Радио. Часть I
Сегодня наш рассказ будет посвящен великому изобретению, изменивший человечество поистине навсегда. Правда в XXI веке радио резко теряет свою популярность, многие даже говорят что радио умерло, но это не так! Радио живо, и покуда последняя радиостанция вещает — радио живет.
Что такое Radio?
От латинского radiare/radio — это испускать. Принцип работы радио достаточно прост и примитивен — принимать и испускать сигнал. Как сам принцип работы был разработан еще в 20ые года XIX века, задолго до появления самого радио и способа передачи информации.
Нужно представить обстановку того времени. Вот представьте, 1827.
Мир до Радио
Два года назад в России происходили волнения с престолонаследием, год назад создан чугунный устав, запрещающий политическое инакомыслие и утверждающие основные государственные течение: построение патриотизма, патерналистического культа императора и то, что потом стало "Православие, Самодержавие, Народность".
Что на западе?
Год назад в ФРЦА (Федеральная республика Центральной Америки) произошел переворот, из бывшей крупной колонии Испании Рио-де-Плата в Южной Америке местные губернаторы созвали совет и образовали государство, позже названное Аргентиной. В САША (Северо-Американских Штатах Америки) был избран Джон Куинси Адамс, а в Британии был образован особый совет России и Британии насчет "Греческого вопроса", способствующий помощи грекам в их стремлении к независимости от Османской империи.
А еще, это расцвет нового миропорядка, где Россия — крупная держава, Британия наш союзник, а США выглядит примерно так:
Что объединяет все эти исторические факты?
Без местных историков и летописцев, мы бы не узнали никогда какие события были тогда. К тому же, все вещи проходили слишком медленно. Например, в тех же штатах выборы президента — это была сверхтяжелая задача. Выборы в США проходили по 3 месяца (3 месяца, Карл), по всей стране собирали голоса через лошадей и письма.
Это никого не устраивало. Слишком все долго проходит, а разные изречения и решения императора российского вообще иногда не приходили в те округа, куда они посылались. Например, когда отменили крепостное право, вплоть до 1863 были восстания крестьян из-за него, ибо никто не знал что его отменили еще 2 года назад.
Поэтому у крупных стран, таких как Россия, Британия и США появилась самая крупная проблема — как передавать информацию на большие расстояния за короткое время? Ответ — обратиться к науке!
Radio как наука
Только в 1827 физик-химик Ульям Крукс ввел в обращение слово "радио" как метод передачи на расстояния. Тогда слово запомнили, но внимания не уделили. Это выглядело как гадание на кофейной гуще. Нечто подобное витало в воздухе, но откуда начать... с воздуха?
Именно, спустя 5 лет барон Павел фон Шиллинг (русский ученый) разработал электромагнитный телеграф, позволивший передать информацию на расстояние. Научное сообщество это взорвало, и все начали потихоньку строить свои телеграфы, ибо появилась возможность на расстояние что-либо передать. Как стабильная, а не экспериментальная модель телеграфа была представлена Гауссом и Вебером в Германии, в Британии — Куком и Уитстоном. Но в 1840 году в США запатентовали принцип работы пишущего электромагнитного телеграфа и особый код для дешифровки сообщений. Да, это был Сэмюэл Морзе.
И понеслась, через Атлантику был проведен Трансантлантический телеграфный канал с технологией гидроизоляции немецкого ученого Сименса.
Выглядел он так. Кстати, до сих пор действующий. Позже рядом с ним был проведен Трансатлантический телефонный кабель, а потом по той же схеме и трансатлантический интернет кабель.
К тому времени, а когда проводили канал уже наступил 1864, великий английский ученый Джеймс Максвелл вывел основы нового научного течения физики — Электродинамика.
Электродинамика — раздел физики изучающий электромагнитное поле в наиболее общем случае
Предмет электродинамики включает связь электрических и магнитных явлений, электромагнитное излучение в разных условиях, переменный электрический ток и его взаимодействие с электромагнитным полем. Любое электрическое и магнитное взаимодействие между заряженными телами рассматривается в современной физике как осуществляющееся посредством электромагнитного поля, и, следовательно, также является предметом электродинамики.
Электродинамика приоткрыла глаза на наш "воздух". В Электромагнитном поле существуют возмущения, или же излучения. Да-да, электромагнитное поле имеет свое излучение. И этот принцип стал ключиком к тайне работы радио. Теперь поподробней.
Среди электромагнитных полей, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.
Электромагнитный спектр подразделяется на:
- радиоволны (начиная со сверхдлинных)
- микроволновое излучение
- терагерцевое излучение
- инфракрасное излучение
- видимое излучение (свет)
- ультрафиолетовое излучение
- рентгеновское излучение
- гамма-излучение (см. ниже, см. также рисунок).
Электромагнитное излучение способно распространяться практически во всех средах.
Исходя из этой научной справки, можно понять, что наш организм может воспринимать определенный спектр ЭМИ. Так а если даже наш организм может воспринимать излучения, почему же нельзя создать электродинамический телеграф?
Были проблемы, во-первых — как сформировать волну? Нужно было устройство, которе как либо создавало и меняло электромагнитное поле. Причем так меняло, что была возможность распространять эти волны на большие расстояния.
Элиу Томсон провёл эксперименты и в начале 1876 года опубликовал результаты по передаче энергии без проводов. Передатчиком служила катушка Румкорфа с искровым разрядником и длиной искры 5 см. Один конец её вторичной обмотки был присоединён к водопроводной трубе, а другой — при помощи проволоки длиной 1,5 метра — к изолированному от стола жестяному сосуду. Приёмником электромагнитных волн был заострённый металлический стержень, приближенный к какому-либо металлическому предмету, — в малом искровом промежутке при включении передатчика проскакивали искры. Это и позволило передавать ЭМИ на расстояния.
Дальше, Томас Эдисон усовершенствовал приёмник Элиу Томсона, поместив два заострённых стержня в зачернённую изнутри коробку. Один из стержней за пределами коробки оканчивался полым металлическим шаром, второй имел винт для регулировки зазора. Потом спустя 10 лет в 1885 Эдисон подаёт патентную заявку на «передачу без проводов сигналов азбуки Морзе», например, для связи движущего поезда со станциями или в мореплавании, посредством, как объяснял автор, «электростатической индукции». В мае 1886 года Эдисон подаёт заявку на беспроводную телеграфную связь берега с кораблём и между кораблями. Патент США № 465971 «Способ передачи электрических сигналов» был получен в декабре 1891 года — этот патент в 1903 году вынужден был купить Гульельмо Маркони.
Но поистине главное событие случилось в 1888.
Генрих Герц экспериментально подтвердил теорию Максвелла. Для получения электромагнитных колебаний с большой частотой он воспользовался известным явлением колебательного электрического разряда. Для этого им были сконструированы передатчик, включающий в себя источник питания постоянного тока, катушку Румкорфа и антенну направленного действия — симметричный вибратор, и простейший приёмник в виде металлической рамки с малым искровым промежутком, выполнявшим функции индикатора (детектора) волн. Другой вариант приёмника представлял вибратор, как у передатчика, но с малым искровым промежутком. Герц обнаружил стоячие электрические волны в пространстве и продемонстрировал, что создаваемое электромагнитное поле обладает всеми свойствами волн, которые стали называть «волнами Герца». Он убедился в том, что законы отражения и преломления электромагнитных волн невидимого спектра подчиняются законам геометрической оптики видимого спектра. Герц показал, что уравнения, описывающие электромагнитное поле, можно переформулировать в виде дифференциального уравнения в частных производных, названного волновым уравнением.
После этого мир было не узнать. После доказательства Герца в мире стало ясно, что теперь можно передавать информацию, модулируя ее через электромагнитные волны и пуская их на различные расстояния. Но как принимать сигнал? На это нам дал ответ Тесла
25 апреля 1891 — Никола Тесла получил патент США № 454622 на устройство для получения электромагнитных колебаний. В состав устройства входили: источник питания постоянного тока, управляющий ключ, катушка Румкорфа, электрический конденсатор, разрядник и высоковольтный трансформатор. Впервые в передатчике электромагнитных колебаний было реализовано явление электрического резонанса.
И после этого сформировалось 2 человека, которые претендуют на отцовство радиотелеграфа. Это Гульельмо Маркони и Александр Попов. А все потому что:
6 июля 1897 года Гульельмо Маркони на итальянской военно-морской базе Ла Специяна передал своей аппаратурой фразу «Viva l’Italia» («Да здравствует Италия») на расстояние 18 км используя радиоволны.
19 декабря 1897 года газета «Петербургский листок» сообщила о беспроводной передаче телеграфного сигнала Александром Поповым 18 декабря 1897 года из здания химической лаборатории Петербургского университета в аудиторию физического кабинета в другом здании. В заметке сообщалось, что после того, как ассистент Попова Рыбкин ушёл на «станцию отправления», «ровно через 10 минут <…> на ленте обычной телеграфной азбукой обозначилось слово „Герц“».
В один и тот же год два человека из разных мест отправили и получили сигнал используя радиоволны. Ох сколько же споров потом было, кто первее и кто умнее, кто стабильней и прямее, и тд и тп.
Но все-таки первым был Маркони, который 2 июля 1897 зарегистрировал свой патент Великобритании № 12039 «Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого» с приоритетом от 2 июня 1896. Патент Маркони представляет двухконтурную систему, в которой высокочастотные колебания, возникшие в передающем антенном контуре, обнаруживаются прибором, подключённым непосредственно к приёмному антенному контуру. Передатчик включал в себя: передающую антенну, осциллятор Риги, источник питания постоянного тока и телеграфный ключ. Приёмник включал в себя: приёмную антенну, вакуумный когерер с металлическим порошком из смеси серебряных и никелевых опилок с добавлением ртути, дроссельные катушки, разделяющие высокочастотную и низкочастотную часть приёмной цепи, приёмное реле для управления телеграфным аппаратом, электромеханический ударник для встряхивания когерера от принятого сигнала и два источника питания постоянного тока.
И да, в 1903 году он выкупил патент Эдисона, который по сути и дал толчок развития технологии, сделавший Маркони полноправным изобретателем радиотелеграфа.
Но это все радиотелеграф и радиоволны, а что же самое радио?
А дело в том, что радиоволны предполагалось использовать только в качестве передачи Морзянки, этого хватало с головой для быстрого общения и реальной передачи информации. Но вдруг, в 1900 году Реджинальд Фессенден совершил новый прорыв в этой сфере. Он смог передать по радиоволнам ЗВУК.
Ну, а сейчас музыкальная пауза!
