі діяли на когерер. Одночасно з замиканням ланцюга приходив в дію молоточок, що вдаряв по когереру. Опір останнього збільшувалося. Однак якщо хвилі продовжували діяти, то опір негайно знову зменшувалася і стан малого опору тривало незважаючи на струси. Весь цей час телеграфний апарат креслив лінію на стрічці. І тільки коли вплив електромагнітних хвиль припинялося, виявлялося дію струсу, і опір збільшувалася до колишньої величини - апарат вимикався до появи нової хвилі. Таким чином, на телеграфній стрічці викреслювати крапки і тире, відповідні сигналам пересилається депеші. 24 березня 1896 Попов демонстрував свою апаратуру на засіданні Російського фізико-хімічного товариства і зробив передачу сигналів на відстань 250 м. Перша в світі радіограма складалася з двох слів «Генріх Герц». Одночасно з Поповим свою радіотелеграфну установку створив молодий італієць Гульєльмо Марконі. З дитинства він гаряче цікавився електрикою, а потім захопився ідеєю бездротового телеграфу. У 1896 році він зібрав передавач і приймач, дуже схожі за своїм устроєм на ті, які винайшов Попов. У тому ж році Марконі привіз свій винахід в Англію. Мати його була англійка, і завдяки її зв'язкам він був добре прийнятий на Британських островах. У 1896 році Марконі отримав англійський патент на свій радіотелеграф (це був перший патент, взятий на телеграфування без проводів; тому, з формальної точки зору, Марконі цілком справедливо вважається винахідником радіо, так як першим зумів запатентувати свій винахід). У червні 1897 року було організовано акціонерне товариство для застосування винаходу Марконі. У свої 23 роки він проявив дивовижну винахідливість і заповзятливість. З перших же кроків його підприємство отримало солідну фінансову основу. При будь-якій можливості Марконі намагався демонструвати, які вигоди давало новий засіб бездротового зв'язку. Так, у червні 1898 року повинні були відбутися традиційні вітрильні перегони в районі Дубліна. Ці гонки завжди привертали до себе загальну увагу. Марконі відправився в Дублін і домовився з однією з великих ірландських газет, що буде передавати їй по радіо з пароплава, що знаходився в районі гонок, всі відомості, які можуть цікавити публіку для приміщення їх в екстрених випусках газети. Досвід вдався повністю. Протягом декількох годин Марконі вів передачу, яка приймалася редакцією. Отримані таким чином відомості випереджали всякі інші, і газета значно збільшила наклад. Для Марконі це теж був великий успіх: в короткий термін акціонерний капітал його суспільства подвоївся, досягнувши 200 тисяч фунтів стерлінгів. Це дало йому можливість швидко удосконалювати свій радіотелеграф. Через кілька років він вже значно випереджав в своїх розробках Попова. Одним з головних елементів перших радіоприймачів був когерер. Природно тому, що основні зусилля винахідників, які прагнули посилити чутливість приймальних апаратів, були спрямовані саме на його вдосконалення. Марконі перший звернув увагу на важливу властивість когерера, а саме - на залежність його дії від величини прикладеної до нього напруги високочастотних коливань. Щоб можливо повніше зібрати енергію магнітного поля, створюваного наведеним в антені мізерно малим струмом, необхідно було його посилити. Марконі знайшов простий і дотепний спосіб вирішення цієї проблеми. У 1898 році він включив у свій радіоприймач джиггер (тобто «сортувальник») - високочастотний трансформатор, первинна обмотка якого включалася в один ланцюг з антеною, а вторинна - підводилася до когерера. У тому ж році Марконі взяв патент на цю схему. Дальність передачі підвищилася з 30 до 85 миль. У тому ж році Марконі здійснив передачу через Ла-Манш. Інший надзвичайно важливий крок в напрямку збільшення чутливості приймача був зроблений в 1899 році найближчим помічником Попова Рибкіним. В одному з дослідів, проведених їм, виявилося, що через дальності відстані прилади не діяли. Не будучи впевнений в їх повній справності, Рибкін спробував включити в ланцюг когерера замість реле і телеграфного апарату звичайну телефонну трубку і дізнався, що кожен розряд на станції викликає слабкий тріск в телефоні, так що можна було легко прийняти на слух будь-яку депешу. Самим вражаючим тут було те, що когерер при такому включенні не вимагав струшування. Явище це, в той час не зовсім зрозуміле, було пояснено тільки декількома роками пізніше. Справа в тому, що якщо зазвичай когерер працював як змінний опір, яке в результаті спікання металевих зерен мінялося майже від нескінченності до порівняно невеликої величини, то в даній схемі він діяв на зовсім іншій основі і являв собою не що інше, як детектор в сучасному розумінні цього слова, тобто пристроєм, пропускають струм тільки в одному напрямку, що мало однобічну провідність і перетворювало (випрямляється) змінний струм в пульсуючий постійний. Випрямлені детектором нікчемні антенні струми були абсолютно недостатні для приведення в дію телеграфного реле, але зате виявлялися в змозі діяти на вельми чутливий прилад - мембрану слухавки, породжуючи слабкі звукові хвилі точно так само, як це було в звичайному телефоні. Прикладаючи телефон до вуха, можна було чути довгі і короткі потріскування, відповідні точкам і тире азбуки Морзе. Приймальний пристрій з переходом на телефон сильно спростилося. Не стало механізму, записуючого телеграфні знаки, зменшилася батарея, відпала необхідність у постійному струшуванні металевого порошку. Якщо в колишньому приймачі, який працював на записуючий апарат, перешкоди від грозових розрядів приводили часто до помилкових спрацьовувань реле і спотворювали запису, то прийом на слух при відомій навичці телеграфіста давав більше можливості для виділення правильно чергуються телеграфних знаків на тлі хаотичного тріска перешкод. Але найбільш істотним перевагою нового приймача була його більш значна чутливість. Наступний крок у вдосконаленні радіоприймачів був пов'язаний з підвищенням їх вибірковості, так як перші ж спроби перейти від дослідів до практичного використання електромагнітних хвиль для передачі сигналів на відстань з усією гостротою показали, що подальший розвиток цього нового виду зв'язку та його широке застосування виявиться можливим лише в тому випадку, якщо будуть знайдені ефективні способи, що дозволяють одночасно працювати в ефірі декільком передавальним станціям. Для випадку з провідним зв'язком ця задача вирішувалася тоді дуже просто. Досить було кожен з прийомних апаратів, розташованих у якому-небудь пункті, з'єднати своїми індивідуальними проводами з відповідною передавальною установкою. Але як випливало надійти в разі бездротової передачі? Досліди роботи перших станцій Попова і Марконі відразу ж розкрили всю недосконалість в цьому відношенні застосовувалася тоді апаратури. Прийом сигналів в зоні дії двох одночасно працюючих станцій опинявся через взаємних перешкод абсолютно неможливим. Вихід був знайдений у передачі радіотелеграфних сигналів хвилями різної довжини з використанням для їх виділення в приймальному пристрої явища резонансу. Що стосується конденсатора, то він звичайно являє собою дві платівки, розташовані дуже близько один навпроти одного, але розділені діелектриком, тобто речовиною, що не пропускає електричний струм. Платівки конденсатора називаються його обкладками. Якщо підключити обкладки конденсатора до полюсів джерела постійного струму (наприклад, до електричної батареї), то на них буде накопичуватися електричний заряд, який збережеться і після того, як батарея буде відключена. Здатність конденсатора накопичувати заряд визначається його електроємна. Кожен конденсатор має свою електроємність, причому величина її залежить від площі пластин, від відстані між ними і від властивостей діелектрика, що їх розділяє. Якщо обкладки конденсатора з'єднати шматочком дроту, то відбудеться його швидка розрядка - електрони з тієї пластини, де вони перебували в надлишку, перетечуть на іншу, де їх не вистачало, після чого заряд кожної з обкладок буде дорівнює нулю. Ну а якщо конденсатор розряджати не сам на себе, а через індукційну котушку? У цьому випадку спостерігається дуже цікаве явище. Уявімо собі заряджений конденсатор, до обкладок якого приєднали котушку. Очевидно, конденсатор почне розряджатися, і в ланцюзі з'явиться електричний струм, однак сила його не досягне відразу максимального значення, а збільшуватиметься поступово внаслідок явища самоіндукції в котушці. У той момент, коли конденсатор повністю розрядиться, сила струму в котушці досягне максимальної величини. Що ж вийде? Незважаючи на те що обидві пластини конденсатора вже матимуть нульовий заряд, протікання струму через котушку продовжиться, оскільки внаслідок тієї ж самоіндукції струм в котушці не може припинитися миттєво. Котушка немов перетвориться на кілька миттєвостей в джерело струму і буде заряджати конденсатор точно так само, як це робила електрична батарея. Тільки тепер заряди пластин міняються місцями - та, яка, до цього була негативно зарядженої, стає позитивною, і навпаки. В результаті, коли струм в котушці буде дорівнює нулю, конденсатор виявиться знову зарядженим. Він, втім, в ту ж мить знову почне розряджатися через котушку, і весь процес повториться в зворотному напрямку. Якби не було неминучих втрат електроенергії, така перезарядка могла б відбуватися як завгодно довго. Описане явище називають електричними коливаннями, а систему конденсатор - котушка, в якій відбуваються ці коливання, - коливальним контуром. В залежності від того, скільки разів за одну секунду конденсатор встигне перезарядитися, говорять про ту чи іншу частоту коливань. Частота коливань безпосередньо пов'язана з властивостями коливального контуру, перш за все, індуктивністю котушки і ємністю конденсатора. Помічено, що чим менше ці величини, тим більше частота коливань в контурі, тобто конденсатор встигає більше число раз перезарядитися за одну секунду. Як і будь-які коливання (наприклад, коливання маятника), коливання в системі конденсатор - котушка, якщо їх не підтримувати ззовні, з часом припиняться, так як первісна енергія буде витрачатися на нагрів проводів і електромагнітне випромінювання. Це означає, що з кожним коливанням максимальна величина струму в котушці і максимальна напруга на обкладках конденсатора будуть все менше і менше. Однак точно так само, як коливання маятника в механічних годинниках, електричні коливання можна підтримувати, якщо, приміром, підключити конденсатор до зовнішнього джерела змінного струму. Але змінний струм, як ми пам'ятаємо, теж змінює свою величину з певною частотою, або, кажучи іншими словами, має власну частоту коливань. Будь коливальний контур не байдужий до того, яку частоту коливання має живить його струм. Якщо, приміром, цей струм має занадто велику або занадто маленьку частоту коливання в порівнянні з частотою коливання самого контуру, то сила струму і його напруга в коливальному контурі ніколи не будуть великими (оскільки це зовнішній вплив буде більше заважати його власним коливанням, чим допомагати їм). Однак у тих випадках, коли частота коливань зовнішнього струму близька до власної частоті коливань контуру, сила струму і напруга контурного струму починають зростати і досягають свого максимуму при повному збігу цих частот. У цьому випадку говорять, що коливальний контур знаходиться в резонансі. Особливо яскраво проявляється резонанс у контурах з невеликим опором. У цьому випадку напруга на конденсаторі і котушці може у багато разів перевершувати зовнішнє напруга живлячої струму. Відбувається свого роду сплеск або кидок напруги. Явище електричного резонансу і було використано для здійснення виборчої радіозв'язку. Марконі одним з перших почав настроювати коливальні контури передавальної і приймаючої станцій на одну і ту ж частоту. Для цього він, зокрема, використовував свій джиггер, включаючи паралельно його вторинній обмотці конденсатор і отримуючи таким чином коливальний контур. Схема передавачів також була змінена включенням в ланцюг антени індуктивних котушок та конденсаторів, так що кожна передавальна станція могла передавати сигнали з певною частотою коливання хвилі. Оскільки тепер кілька радіостанцій передавали повідомлення кожна зі своєю частотою, то випромінювані ними хвилі порушували в приймальній антені змінні струми різних частот. Але приймач вибирав тільки ті сигнали, частота яких збігалася з власною частотою коливання його коливального контуру, адже тільки в цьому випадку спостерігалося явище резонансу. Джиггер в цій схемі працював як фільтр і посилював не будь антенний струм (як це було раніше), а виділяв серед них струм тієї частоти, на яку був налаштований даний приймач. З цього часу резонансні контури стали невід'ємною частиною як приймалень, так і передавальних пристроїв. На початку XX століття вже кілька десятків учених у багатьох країнах з захопленням займалися бездротовим телеграфом. Однак найбільші успіхи і раніше були пов'язані з ім'ям Марконі, який, безсумнівно, був одним з найвидатніших радіотехніків цього часу. Після низки дослідів передачі на великі відстані Марконі зробив вражаюче відкриття - виявилося, що опуклість земної кулі аніскільки не заважає руху електромагнітних хвиль. Це підштовхнуло його до експерименту по телеграфування через океан. Вже в 1901 році відбулася перша в історії трансатлантична радіопередача, під час якої помічник Марконі, Флемінг, передав з англійської станції Польдю кодом Морзе букву S, а Марконі, який перебував на іншому березі Атлантичного океану, на острові Ньюфаундленді, прийняв її на відстані 1800 миль. Наступним важливим моментом в удосконаленні приймачів стало створення нових волноуловітелей (детекторів). Когерер Бранлі зіграв важливу роль в перші роки розвитку радіозв'язку. Однак він був занадто примхливим і складним у зверненні. Крім того, його доводилося постійно струшувати для відновлення здатності відгукуватися на черговий радіосигнал. Одним з центральних завдань стало створення «самоналаштуванням» когерера. Перша спроба в цьому напрямі була зроблена в 1899 році Поповим з телефоном. Друга - Марконі, сконструйованих на початку XX століття свій магнітний детектор. Принцип дії магнітного детектора грунтувався на явищі так званого гістерезису. Справа в тому, що зазвичай залізо намагнічується з деяким запізненням у часі. Однак намагнічування можна підсилити, якщо в момент впливу зовнішнього магнітного поля викликати помітне струс молекул заліза. Це можна зробити шляхом механічного удару або коротким імпульсом іншого магнітного поля. Дане явище і було використане Марконі. У його магнітному детекторі на два роликових диска натягалася нескінченна стрічка з м'якої залізного дроту, що рухалася зі швидкістю п'ять дюймів в секунду і проходила під полюсами двох постійних магнітів усередині невеликої скляної трубки. На цю трубку намотувалися первинна і вторинна обмотки, причому первинна обмотка включалася в ланцюг антени, а вторинна приєднувалася до телефону.
|
