Путеводитель в мир электроники. Книга 2 - Борис Семенов

Лодж, в отличие от Бранли, интересовался вопросами радиосвязи, и в данной области сделал немало изобретений. Однако он также не может считаться изобретателем радио. Позже, когда О. Лоджа спрашивали, почему ему не пришла в голову такая простая и светлая мысль, сэр Оливер отвечал: «Я был слишком занят работой, чтобы браться за развитие телеграфа или любого другого направления техники. У меня не было достаточного понимания того, чтобы почувствовать, насколько это окажется важно для флота, торговли, гражданской и военной связи».

Оставим ненадолго направление, связанное с конструированием детекторов электромагнитных колебаний. Разберемся, как были открыты электромагнитные волны — главный беспроводной переносчик информации. Как осуществлялся их поиск и экспериментальное подтверждение. Удивительно, но впервые электромагнитные волны были описаны Максвеллом теоретически. Люди даже не знали тогда, существуют ли они реально. Электромагнитные волны не были найдены до самой смерти Максвелла. Экспериментально подтвердить существование волн предстояло другому ученому — Генриху Герцу (1857–1894). Но пока поговорим не об опытах Герца, а об… Т. Эдисоне, Э. Томсоне, Н. Тесла.

В 1875 г., проводя эксперименты с большим электромагнитом, Эдисон заметил крохотные искорки, которые проскакивают между некоторыми металлическими предметами, расположенными в лаборатории неподалеку от электромагнита. Эдисон также установил, что искорки не влияют на прибор регистрации электрического заряда — электроскоп. Изобретатель тут же опубликовал статью об открытой им «эфирной силе», отнеся источник возникновения искорок к некой неэлектрической силе.

Статья Эдисона попала в руки американскому изобретателю Элиху Томсону, который решил продолжить эксперименты. Коммутируя катушку индуктивности (тогда один из ее видов назывался катушкой Румкорфа) и создавая с ее помощью магнитное поле, Томсон также заметил, что в помещении между близкорасположенными металлическими предметами вспыхивают искры. Так было доказано, что «электричество» передается через пространство, а также было опровергнуто предположение о существовании «эфирной силы». Трудно сказать, почему Томсон не двинулся дальше и не совершил открытие электромагнитных волн.

Еще один человек, близко подошедший к открытию электромагнитных волн, — Никола Тесла (1856–1943), американский изобретатель, долгое время работавший на заводах Эдисона, а затем основавший собственную лабораторию в штате Колорадо. С 1892 г. Тесла интересовался способами передачи информации без проводов. Еще в 1893 г., выступая перед слушателями Франклиновского института в Филадельфии (США), Тесла сказал: «С каждым днем я все больше убеждаюсь в практической осуществимости идеи передачи осмысленных сигналов на любое расстояние вовсе даже без помощи проводов. И хотя я знаю, что большинство ученых не верят, что такие результаты могут быть действительно реализованы, я рассматриваю этот проект передачи энергии и сигналов без проводов уже не просто как теоретическую возможность, а как весьма серьезную проблему электротехники, которая должна быть решена со дня на день». Действительно, слова Тесла оказались пророческими — эта проблема была решена через два года, но уже не головой и руками Тесла. Хотя вклад Тесла в радиотехнику тоже значителен. Изобретенный им воздушный повышающий трансформатор использовался в первых серийных радиопередатчиках в качестве источника излучения. Тесла вошел в историю электротехники изобретением асинхронного двигателя, электромеханического генератора тока высокой частоты, идей радиолокации и радиоуправления.

И вот теперь мы поговорим о Г. Герце. Что же сделал этот ученый, благодаря чему он остался в истории радиотехники первооткрывателем электромагнитных волн? Генрих Герц впервые назвал основные устройства для организации радиоканала — вибратор и резонатор. Вибратор должен генерировать электромагнитное поле, а резонатор — его принимать. А предыстория открытия Герца такова.

В 1879 г. Берлинская академия наук объявила конкурс на разработку темы «Экспериментальное подтверждение связи между электродинамическими силами и диэлектрической поляризацией». За ее разработку и взялся Герц, тогда молодой ученый, имевший в своем активе самостоятельную научную работу. Поначалу он колебался, стоит ли тратить время на столь непонятные исследования, но под влиянием своего руководителя, считавшегося первым физиком Европы, — Германа Гельмгольца — начал эксперименты и с успехом справился с поставленной задачей. Путь к главному открытию жизни был открыт!

В 1885 г. Генрих Герц стал профессором экспериментальной физики Высшей технической школы, через год, в 1886-м, появляются его изобретения: вибратор Герца (передатчик электромагнитных волн) и резонатор Герца (приемник электромагнитных волн). Как выглядят эти замечательные устройства? Вибратор Герца представляет собой два медных проводника длиной 2,6 м и толщиной 5 мм, расположенные на одной линии. На внешних концах проводников закреплены два больших жестяных шара, на внутренних — два небольших шарика, между которыми оставлен воздушный зазор. Щель между шариками называется искровым промежутком. К обоим проводникам подключается источник высокого напряжения — катушка индуктивности (катушка Румкорфа). Когда разность потенциалов между шариками в результате действия самоиндукции в катушке достигает напряжения пробоя, возникает электромагнитная искра. Проводники возбуждают электромагнитную волну, которая распространяется в пространстве. Основные параметры электромагнитной волны, такие, как ее длина или частота, могут быть отрегулированы величиной продольных проводников — их удлинением или укорочением. Этот принципиально важный факт также был открыт Герцем.

Мало получить электромагнитную волну — нужно ее еще и принять, преобразовать в вид, удобный для восприятия органами чувств человека. И такой приемник Герц создал! Резонатор Герца отличается предельной простотой: это металлическое круглое кольцо с разрезом и закрепленными на концах шариками, как показано на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Внешний вид резонатора Герца

Настроив резонатор на вибратор с помощью подбора диаметра кольца, можно разглядеть появление между шариками резонатора небольшой искорки в момент срабатывания вибратора. Искорка появляется на расстоянии между шариками не более З мм, да и разглядеть ее возможно только в увеличительное стекло. Опыт Герца представлен на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Опыт Г. Герца

По нашим меркам, исследования Герца не кажутся впечатляющими, но, когда он в декабре 1888 г. сделал доклад о результатах на заседании Берлинской академии наук, это произвело настоящую сенсацию. Еще бы — получено экспериментальное подтверждение теории электромагнитных волн Максвелла!

Сразу после этого Генриха Герца избрали почетным членом семи ведущих академий Европы. Выступая на съезде немецких естествоиспытателей, Герц сказал: «Все эти опыты просты в принципе, тем не менее они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно».

Кратко итоги исследований ученого выглядят так:

• электромагнитные волны не являются теоретической ошибкой, а действительно существуют;

• скорость распространения электромагнитных волн в пространстве равна скорости света;

• для излучения и приема электромагнитных волн необходимо новое электротехническое устройство — антенна;

• для максимально эффективного приема электромагнитных волн необходимо настраивать антенну передатчика и антенну приемника — согласовывать их;

• длина излучаемой волны, а также эффективность излучения зависят от конструкции передающей антенны.

Генрих Герц умер в самом расцвете творческих сил — в начале 1894 г., за. год до изобретения радио. Он, как никто другой, мог сделать себе имя и изобретением радиосвязи, так как продвинулся в своих опытах намного дальше Эдисона, Томсона, Тесла, Бранли, Крукса, Лоджа и других, чьи имена мы здесь не назвали. Но поразительная проницательность в одном вопросе обернулась столь же великой недальновидностью в другом! В 1889 г., на запрос мюнхенского инженера Г. Губера о возможности использования открытия для практических целей, передачи информации на расстояние — Герц ответил: «Электрические колебания в трансформаторах и телефонах слишком медленные. Если бы Вы могли построить излучатели размахом с материк, то Вы могли бы поставить намеченные опыты, но практически сделать ничего нельзя: с обычными излучателями Вы не обнаружите ни малейшего действия».