Радио на службе у человека
Шрифт:
Вспомните, как возникают звуковые колебания. Если вы ударите камертон о что-либо твёрдое, то его ножки придут в движение. Это движение состоит в том, что ножки камертона изгибаются; благодаря этому возникают силы, стремящиеся вернуть ножки камертона обратно. Когда силы станут наибольшими, ножки на мгновение останавливаются, а затем движутся к своему обычному положению, постепенно набирая скорость. Как только ножки приходят в обычное положение, изгиб исчезает; перестают действовать и силы, возвращавшие ножки обратно. Но ножки камертона не останавливаются, так как всякое движущееся тело не может само по себе остановиться. Они проскакивают через нормальное положение снова, изгибаясь при этом, но в обратную сторону; благодаря изгибу снова возникают силы, тормозящие движение ножек, и всё описанное явление возобновляется. Понятно, что уследить глазами за движением ножек камертона трудно, так как он колеблется очень быстро.
Движение
Для создания электромагнитных колебаний, как уже было сказано, применяют электрический колебательный контур (рис. 8,а). Контур также можно «подтолкнуть», если послать на конденсатор электрические заряды (рис. 8,б). В этом случае на нижней металлической пластине конденсатора создаётся избыток электронов. Избыток этот будет стремиться равномерно распределиться между обеими пластинами — к верхней пластине двинется поток электронов. Но, не имея возможности двигаться в воздухе, отделяющем пластины друг от друга, так как воздух — непроводник, они придут в движение по проволокам и катушке. Возникает ток. Электрический ток создаст магнитные силы (это показано на рис. 8,в). Через очень короткое время избыточные заряды на конденсаторе исчезнут, но движение зарядов в катушке будет продолжаться (подобно тому, как ножка камертона не останавливается в положении равновесия, а проскакивает через него). Постепенно и магнитные силы, и ток ослабевают, так как на верхней пластине конденсатора скопляются заряды, препятствующие дальнейшему течению тока (срав — ните с силами изгиба, постепенно останавливающими ножку камертона). В конце концов ток и магнитные силы исчезают, а конденсатор вновь оказывается заряженным (рис. 8,г). Но теперь избыток электронов имеется уже не на нижней, а на верхней пластине. Затем конденсатор снова начинает разряжаться, но теперь ток уже идёт в обратном направлении (рис. 8, д). Снова произойдёт перезарядка конденсатора, и этот процесс будет размеренно повторяться. Но так как катушка сделана из проволоки, а ток, текущий по проволоке, нагревает её, то при описанных электрических колебаниях будет выделяться тепло; благодаря этому колебания будут ослабевать и вскоре прекратятся совсем.
Период этих колебаний зависит от свойств и размеров катушки и конденсатора. В радиотехнических установках периоды колебаний не превышают обычно миллионных долей секунды, а весь колебательный процесс, если его не «подталкивать» извне, способен длиться только десятитысячные доли секунды.
Чтобы поддерживать колебания камертона долгое время, его нужно подталкивать сравнительно редко, так как он может колебаться от одного толчка много секунд. Это нетрудно осуществить разными механическими способами. Но как быть в случае электромагнитных колебаний контура, где колебания существуют только десятитысячные доли секунды? Где найти способ, позволяющий «подталкивать» контур достаточно часто?
Задачу эту позволила разрешить так называемая электронная лампа, изобретённая в начале нашего столетия и победоносно завоевавшая в настоящее время все области радиосвязи, так как возможности применения этой лампы оказались поистине неисчислимыми.
2. ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА
Простейшая электронная лампа (рис. 9) представляет собой стеклянный пузырь, или, как его называют, баллон, из которого тщательно удалён воздух. В баллон впаяны три электрода: 1) сплошной металлический цилиндр; 2) цилиндр из спиральной сетки, расположенный внутри металлического цилиндра, и 3) металлическая нить, которая протянута по оси, общей для обоих цилиндров.
От каждого из электродов сделаны металлические выводы наружу баллона, причём у нити имеются два вывода. Нить нагревается током от электрической батареи; благодаря этому с поверхности нити вылетают электроны. Снаружи лампы металлический цилиндр и нить через катушку и конденсатор электрического контура соединены с другой электрической батареей (см. рис. 9). Под действием этой батареи между металлическим цилиндром и нитью внутри лампы возникают электрические силы, увлекающие к цилиндру электроны. В результате во всей цепи, т. е. внутри лампы и в металлических проводах снаружи, возникает электрический ток. Сеточный цилиндр соединён, кроме того, со вспомогательной катушкой; она находится рядом с главной катушкой.
Теперь представьте себе, что по какой-либо причине электрический ток в главной катушке изменился. Тогда изменятся и магнитные силы вокруг неё, а следовательно, и в расположенной рядом вспомогательной катушке. Но вы уже знаете, что при изменении магнитных сил возникают электрические силы. Возникнут они, конечно, и в этом случае. Значит, между сетчатым цилиндром и нитью, которая служит источником электронов, создадутся добавочные электрические силы; они будут или способствовать движению электронов внутри лампы, или тормозить это движение. В результате будет изменяться ток, отдаваемый электрической батареей, соединённой с металлическим цилиндром, и конденсатор контура будет попеременно заряжаться и разряжаться. Так благодаря лампе возникают электрические колебания.
Если ток в главной катушке меняется ритмично, то ритмично будут меняться и электрические силы на сетчатом цилиндре; поэтому же ритмично будет изменяться и ток, отдаваемый батареей. Эта батарея и играет роль «подталкивателя» колебаний. Если схема отрегулирована правильно, то колебания будут «сами себя регулировать» и смогут длительно существовать, причём размах колебаний будет всё время одинаков.
Подобные «ламповые» источники колебаний, названные «незатухающими», так как они происходят без ослабления (затухания), широко применяются в настоящее время не только в радиотехнике, но и во многих других областях техники и науки.
В последние годы стали делать лампы с металлическими баллонами.
3. НАЗНАЧЕНИЕ АНТЕННЫ
Для «излучения» электромагнитных волн в пространство применяется так называемая антенна. В самом простом виде — это длинный прямолинейный провод, находящийся в пространстве. С этим проводом и соединяют источник электромагнитных колебаний — колебательный контур. Таким образом, возникающие в колебательном контуре быстро меняющиеся электрические силы пере — даются на антенну. В антенне образуется быстро меняющийся ток. Вокруг неё возникают меняющиеся магнитные и электрические силы. Так рождаются электромагнитные волны в пространстве. Как уже было сказано, они распространяются в нём с громадной скоростью — 300000 километров в секунду.
С помощью антенны можно уже легко производить передачу условных телеграфных сигналов (по азбуке Морзе). Для этого достаточно приключать антенну к колебательному контуру лишь на отдельные промежутки времени — короткие и длинные. В результате в пространство будут «излучаться» короткие и длинные электрические сигналы.
Простейшая прямолинейная антенна была изобретена А. С. Поповым. Это было его важнейшей заслугой. В последующие годы антенна была значительно усовершенствована. Антенны современных радиостанций представляют собой весьма сложные сооружения; примером может служить антенна сверхмощной, наиболее современной радиостанции, построенной в СССР в годы войны (рис. 11). Эта антенна обеспечивает бесперебойную радио — связь Советского Союза с Соединёнными Штатами Америки.
4. РАДИОПРИЁМ
Звуковые волны, посылаемые камертоном, можно воспринять ухом. Они же могут привести в заметные резонансные колебания другой камертон, если он будет иметь такой же период колебаний. Подобно этому, как вы пом — ните, при пении начинает колебаться струна.
Но как обнаружить электромагнитные волны, посылаемые радиостанциями? Ведь на наши органы чувств они не действуют. В этом случае приходится прибегать к помощи специальных аппаратов; их называют радиоприёмниками.