...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь
Шрифт:
Но, для того чтобы радиоволны оторвались от антенны и понеслись со скоростью света в открытое пространство, потребовались долгие годы мучительных поисков и короткие мгновения гениальных озарений великих умов человечества. Давай, читатель, перелистаем бережно хранимые потомками страницы истории радиотехники.
Страница не помеченного датой морозного зимнего дни 1819 г. Аудитория Копенгагенского университета. Профессор Ханс Христиан Эрстед показывает студентам опыты по нагреванию проволоки под действием электрического тока. Вдруг один из студентов замечает, что при включении и выключении электрической цепи стрелка компаса, случайно оказавшегося
Страница 18 дня сентября 1820 г. Зал заседаний Парижской академии наук. Слушается доклад академика Андре Мари Ампера. С трибуны в притихший зал несутся слова: "…Мое открытие заключается в том, что когда по двум параллельным проволокам электричество движется в одном направлении, они притягиваются, а когда направления токов противоположны, они отталкиваются… Только электрический ток определяет магнитные свойства тела…" Итак, еще одно блестящее открытие: вокруг проводника с током образуется магнитное поле.
Страница 29 дня августа 1831 г. Лаборатория Королевского института в Лондоне. Профессор Майкл Фарадей со своим помощником отставным сержантом Андерсоном в который раз проделывают один и тот же опыт: включают и выключают электрическую цепь с катушкой и наблюдают толчки стрелки гальванометра, включенного во вторичную обмотку катушки. Но что это? Быстрое введение в катушку железного сердечника также вызывает толчки тока. Значит, ток в замкнутом проводнике наводится при изменении магнитного поля! Отставной сержант Андерсон с явным осуждением смотрит, как почтенный профессор пускается в пляс. Но ведь открыт еще один закон природы — электромагнитная индукция! Переменное магнитное поле рождает переменный ток.
Страница неустановленного дня и месяца 1873 г. На книжных прилавках появился "Трактат об электричестве и магнетизме" члена Лондонского королевского общества, английского математика и физика Джеймса Кларка Максвелла. Этот солидный фолиант — около тысячи страниц текста и формул — содержал гениальнейшее открытие века. Открытие, сделанное за письменным столом в тихом кабинете лишь с помощью карандаша и листков бумаги. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн, порожденных взаимодействием переменных электрического и магнитного полей. Введенные им в середине прошлого столетия четыре уравнения электродинамики за 100 с лишним лет не претерпели ни малейшего изменения, они и сейчас в том же виде используются для расчетов любых сложных электромагнитных полей.
Страница вновь не помеченного датой дня 1888 г. Лаборатория Политехнического института Карлеруэ в Германии. Только что успешно завершилась серия опытов, проводимых немецким профессором Генрихом Герцем. Возбужденная искровым разрядом электромагнитная волна "поймана" в другой комнате: в специальном приемном резонаторе проскакивала такая же искра. Наконец-то экспериментально подтверждена теория Максвелла! Генрих Герц изобрел первую в мире антенну (сейчас ее называют диполем Герца), измерил длину волны и рассчитал скорость распространения электромагнитных волн. Он был в шаге от изобретения радио. Но не сделал этого шага. Более того, сохранилось письмо Герца мюнхенскому инженеру Губеру, в котором он отвергал проект беспроволочного электромагнитного телеграфа, считая его реализацию невозможной.
Страница 25 дня апреля 1895 г. (7-й день мая по новому стилю). Самая яркая страница в истории радиотехники! Зал заседании Русского физико-химического общества. Наш выдающийся соотечественник А.С. Попов демонстрирует прибор, обнаруживающий и регистрирующий "лучи Герца" (как тогда называли электромагнитные волны) на расстоянии до 30 км. Этот день вошел в нашу жизнь как день рождения радио. Спустя год Попов осуществил передачу азбукой Морзе и прием на телеграфную ленту сообщения на расстоянии 250 м. Оно содержало два слова: "Генрих Герц". Это была первая телеграмма, отправленная по телеграфу без проводов! Она увенчала интернациональные усилия ученых.
Что же представляет собой радиоволна? Обратимся к проводнику, по которому протекает ток, изменяющийся во времени подобно синусоиде. Мы уже знаем, что вокруг проводника с током создается переменное магнитное поле. Его интенсивность в каждой точке пространства будет меняться по такому же закону синусоиды. Переменное магнитное поле рождает в пустом пространстве переменное электрическое поле (тоже меняющееся в каждой точке пространства по синусоидальному закону). Обнаружить это поле можно с помощью другого проводника: электроны в нем придут в движение, появится переменный синусоидальный ток. В свою очередь, меняющееся электрическое поле вновь рождает магнитное поле, а оно, в свою очередь, — электрическое и т. д. Причем возникающие электрические и магнитные поля, распространяясь, охватывают все новые и новые области пространства. Чем дальше расположена точка пространства от проводника с током, тем позднее достигнут ее колебания полей.
Взаимодействие электрического и магнитного полей не есть нечто обособленное, независимое друг от друга. Оно — проявление единого целого, которое носит название электромагнитного поля.
В физике изменяющееся во времени, т. е. движущееся, пространственное чередование максимумов и минимумов любой физической величины называется волной. Волны мы наблюдаем при бросании камешков в воду. Волну можно пустить по натянутой веревке. Звуковые волны испускает колеблющаяся струна. Распространяющееся в пространстве электромагнитное поле образует электромагнитную волну.
Самые разные по своей природе волны имеют одну и ту же общую характеристику — длину волны. Пояснить ее можно на простом и знакомом примере движения волны на поверхности воды. Длина волны (обозначается греческой буквой — лямбда) — это расстояние между соседними гребнями. Время, за которое один гребень сменяет другой, составляет период колебания волны Т. Если знать скорость с, с какой происходит эта смена, то легко вычислить расстояние между гребнями, т. е. длину волны, как произведение скорости на время: = с•Т. Величина, обратная периоду колебания волны, — это частота колебания f = 1/T. Поэтому = с/f.
Скорость распространения электромагнитной волны равна скорости света с = 300 000 км/с. Следовательно, ток, колеблющийся с частотой, например, 300 000 Гц, создает электромагнитную волну длиной 1 км, а с частотой 300000000 Гц — 1 м.
Чем с большей частотой колеблется ток в проводе, тем интенсивнее излучаемые им волны. Вот почему в антеннах радиостанции возбуждаются колебания с частотами от сотен тысяч до сотен миллионов герц. Поля таких радиостанций могут быть обнаружены на значительных расстояниях от антенны. Промышленный же переменный ток (частота 50 Гц, длина волны 6000 км) практически ничего не излучает.