Занимательная электротехника на дому - Владимир Рюмин

Теперь вновь мысленно уменьшите атом до его действительных размеров и попытайтесь вообразить истинные размеры электрона!

Не правда ли, что высоко интересна та наука, которая позволила человеку прийти к таким знаниям? Эта наука – физика, являющаяся основой всей техники вообще и электротехники по преимуществу.

Трудно даже установить границу между учением об электричестве, как одном из отделов физики, и электротехникой, как прикладной отраслью знания.

В особенности трудно это сделать в их части, занимающейся явлениями невидимого света, с которыми мы только закончили наше краткое знакомство.

Волны в эфире

Радиосигнализация

Трудно назвать другое научное открытие, которое так быстро нашло бы столь замечательное практическое приложение, как это было с открытием Герцем волнообразного распространения электричества в диэлектриках.

Давно уже было теоретически установлено, что электрическая энергия, подобно световой, и с той же скоростью как свет, от которого она отличается только большею длиною волн, распространяется в гипотетическом (предполагаемом) эфире, заполняющем все мировое пространство, свободное от вещества, проще сказать, в пустоте.

Герц опытным путем доказал существование таких длинных волн, а русский ученый Попов и итальянский инженер Маркони независимо друг от друга использовали эти волны для сигнализации на расстояния прямо через воздух (воду, землю и другие непроводники тока) без какого бы то ни было механического соединения станций, подающей и принимающей сигналы.

Это был момент появления на свет беспроволочного телеграфа, изобретение замечательное, но которому широкая публика могла лишь удивляться, не принимая личного участия, в большинстве случаев, в его использовании.

Менее замечательное впечатление на неспециалистов произвело появление первых аппаратов для беспроволочного телефонирования, но зато тем более сильно оказалось оно, когда телефон без проводов стал доступен каждому желающему и когда мощные громкоговорители, установленные в людных местах, начали передавать речь и музыку, воспроизводимые за сотни и тысячи верст от них.

Радиотелефон или, проще, радио, вернее, станции, принимающие электрические волны и трансформирующие их в те же звуки, которыми эти волны были вызваны, стали модной новинкой. Устанавливать радиоприемники у себя сделалось такой же потребностью, какой в конце прошлого века была покупка граммофона и пополнение коллекции пластинок к нему с записью музыкальных и вокальных пьес.

Сейчас волна увлечения радиоприемниками уже спадает, установленные аппараты зачастую по неделям остаются бездействующими. Повторяется та же история, как в свое время с граммофонами, поначалу тоже день и ночь действовавшими без перерыва, а затем заброшенными и потерявшими всякий интерес.

Конечно, это относится только к широким кругам публики, следовавшей моде, возникшей на радиоприемники, истинные же любители радиотехники не только не охладели к своим приемным установкам, но и стараются дополнить их собственными отправите льными станциями.

Недавно подмеченная возможность передавать речь и музыку сравнительно простыми по устройству маломощными любительскими станциями на расстояния, не уступающие расстояниям передач громадными широковещательными станциями, устройство которых обходится в сотни тысяч рублей, дала новый толчок радиолюбительству.

Америка особенно богата такими любительскими отправительными станциями, и там уже становится «тесно в эфире»: станции своей работой мешают друг другу, и зачастую крайне важные сообщения, например просьбы о помощи, посылаемые гибнущим кораблем, не могут быть услышаны из-за работы любительских станций, передающих всякие пустяки всем и каждому, кто пожелает тратить время на их выслушивание.

Удар молнии, искра, проскакивающая между кондукторами электростатической машины, разряд спирали Румкорфа, наконец, всякий переменный ток в проводнике возбуждают волнообразное движение вокруг места, где они происходят.

Это движение идет все дальше и дальше, как расходятся круги на воде от брошенного камня, и, дойдя до специальных приемников, настроенных на длину распространяющейся от станции отправления волны, возбуждает в них электрические колебания, действующие на телеграфный или телефонный аппарат.

Следует, впрочем, отметить разницу между волнами, передающими условные отрывочные сигналы телеграфа, и волнами, как бы несущими с собою человеческую речь, музыкальные мелодии и другие звуки.

Первые называются затухающими, вторые – незатухающими волнами.

Выясним это различие на примере. Бросьте камень в воду и, следуя завету Кузьмы Пруткова[15], смотрите на волны, образованные его падением. В том месте, где камень скрылся под водой, поверхность воды сначала опустится, а вокруг нее валиком вода поднимется выше начального уровня. За этим приподнятым кругом следующий, большего радиуса, будет образован частицами воды, опустившимися ниже начального уровня, еще следующий круг опять образован приподнявшимися над уровнем частицами и т. д. Частицы воды, опустившиеся ниже ее начального уровня в месте падения камня, через некоторый, весьма короткий, промежуток времени вернутся в начальное положение, но не остановятся на нем, а поднимутся несколько вверх, и в этот самый момент все круги, ранее бывшие ниже уровня, станут выше его, а приподнявшиеся опустятся на такую же глубину ниже уровня, и эта смена опускания и подъема пойдет концентрическими кругами все дальше и дальше от того места, куда был брошен камень. Разница наивысшего и наиболее низкого положения, последовательно занимаемого теми же частицами воды, будет высотой волны (амплитудой ее колебания), а расстояния между соседними гребнями волн – ее длиной. Как бы далеко ни разбежались круги по воде, длина волн всюду будет одной и той же, амплитуда же волны с расстоянием уменьшается и постепенно сходит на нет. Поволновавшись некоторое время, вода успокоится, и ее поверхность вновь станет совершенно ровной. Волна затухает.

Теперь начните волновать воду равномерными касаниями ее поверхности концом палки. Все время, пока вы это будете делать, волны будут расходиться от места нарушения равновесия частиц воды; как долго бы вы ни продолжали его нарушать, волны будут назатухающими.

При искровых разрядах, разделяемых промежутками времени один от другого, электрические волны в течение этих промежутков, свободных от искр, успевают угаснуть; при длительном переменном токе в проводнике они будут разбегаться в эфирном пространстве неустанно все время, пока длятся в проводнике вызывающие их колебания тока.

Для радиотелеграфной передачи служат незатухающие волны.

По воде волны разбегаются во все стороны по ее поверхности, эфирные же волны бегут по всем направлениям, по всем радиусам шара, мысленно описанного вокруг места их возникновения. Отсюда и название передачи «лучевая» (радиус – луч).

В этом и удобство и недостаток радиосигнализации.

Такое распространение волны является благом для гибнущего судна, зовущего к себе на помощь любое судно, до которого дойдет его призыв.

Однако такое разбегание волн по всем направлениям неэкономично, если мы желаем подать сигнал, переслать телеграмму и сделать сообщение станции, местонахождение которой нам известно.

В этом случае энергия волн, несущихся по остальным направлениям, пропадает даром.

Для широковещательной станции возможность быть выслушанной любой принимающей станцией, где бы она ни находилась, радиальное распространение волн является необходимым условием ее работы.

Обратно, когда переговоры должны вестись между двумя определенными станциями и подслушивание их третьей нежелательно, такая способность волн разбегаться вокруг всего земного шара неудобна.

Поэтому-то в настоящее время стремление изобретателей направлено к осуществлению радиопередачи по определенному направлению так, как направляют в одну сторону лучи света прожектором. Пока, пользуясь отражением электрических волн от металлических поверхностей и некоторыми другими их особенностями, удается посылать сигналы и речь по преимущественному направлению, так что они лучше воспринимаются в той стороне, в которую направлены, но задача радиосигнализации по строго определенному направлению пока еще не решена окончательно.

Таков вкратце принцип радиопередачи, в подробности которой входить не станем по тем же причинам, по которым мы и раньше ограничивали наши теоретические рассуждения необходимым минимумом.

Вместо того познакомимся на опытах с описанным явлением передачи электрической энергии на расстояние, пользуясь для этого самыми примитивными приспособлениями.