регистрация / вход

Від іскри до радіо: історія виникнення радіо

Винайдення радіозв’язку наприкінці ХІХ ст. та впровадження його в життя. Вплив дослідів Г. Герца на подальший розвиток бездротового зв’язку. Практичне використання електромагнітних хвиль у радіозв'язку. Схема радіоприймачів О. Попова і Г. Марконі.

РЕФЕРАТ

на тему:

"Від іскри до радіо : історія виникнення радіо"


Винайдення радіозв’язку наприкінці ХІХ ст. та впровадження його в життя було здійснено завдяки експериментальним та теоретичним дослідженням переважно європейських фізиків.

Про пріоритет у винайденні радіо чи то росіянином О. Поповим, чи то італійцем Г. Марконі точиться тривала дискусія. Не дивно, що в цій історії, як і взагалі в історії науки і техніки, утвердження пріоритету досить часто пов'язане з питаннями національного престижу. Наприклад, "Большая советская знциклопедия" винахідником радіо називає О. Попова, італійська "Nuova ЕnсісlopediaSonzgno" ― Г. Марконі, однак французька "Larousseuniversel" ставить Г. Марконі на друге місце після Е. Бранлі, тоді як англійська енциклопедія "EncyclopaediaBritannica" наперед виводить О. Лоджа, а німецький "LexikonderDeutschenBuchgemeinschaft" батьком радіо називає Г. Герца. При цьому незаперечним залишається твердження про те, що саме німецький фізик Г.Герц у 1887р. своїми дослідами заклав основи бездротового електрозв'язку.

Історія радіо починається від досліджень найвидатнішого експериментатора XIXст. Фарадея (MichaelFaraday, 1791-1867), який дослідним шляхом намагався довести спорідненість світла з електрикою та магнетизмом і в 1851-1855pp. запропонував концепцію електромагнітного (ЕМ) поля. Ідеї Фарадея спонукали професора Лондонського королівського коледжу шотландця Дж.К.Максвелла (JamesClarkMaxwell, 1831-1879) до створення у 1860-1865 pp. математично оформленої ЕМ-теорії світла, про яку він уперше доповів на засіданні Королівського товариства в рік смерті М. Фарадея. Знамениті рівняння Максвелла показують, що світло ідентичне до ЕМ-хвиль, які є процесом перенесення в просторі енергії зв'язаних між собою змінних електричного й магнітного полів. У справедливості принципово нових фізичних положень про поле, яке випромінюється і поширюється, можна було переконатися тільки дослідним шляхом. Численні та авторитетні опоненти Дж.М.Максвелла критично ставилися до основних положень теорії – до ідеї про спільність властивостей світлових і ЕМ-хвиль та до припущення про існування струмів зміщення. Переконливе підтвердження сталося через 20 років після доповіді Дж.К.Максвелла. Передбачені ним сферичні ЕМ-хвилі були отримані й експериментальне досліджені в німецькому місті Карлсруе молодим професором фізики Г. Герцем (HeinrichHertz, 1857-1894).

Г. Герц дослідами з іскрою від електричного розряду довів, що ЕМ-хвилі (за тогочасною термінологією – електричні, а пізніше названі "хвилями Герца") мають властивості світлових хвиль. У серії дослідів з параболічною антеною, виконаних у 1888 p., Г.Герц перетворив хвилі зі сферичною хвильовою поверхнею на хвилі з плоским фронтом і, експериментуючи таким чином уже з ЕМ-променем, встановив, що він підлягає законам геометричної оптики. Г.Герц переконався також у здатності ЕМ-хвидь інтерферувати, що дало змогу вимірювати їх довжину.

Досліди Г.Герца були значною мірою виконані під впливом "райхканцлера фізики", як називали в Німеччині професора Г.Гельмгольца (HermannvonHеlmholtz, 1821-1894). Він сприяв визнанню теорії Максвелла науковцями. Варто зазначити, що саме в лабораторії Гельмгольца і на його пропозицію у 1873-1874 pp. учень "батька російської фізики" О.Г.Столєтова майбутній професор Київського університету М.М.Шіллер розпочав досліди з діелектриками, які дали перше пряме експериментальне підтвердження теорії Максвелла. На ініціативу Г.Гельмгольца, Берлінська академія наук оголосила в 1879р. конкурс з премією за експериментальне підтвердження принципово нової теорії. Г.Гельмгольц звернув увагу свого талановитого учня Г.Герца на це завдання, однак з розрахунків Герца випливало, що він не має змоги виготовити апаратуру з достатньо високою для успішних дослідів частотою коливань джерела ЕМ-хвиль. Лише через 7 років у Карлсруе йому випала така щаслива нагода, і він розпочав свої досліди на частоті 40 МГц.

Джерелом ЕМ-випромінювання в дослідах Г.Герца був іскровий електричний розряд від високовольтної вторинної обмотки індукційної котушки, розробленої німецьким техніком Г.Румкорфом (HeinrichRuhmkorf, 1803-1877) з вібратором. Ця котушка аналогічна до котушок запалювання в автомобільних двигунах. В електричному колі низьковольтної первинної обмотки котушки був повітряний розрядник, крізь який здійснювався електричний розряд від конденсаторного пристрою типу лейденської банки. З дослідів Феддерсена (BerendWilhelmFeddersen), виконаних у 1858 p. в німецькому місті Кіль, було відомо, що при іскровому розряді лейденської банки відбуваються періодичні коливання електричного струму. Г.Герц використав те, що розряд конденсатора первинної обмотки ініціював у колі вторинної обмотки між металевими кульками розрядника виникнення іскри, яка, як з'ясувалося, є джерелом ЕМ-хвиль. Приймачем цих хвиль був виток провідника з повітряним проміжком; поява іскри в ньому свідчила про функціонування всієї апаратури – випромінювача і приймача. У результаті вдосконалення апаратури частота хвиль була збільшена від 40 МГц на початку дослідів до 450 МГц.

Досліди Герца були сприйняті як диво і викликали великий інтерес у всьому науковому фізичному світі. Так висловився про них М.Планк (MaxPlanck, 1858-1947) у некролозі, написаному на прохання Г.Гельмгольца після смерті Г.Герца. Звичайно, у науковців та інженерів виник природний інтерес до значення дослідів Герца для техніки. Однак Г.Герц був перш за все дослідником і, можливо, саме тому не цікавився прикладними питаннями і на перших порах не сподівався на практичне використання свого відкриття. Принаймні на відповідне запитання інженера Г.Губера (HeinrichHuber) у 1889 p. він відповів заперечливо. Низька чутливість і недосконалість приймача, в якому іскру доводилося спостерігати крізь мікроскоп, давали змогу проводити досліди лише в лабораторному приміщенні і обмежували технічне використання апаратури Герца. Тому перед дослідниками насамперед постала проблема збільшення чутливості приймача.

Для практичного використання електромагнітних хвиль у радіозв'язку треба було знайти чутливий до них елемент радіоприймача. Спочатку це був так званий когерер. Історія його розвитку така. У 1838 р. шведський фізик П.Розеншьольд (PeterSamuelMunkofRosenschold) помітив, що вільно з'єднані між собою дрібні залізні ошурки після опромінення від іскри переходили в стан підвищеної електропровідності, а після механічного струшування поверталися в попередній стан низької електропровідності. Таку різку зміну електропровідності залізного порошку можна було багаторазово повторювати. Значно пізніше про вплив блискавки на поведінку залізних ошурок повідомив у 1884 р. італійський учитель Кальцеккі-Онесті (TemistocleCalzecchi-Onesti), саме він і сконструював макетний зразок майбутнього когерера, як його назвав у 1894 р. О.Лодж (SirOliverJosephLodge, 1851-1940). Французький фізик Е.Бранлі (EduardBranly, 1846-1940), фахівець з електрофізики і скрупульозний експериментатор, зумів у 1890р. перевести залізні ошурки у стан високої електропровідності дією на них іскри крізь непрозору перепону (крізь стіну із сусідньої кімнати). Пристрій з такими порошками Е.Бранлі називав "електропровідником", дещо пізніше його стали називати "фріттером" і остаточно за ним закріпилася назва "когерер".

Когерер — це скляна трубка з ошурками всередині між двома електродами. Г.Марконі (GuglielmoMarconi, 1874-1937) після декількох сотень спроб розробив свій оптимальний варіант когерера. Його когерер був завдовжки 50 мм, зазор між трохи скошеними поверхнями срібних електродів, які дотикалися до порошку, становив 0,635 мм. Електроди були оброблені ртуттю, а порошок складався на 95 % з порошинок нікелю і на 5 % — зі срібла.

Пошуки чутливого приймача проводилися не лише в напрямку використання когерера. Наприклад, у Великобританії професор музики Хюз (D. Е. Hughes, 1831-1900) помітив, що іскра викликає електричний струм у телефонному приймачі. Він продемонстрував відкрите ним явище президенту Королівського товариства Споттісвуду (WilliamSpottiswood) та відомому фізику Дж.К.Стоксу (SirGeorgGabrielStokes), передаючи та приймаючи при цьому сигнали віл іскри на відстанях від 55 до 460 м. На це Дж.К.Стокс зауважив, що всі ці результати можуть бути пояснені ЕМ-явищами, і він не приймає припущення про існування електричних хвиль. Хюз був настільки пригнічений цією критикою, що відмовився описати в пресі свої результати доти, доки не знайде незаперечного підтвердження. Проте він фактично припинив свої дослідження, а замітка про його збентеження з'явилася в 1899 р. в його листі до Фегі (J. J. Fahie). При глибшій обізнаності Хюза з фізикою та твердішому характері й наполегливості його прізвищем могла б відкриватися історія сучасного радіо. У 1892р. інший англійський фізик У.Крукс (WilliamCrooks), знаючи результати робіт численних дослідників, які вивчали властивості хвиль Герца, надрукував у науковому журналі прогноз: ЕМ-хвилі дають дивну можливість створити бездротовий телеграф, бо для цих хвиль такі середовища, як мури чи лондонський туман, є прозорими.

Великий вплив на сучасників справили дослідження та опубліковані в 1894 р. лекції ліверпульського професора фізики О.Лоджа, який для початку відтворив досліди Герца, продемонструвавши їх публічно. Він увів до приймача (для підвищення його чутливості) когерер, вмонтувавши його в коло послідовно з електричною батареєю та електричним дзвоником, який сигналізував про прийом. О.Лоджу 1890р. використав також резонансний контур, чим забезпечувалася налаштованість приймача на бажану частоту. Хоча О.Лодж своєчасно не захопився проблемами зв'язку, проте під його впливом британський морський офіцер Г.Джексон (HenryBradwardineJackson, 1855-1929) упродовж 1895-1896 pp. виконував таємні досліди з налагодження радіотелеграфного зв'язку між військовими кораблями. Пізніше стало відомо, що випромінювач і приймач Джексона були схожими на апаратуру Марконі. Зміст лекцій О.Лоджа був відомий італійському професору А. Рігі (AugustoRighi, I850-1920), який також експериментував з хвилями Герца, і зацікавив ними свого студента Г. Марконі та О. Попова. Не дивно, що в апаратурному плані установки цих піонерів радіозв'язку були дещо подібними між собою, бо свої дослідження вони мусили, як то заведено в експериментаторів, починати з відтворення дослідів Герца.

А. Рігі був одним із перших, хто почав досліджувати ЕМ-хвилі відразу після публікацій Г. Герца. Він зумів отримати короткі хвилі довжиною 2,6 см, а для їх приймання прошкрябав станіолеве покриття дзеркала і у зробленій таким чином щілині спостерігав за допомогою лупи появу іскор. У Болоньї лекції А. Рігі відвідував юний Г. Марконі, що стало поштовхом для його дослідів з радіозв'язку. Г. Марконі поставив собі за мету передавати за допомогою ЕМ-хвиль інформацію на далекі відстані і досяг у цьому грандіозного успіху.

Як бачимо, науковці різних країн майже одночасно наблизилися до встановлення бездротового електрозв'язку через повітря. Видатних успіхів у справі виникнення і впровадження радіозв'язку в Росії досяг Олександр Степанович Попов (4.03.(16.03.)1859 – 31.12.1905(13.1.1906). У військово-морському офіцерському училищі в Кронштадті, де він працював, О. Попов мав можливість користуватися багатою бібліотекою, в якій ознайомився з публікаціями Г. Герца і О. Лоджа. Вони стимулювали його до продуктивної й оригінальної праці з прийому ЕМ-хвиль.

У 1895 р. О. Попов спочатку відтворив досліди Герца. Потім він розробив приймач з когерером та антеною. Цей перший приймач Попова реагував на розряд блискавки, і тому був названий грозовідмітником, його було встановлено на метеорологічній станції Лісного інституту. Про зміст і наслідки своєї роботи О. Попов доповів 7.05. (25.04 за старим стилем) 1895 р. на засіданні фізичного відділення Російського фізико-хімічного товариства (РФХТ) у С.-Петербурзі. На цьому засіданні О. Попов здійснив сеанс радіозв'язку з передачею коротких і тривалих сигналів. Його приймач з антеною у вигляді вертикальної дротини завдовжки 2,5 м приймав сигнали на відстані 64 м від генератора Герца, про що сповіщав електричний дзвоник. При надходженні сигналу до приймача активно спрацьовував електричний дзвоник, з'єднавшись з електричним реле в колі когерера: било дзвоника ударяло по його чашці, і таким чином повідомлялося про надходження сигналу, а при зворотньому ході било струшувало когерер, і в такий спосіб забезпечувалася готовність кола до приймання наступного сигналу. Передатчик був виготовлений на базі вібратора Герца з індукційною котушкою та іскровим розрядником у посудині з маслом і з антеною у вигляді двох бляшаних квадратних листів зі стороною 40 см. Робота апаратури і відтворюваність результатів були неодноразово перевірені й підтверджені О. Поповим навесні 1895 р.

П'ятидесятилітній ювілей доповіді О. Попова як історичної події великої ваги урочисто відзначався 7.05.1945 р. у Москві за участю дочки О. Попова та партійно-державної, військової та наукової еліти СРСР. На цьому зібранні професора О.Попова було проголошено винахідником радіо та запропоновано святкувати в СРСР 7 травня День радіо.

До 100-літнього ювілею доповіді О.Попова 5 – 7.05.1995 р. у Москві під егідою ЮНЕСКО було проведено міжнародну конференцію. На ній з доповіддю виступив президент Російського науково-технічного товариства радіо та електрозв'язку ім. О.С. Попова академік Ю. В. Гуляєв. Він виклав історію винайдення радіо. Відмітивши роль попередників О. С. Попова (М. Фарадея, Дж. Максвелла, Г. Герца, Е. Бранлі, О. Лоджа), а також його послідовників, найбільш знаменитим з-поміж яких був Г. Марконі, доповідач наголосив на ключовій ролі самого О. С. Попова.

Зміст свого винаходу О. Попов детально виклав у статті для січневого номера "Журнала русского физико-химического общества" (ЖРФХО, 1896), а також у журналах "Электричество" (1896, № 13-14) і "Метеорологический вестник" (1896, № 3). У першій статті О. Попов зазначив, що її зміст був предметом його квітневої доповіді.

О. Попов поставив завдання збільшити відстань ефективної радіопередачі. Впродовж року він підвищив потужність передавача і на його виході встановив, як це він практикував і раніше, вертикальну антену. О. Попов здійснив також сотні дослідів для поліпшення когерера і встановив апарат Морзе для фіксації прийнятих сигналів на паперовій стрічці. Удосконалену таким чином систему для телеграфу без дротів О. Попов продемонстрував на засіданні Фізичної секції РФХТ 12.(24.)03.1896р. Цього разу він здійснив передачу та прийом на відстані 250 м першої в світі радіограми. Подробиці цієї видатної події описано 1925 р. у спогадах учасників засідання професорів О. Д. Хвольсона ( 1852-1934) і В. К. Лебединського (1868-1937). За спогадами, радіограму зчитав з телеграфної стрічки голова засідання професор Ф. Ф. Петрушевський і написав крейдою на дошці слова "HеinrichHertz".

На жаль, про зміст публічних виступів О. Попова не залишилося задокументованих подробиць. Деякі дослідники намагалися пояснити це тим, що О.Попов працював у військовому відомстві, і на його виступи накладалися певні режимні обмеження. Однак О. Попов публікував свої результати у відкритій пресі, інформація про них з'являлася і в різних зарубіжних журналах, він захищав свій пріоритет і публікацією статті в грудневому числі журналу "TheElectrician". Перше друковане повідомлення про винахід О. Попова з'явилось 25.04 (7.05.) 1895 р. в газеті "Кронштадтский вестник" через 5 днів після його першого виступу. Суть свого винаходу О. Попов виклав у статті "Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний", опублікованій у журналі ЖРФХО (1896p., Т. 28, С. 14). У цій статті список використаної О. Поповим літератури відкривається посиланням на публікації О. Лоджа. Статтю О. Попов завершив запевненням, що його прилад може бути використаний для передачі сигналів на відстані за допомогою швидких електричних коливань, як тільки буде знайдене джерело таких коливань з достатньою енергією. У цей же час О. Попов захопився експериментальним дослідженням рентгенівських променів, до яких була прикута увага фізиків світу.

О. Попов був коректним науковцем і до патентування своїх винаходів ставився достатньо критично. Цією можливістю аж ніяк не нехтував видатний винахідник та підприємець Г. Марконі, який 2.07.1896 р. подав заявку на англійський патент "на удосконалення в передачі імпульсів і сигналів та в апаратурі для цього" і, пізніше уточнивши цю заявку, отримав 2.07.1897 р. (йому виповнилося 24 роки) патент №12039. Проте в деяких країнах (і зокрема в Росії) Г. Марконі було відмовлено у видачі патентів з посиланнями на досліди О. Попова, Таким чином, згідно з хронологією подій О. Попову мав би належати пріоритет у винайденні радіо. Проте часто право на пріоритет у справах винаходів регулюється законодавством про патентування.

Син провінційного священика, О.С.Попов був скромною і цнотливою людиною. Обставини його життя склалися важкими. Від постійного недоїдання в роки навчання в Петербурзькому університеті він втратив здоров'я.

Попов не зміг подолати бюрократичні бар'єри і не досяг за винятком епізодичних випадків (відома історія про зняття з каменів біля острова Готланд у Фінській затоці російського броненосця взимку 1900 р. та зняття з крижини у відкритому морі 50 рибалок, яких уперше в світі завдяки розробкам О. Попова і можливостям радіо було врятовано) широкого і перспективного впровадження результатів своєї роботи для практичного використання хоча б у флоті Російської імперії, яка не особливо сприяла вітчизняним талантам. Морський міністр відмовився профінансувати дослідження О. Попова з резолюцією: "На такую химеру отпускать денег не разрешаю». Г. Марконі також отримав від свого італійського міністра відкоша, однак він знайшов вихід – виїхав до Англії і там поставив справу на комерційну основу. О.Попов, очевидно, не бачив для себе аналогічної альтернативи.

Апаратура О. Попова стала використовуватися 1897 р. на Балтійському флоті, для чого О. Попов зі своїм асистентом П. Рибкіним виготовили 15 радіостанцій, і 1898 р. – на Чорноморському флоті, де була зафіксована дальність зв'язку між кораблями під час шторму понад 50 км.

У 1897 р. О.Попов уперше дослідив відбивання ЕМ-хвилі від кораблів та інших предметів і заклав цими дослідами фізичні основи радіолокації. Однак перші досягнення російських ентузіастів не мали достатньої підтримки та розвитку, і російський флот вирушав на російсько-японську війну 1905 р. з корабельними радіостанціями, закупленими в іноземних виробників, у тому числі у фірми Марконі.

О. Попов не здобув за життя належної підтримки. Помер він 31.12. (13.01) 1906р. від інсульту після бурхливого прийому в сумнозвісного міністра внутрішніх справ Дурнова. За чотири дні до цієї трагічної події російські фізики виявили професору О. Попову високу честь і обрали його головою Російського фізичного товариства.

Лідером радіотехнології на три десятиліття залишився Г. Марконі, чию роль ще на початку його успішної діяльності виокремив О. Попов у такий спосіб: "Заслуга відкриття явищ, які послужилися Г. Марконі, належить Г. Герцу та Е. Бранлі, за цим іде ціла низка використань, розпочатих О. Мінчиним, О. Лоджем і багатьма після них, а Г. Марконі перший мав сміливість стати на практичний ґрунт і досяг у своїх дослідах великих відстаней завдяки удосконаленню діючих приладів".

Цікавим залишається судження О. Попова, публічно виголошене ним у 1900 р. про Г. Марконі та видатного винахідника хорвата Н. Тесла (NikolaTesla, 1856-1943), який у США зареєстрував понад 700 патентів. Н. Тесла у Філадельфії вже в 1893 р. успішно розробляв проблему передачі енергії ЕМ-хвилями, він описав і продемонстрував бездротовий зв'язок, особливого значення надавав антені та встановленню резонансу в передавачі та приймачі за допомогою реактивних опорів, що було зареєстровано в його патенті № 645576 в 1897 р. Коли Г. Марконі почав у 1900 р. продавати свою радіоапаратуру, то Н. Тесла заявив, що з ним судитиметься за неправомірне використання італійцем чужої праці. Справді, Верховний суд США анулював у 1943 р. основний американський патент Г. Марконі № 763772 1904 р. на тій підставі, що Н. Тесла був попередником Г. Марконі, і саме Н. Тесла може вважатися батьком бездротового зв'язку і радіо. О. Попов на з'їзді інженерів-електриків висловився таким чином: "Випромінювання і приймання сигналів Г.Марконі за методом електричних осциляцій не є новим. В Америці знаменитий інженер Н. Тесла здійснив такі експерименти в 1893 p.". Тесла не розвинув свої дослідження і був змушений припинити через відмову спонсора фінансувати їх. О.Попов і Г. Марконі особисто познайомилися в липні 1902 p., коли Г. Марконі прибув на наданому в його розпорядження італійським королем крейсері "CarloAlberto" до Кронштадта. Г. Марконі та його радіорубку спершу вшанував своїм візитом російський імператор Микола II, а через кілька днів у Г. Марконі побував і О.Попов. Він оглянув апаратуру, що забезпечувала зв'язок на відстані 1600 морських миль, розмовляв з італійським колегою, який після високого візиту імператора став кавалером російського ордена св. Анни.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий