Реферат: Від іскри до радіо: історія виникнення радіо

Реферат: Від іскри до радіо: історія виникнення радіо

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. Маркон точиться тривала дискусія. Не дивно, що в цій історії, як і взагалі в істор науки і техніки, утвердження пріоритету досить часто пов'язане з питаннями національного престижу. Наприклад, "Большая советская знциклопедия" винахідником радіо називає О. Попова, італійська "Nuova Еnсісlopedia Sonzgno" ― Г. Марконі, однак французька "Larousse universel" ставить Г. Марконі на друге місце після Е. Бранлі, тоді як англійська енциклопедія "Encyclopaedia Britannica" наперед виводить О. Лоджа, а німецький "Lexikon der Deutschen Buchgemeinschaft" 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 XIX ст. Фарадея (Michael Faraday, 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 (James Clark Maxwell, 1831-1879) до створення у 1860-1865 pp. математично оформленої ЕМ-теорії світла, про яку він уперше доповів на засіданн 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 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-хвил були отримані й експериментальне досліджені в німецькому місті Карлсруе молодим професором фізики Г. Герцем (Heinrich Hertz, 1857-1894).

Г. Герц дослідами з скрою від електричного розряду довів, що ЕМ-хвилі (за тогочасною термінологією електричні, а пізніше названі "хвилями Герца") мають властивост 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 здатност 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 (Hermann von Hеlmholtz, 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 (Heinrich Ruhmkorf, 1803-1877) з вібратором. Ця котушка аналогічна до котушок запалювання в автомобільних двигунах. В електричному кол низьковольтної первинної обмотки котушки був повітряний розрядник, крізь який здійснювався електричний розряд від конденсаторного пристрою типу лейденсько банки. З дослідів Феддерсена (Berend Wilhelm Feddersen), 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, джерелом ЕМ-хвиль. Приймачем цих хвиль був виток провідника з повітряним проміжком; поява іскри в ньому свідчила про функціонування всієї апаратури – випромінювача 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 (Max Planck, 1858-1947) у некролозі, написаному на прохання Г.Гельмгольца після смерті Г.Герца. Звичайно, у науковців та інженерів виник природний нтерес 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. Принаймн на відповідне запитання інженера Г.Губера (Heinrich Huber) у 1889 p. він відповів заперечливо. Низька чутливість 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 (Peter Samuel Munk of Rosenschold) помітив, що вільно з'єднані між собою дрібн залізні ошурки після опромінення від іскри переходили в стан підвищено 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 (Temistocle Calzecchi-Onesti), саме він і сконструював макетний зразок майбутнього когерера, як його назвав у 1894 р. О.Лодж (Sir Oliver Joseph Lodge, 1851-1940). Французький фізик Е.Бранлі (Eduard Branly, 1846-1940), фахівець з електрофізики і скрупульозний експериментатор, зумів у 1890р. перевести залізні ошурки у стан високо 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 (Guglielmo Marconi, 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 (William Spottiswood) та відомому фізику Дж.К.Стоксу (Sir Georg Gabriel Stokes), передаючи та приймаючи при цьому сигнали віл скри на відстанях від 55 до 460 м. На це Дж.К.Стокс зауважив, що всі ц результати можуть бути пояснені ЕМ-явищами, і він не приймає припущення про снування 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 наполегливост його прізвищем могла б відкриватися історія сучасного радіо. У 1892р. інший англійський фізик У.Крукс (William Crooks), 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. лекц 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 (Henry Bradwardine Jackson, 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 талійському професору А. Рігі (Augusto Righi, 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 з 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. Маркон поставив собі за мету передавати за допомогою ЕМ-хвиль інформацію на далек відстані і досяг у цьому грандіозного успіху.

Як бачимо, науковц різних країн майже одночасно наблизилися до встановлення бездротового електрозв'язку через повітря. Видатних успіхів у справі виникнення 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 станц 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 сотн дослідів для поліпшення когерера і встановив апарат Морзе для фіксац 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 телеграфно стрічки голова засідання професор Ф. Ф. Петрушевський і написав крейдою на дошці слова "Hеinrich Hertz".

На жаль, про зміст публічних виступів О. Попова не залишилося задокументованих подробиць. Деяк 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 публікацією статті в грудневому числі журналу "The Electrician". 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 передач 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" , 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 винайденн 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 затоц 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. Маркон 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 з 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 радіотехнолог на три десятиліття залишився Г. Марконі, чию роль ще на початку його успішно діяльності виокремив О. Попов у такий спосіб: "Заслуга відкриття явищ, як 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 (Nikola Tesla, 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 "Carlo Alberto" 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.