Landsberg-1985-T3

ной волны от второго металлического листа 2. Передвигая

лист 2 вдоль прямой CD, параллельной отрезку АВ (излу­

чатель - приемник), МЫ обнаружим, что наиболее сильный отклик (отклик индикатора) возникает тогда, когда лист 2 находится против середины отрезка АВ и его плоскость

параллельна АВ. Мы убеждаемся, таким образом, в спра­

ведливости закона равенства угла падения и угла отраже­

ния (§ 40). Замена метал-			~к<1:
лического листа		2 экраном из
изолирующего материала по-			1	.~~
казывает, что от такого экра-			....	,},~.!
на	отражение	получается	'	.У
очень	слабое.			'	"
Отражением		от Cl1еталла			о)

I .

i I

можно воспользоваться для

:с

I

I

--- i -- f

j

I

117

Рис. 128.	Отражение		электро,	Рис 129.	Параболический
магнитной волны:		i -	угол па·	рефлектор у		излучающего
дения, r -	УГОЛ	отражения		вибратора (а) и У прием·
				ного		(6)
того, чтобы получить			н а п р а в л е н н о е		излучение в виде

почти плоской BmJНЫ. Д.'1я этого надо поместить излучаю­

щий вибратор в фокусе ци.'1индрического зеркала из метал­

лического листа, согнутого по дуге параболы (рис. 129, а).

Интенсивность плоской волны, выходящей из такого ре ф­ л е к т о р а, существенно больше, чем вненаправленном

излучении самого вибратора в отсутствие рефлектора *).

Таким же рефлектором можно снабдить и приемный вибра­ тор (рис. 129, б), что повышает его чувствительность.

Описанные выше опыты лучше производить поэтому с виб­

раторами, снабженными рефлекторами. ПРОВQда, идущие

от излучающего вибратора к генератору, ПРОПУСl<аются

через отверстие, размер которого одна - две длины волны,

*) Имеется в виду отсутствие направленности в плоскости, пер.

пендикулярной к вибратору.

154

проделанное в рефлекторе.. У приемного вибратора провода

к гальванометру можно пропустить через маленькие отвер­

стия в рефлекторе. Размеры рефлекторов должны быть в

три - пять раз больше л.

OIедующий опыт показывает, что электромагнитная

волна, проходя из одного прозрачного материала в другой,

испытывает nрело.мленuе, т. е. изменяется направление ее

распространения. Явление преломления волн на границе

двух веществ также принадлежит к числу о б Щ е в о л н 0-

вы х явлений, но мы ранее не останавли­

валиСЬ на нем, так как наблюдать его на

звуковых или поверхностных волнах в во,'];е

не особенно просто. (Легче всего наблюдать

и исследовать преломление на световых вол­

нах, и в разделе «Геометрическая оптика»

это явление рассматривается подробно.)

Для опыта с преломлением электромаг­

нитной волны длиной, например, 3 см надо

изготовить из парафина или асфальта ПРИЗ­

му с преломляющим углом, раВНЫе'Л приУ!ер­

Рис. 130. Приз­

ма из парафина или асфальта

но 300 (рис. 130). Размеры этой ПрИЗУ!Ы должны быть велики по сравнению с Л. На рис. 131 показано, как меняется на­

правление распространения BO.'IHbI вследствие преломления

в такой призме. Если в отсутствие призмы наибольший от­

клик в приемноч вибраторе получается в положении А,

D

Рис. 131. Преломление электромагнитной волны в лризме

то при наличии ПРИЗМbl волна преломляется и наибольший отклик получается в В. Преломление происходит на двух гранях призмы: при переходе волны из воздуха в парафин и

затем при ее выходе из парафина В воздух. Отклонение вол­

ны от первоначального направления распространения со­

ставляет (В зависимости от материала призмы и длины

волны) 15-20°.

На рис. 132 изображена постановка опыта для получе­

ния с т о я чей электромагнитной волны. I1лоский метал-

1SS

лический экран ставится против рефлектора излучающего

вибратора так, чтобы отраженная волна распространялась

навстречу падающей. Если теперь на пути от рефлектора 1{ экрану перемещать приемный вибратор, то ток в гальвано­

метре будет поочередно то увеличиваться (пучности), то

уменьшаться (узлы).

Рис. 132. Образование стоячей электромагнитной ВОЛНЫ

Расстояние между двумя соседними пучностями или

двумя соседними узлами равно, как \1Ы знаем, ')../2 (§ 47).

Если нам заранее известна частота V колебаний генератора,

то, измерив указанны~ путем А, мы можем по формуле С=АУ

найти скорость с распространения электромагнитной волны

в воздухе. При самых точных измерениях такого рода она оказывается совпадающей со скоростью света.

В описанном опыте остался пока невыясненным вопрос

о том, к а к и е пучности и узлы регистрирует приемный

вибратор - колебаний электрического поля или колебаний магнитНого поля. Ответ мы получим в следующем разделе.

Поnеречн.ость электромагн.итн.ых волн.. Радиоnелен.­ гация. Оставаясь на каком-то неизменном расстоянии от

ИЗЛljчающuu (Jерmuкальный

диораmор

Тока нет

Рис. 133. Наиболее сильный ток в индикаторе ВОЗНИI(ает только при

вертикальном расположении приемного вибратора. При любом гори-

ЗОнтальиом положении вибратора тока нет

вертикального излучающего вибратора, повернем приемный

вибратор из вертикального в Л ю б о е горизонтальное

положение. Мы увиди~, что ток в индикаторе приемника падает при эТом до нуля (рис. 133). Объясннть это можно

156

толькО тем, что электрическое поле приходящей волны имеет вертикальное направление. Действительно, такое поле может перемещать заряды (вызывать ток) вдоль приемнаго вибра­

тора, когда он вертикален, и не может этого делать, когда

он горизонтален. Отсюда следует, что в описанном выше

опыте со стоячей волной приемный вибратор выявлял узлы

ипучности э л е к т р и ч е с к о г о поля.

Повторим такой же опыт, как на рис. 133, но возьмем

вместо приемного вибратора про в о л о ч н ы й в и т о к.

При этом получается следующее. Когда виток расположен

в вертикальной плоскости, проходящей через излучающий

вибратор, ток в нем есть. Но при всяком повороте витка

на 900 от указанной плоскости ток в нем исчезает (рис. 134).

И;ЗЛllцающщ} tiерmщ«Iл/)/{ыl1

Оц7щаmор

ТОК еоть Тока нет

Рис. 134. Наиболее сильный ток в приемном Битке получается при его

расположении, ноказанном слева. В двух других изображенных поло­

жениях тока нет

1\1ы знаем, что ток в витке (или катушке) наводится пере­

менным магнитным полем только в том случае, если это

поле про н и з ы в а е т виток. Следовательно, отсутствие

тока при расположениях витка, показанных на рис. 134

посередине и справа, объясняется тем, что магнитное поле приходящей волны направлено горизонтально и nерnендику­

лярно к направлению излучения. Действительно, при этом

оно пронизывает виток в первом положении и не пронизы­

вает в двух других.

Мы приходим, таким образом, к выводу, что напряжен­

ность Е и индукция В электрического и	магнитного полей
в волне nерnендикулярны друг к другу	и к направлению

распространения волны (рис. 135); при этом направление Е совпадает с направлением вибратора, а вектор В лежит в

плоскости, перпендикулярной к вибратору.

Нами исследован здесь случай вертикального вибратора

игоризонтального направления распространения волны.

Исследование любых других направлений распространения

.157

показывает, что ДЛЯ всякого из НИХ остается справедливым

аналогичное расположение векторов Е и В: 1) оба они

перпендикулярны к направлению распространения, а зна­

чит, и колебания ИХ происходят перпендикулярно к этому

направлению, т. е. электромагнитная волна поп е р е ч­

н а; 2) вектор Е лежит в плоскостях, проходящих через

ИЗЛ!/'ЩЮЩUll	Е
!Jur5pamo{J

НСЩl:щ8ЛI?J1uе

РЦСПjJDсrпраненця

Рис. 135. Расположение векторов электрического и магнитного по­

.nеЙ при вертикальном излучателе для волн, распространяющихся в

горизонтальном направлении

излучающий вибратор, а вектор В - перпендикулярно к этим плоскостям (рис. 136).

Поnеречность колебаний является совершенно общим

свойством всякой электромагнитной волны, не зависящим

ни от выбора направления распространения, ни от харак­

тера излучателя. Таким же общим свойством является и

~

~---

/

/

1,

I	.... ,
I	........

Рис. 136. Электромагнитная волна поперечна

взаимная nерnендикулярность полей Е и В в электРОJмгнuт­

ной волне. Мы еще вернемся к этому вопросу при изучении

световых волн.

Возвращаясь к рис. 136, можно заметить следующее:

если мы установили направления электрического и маг­

нитного полей Е и В, то мы найдем тем самым н а n р а в­

л е н и е} по которому приходит волна. Другими словами,

158

мы узнаем направление на излучатель волны из места, где

производится прием. Направление электрического поля

почти для всех применяеМblХ в технике антенн вертикально. УстаНОВИТЬ же направление магнитного поля можно с

помощью прнеыного витка (или катушки из нескольких витков - так называемой ра­ мочной антенны). На этом ос­ нована радиопеленгация - оп­

ределениенаправленияиздан­

ного пункта на принимае;\iУЮ

радиостанцию.

Рис. 137 изображает пе­ реносный радиопеленгатор-

		q
Рис. 137. Внешний БИД	Рис. 138. Пе.1енгация радиопе­
переносного раДИОrIелен­	редатчика	из двух точек опре­
гатора	деляет	его положение'

приемник, снабженный рамочной антенной, которую можно

поворачивать вокруг вертикальной оси. Такую антенну не­

трудно изготовить собственными силами. Присоединив ее

к обычному широковещательному ламповому приемнику

(клеммы «антенна» И «земля»), можно произвести пеленга­ цию мощных радиостанций.

Обычно при пеленгации рамочную антенну ПОВОрачи­

Вают в такое положение, при котором интенсивность приема

проходит через нуль (это точнее, чем установка на м а к с и­ м а л ь н у ю интенсивность). При таком положении ин­

дукция В магнитного поля волны лежит в плоскости антен­

ны, а значит, направление на радиостанцию - это прямая,

перпендикулярная к плоскости антенны. Прибор не указы­ вает, по какую сторону от антенны находится на этой пря­ мой пеленгуемая станция, но обычно это известно за­

ранее.

Если направление на радиостанцию (пеленг) определено

из двух пунктов, расстояние между которыми известно

159

(А и В на рис. 138), то, построив по известной стороне АВ

и двум углам треугольник, можно з а с е ч ь радиостанцию,

т. е. определить ее местонахождение.

Принцип, положенный в основу пеленгации, использует­ ся и для целей радиОНа8игш{ии - вождения кораблей и са­

молетов по определенному направлению, заданному спе­

циальными передатчиками (радиомаяками). На корабле

или саМО.'1ете ставится при этом специальный приемник с

рамочной антенной - радиокомпас, ПOJ(азываlOЩIIЙ от­

клонения от требуемого курса. Иногда сигналы, ПРИНН:vtае­

мые радиокомпасом, используются для управления руле­

выми механиз:vtами, т. е. осуществляется автm.1атическое

сохранение заданного курса (автопилот).

§ 60. Изобретение радио Поповым. Мы уже говорили

о том, как в опытах с электромагнитными ВО.lнами была

подтверждена теория Максвелла. Опыты Герца быстро

стали известны ученыс!1 вс:его мира; ВОЗНИК,'!i1 мысль об

использовании электромагнитных [юлн для связи и даже

для передачи энергии без проводов. Однако никто не укаЗdЛ

пгактических путей для осущеС:ТВJlения этой идеи. Ca~! Герц,

находясь под впечатлением ИС1{лючительно слабого дейст­

вия волн в его опытах, по-видимому, со",шевался в возмож­

ности использования этих волн для связи. Таково было по­ ,'!ожение дела к началу работ русского физика и ЭJ1ектро­

техника Александра Степановича Попова (1859-1905).

Начав с повторения опытов Герца, Попов усовершенствовал

приборы и уже через год (в 1889 г.) добился того, чТо искры

в его приемных резонаторах были хорошо видны большой

аудитории без специального затемнения помещения. Очень скоро Попову стало ясно, что для практического ИСПОJ1Ь­

зования электромагнитных вот! надо в первую очередь

создать чувствительный и удобный приемник.

К 1894 г. Попов построил такой приемник, причем основ­

ные принципиальные особенности его устройства сохрани­

лись 11 В современной приемной аппаратуре. Что же пред­

ставлял собой первый приемник Попова, и как он работал? для увеличения чувствительности приемника Попов

ИСПОЛЬЗОВdЛ явление резонанса. Крупной заслугой Попова является изобретение высоко поднятой nрие.мноЙ антенны,

которая значительно увеличивает дальность действия при­ еМlIика и применяется в любой радиоприемной станции и

поныне.

Вторая существенная особенность приемника Попова связана со способом регистрации волн. Для этой цели По-

160

пов примеНШI не искру, а специальный прибор - когерер, незадолго до этого изобретенный БраНJ1И и применявшийся для лабораторных опытов. Когерер устроен следующим об­ разом. В стеклянной трубке помещены мелкие меТSШIИче­ ские опилки; в оба копца труБIШ введены провода, СОПРIIка­ саюiциеся с опилка"ш. В обычных условиях электричеСI(QС

сопротивление между отдельными опилками сравнительно

пелико, так что и весь когерер обладает большю,1 сопротив­

лением. Электромагнитная волна, создавая в цепи когерера

переменный ток высокой частоты, приводит к тому, что между

опилками проскакивают м е ль чай ш и е искорки, которые

с в а р и в а ю т опилки между собой. В результате сопроти­ лление когерера резко уменьшается. Чтобы вернуть когереру

(iольшое сопротивление и чувствительность к электромаг­

питным волнам, его необходимо встряхнуть. Попов вклю­ чил когерер в цепь, содержащую батарею и те.'1еграфное реле (рис. 139). До прихода электромагнитной волны сопротив­

J1ение когерера велико, ток через него и через реле идет очень

слабый и якорь реле не притянут к нижнему элеюромагни­

ту. С появлением электро­ магнитной волны сопротивле­

ние когерера падает, ток силь­ но возрастает и якорь реле

притягивается к электромаг­

НlHY. Тем самым замыкается

контакт С, подключая к бата­ рее обыкновенный электриче­ ский звонок. Молоточек звон­

ка ударяет по колокольчику

(пли записывает отброс на

движущейся бумажной ленте),

сигнализируя о прпходе вол­

ны. Тотчас же пр\\ СВОСМ об­

	ратном	ходе	молоточек уда­		Рис.	139. Схема	первого ПрИОI··
	ряет по когереру,			восстанав­	ника	А. С. Попова,		взятая liЗ
	ливая его чувствительность.				его статьи в Журна.1е			Русского
					физико-химического			общества
	Таким обраЗО~1, Попов осу-
						(январь	189()	г.)
	ществил	то,	что	называется

релейной схеЛlO/1 (см. TOCl1 11, § 178); ничтожная ЭНСРГIIЯ при­

ходящих волн используется нс прямо для приема (например,

появления искры), а	для управления и с т о ч н и к о м
э н е р г и и, который	питает регистрирующий аппарат.

Всовременных приемниках когерера нет, его заменили

электронные лампы, но при н u и п р е л е остается в силе:

ведь электронная лампа по сути дела работает именно

6 ЭJlементарный учебннк физики. т. !! I

161

как реле. Слабые сигналы, подводимые к лампе, управ­

ляют энергией тех ИСТОЧНИКОВ тока, которые питают эту

лампу.

B~[eCTe с тем Попов осуществил в своем приемннке прин­

цип 06рarnной связu, широко применяемый с тех пор в раДIJО­

технике. Усиленный сигнал на вы х о Д е приемника (цепь звонка) автоматически действует на в х о Д приемника (цепь когерера). Обратная связь (реаJlизованная в данном устрой­

стве электромеханическим	способом) - это	основной
Н о вый элемент в изобретении Попова.

7 мая 1895 г. Попов продемонстрировал действие своего

приемника на заседании Русского физика-химического об­

щества. Этот день справедmшо считается днем рождения

радио. В 1945 г. в ознамс:нование пятидесятилетия изобре­

тения радио день 7 1\lа51 был постановлением Советского праВIпельства объявлен ежегодным «Днем радио».

За сравнительно неБОJ1ЬШОЙ срок, истекший со вреl\lени

изобретения радио, оно прошло огроыный путь дальнейшеJ'О

развития. Уже в первые годы после изобретения был сде­

лан ряд существенных усовершенствований, :>.шогие из ко­

торых также принадлежат Попову. В частности, к НИi\I отно­ сится И ТО, ЧТО Попов добавил к приемнику обыкновенный

телеграфный аппарат, в результате чего приход ЭJlектромаг­

нитного СИГН3"1а не только отмечался звонком, но И черточ­

кой на ТЫIеграфной лен'Le.

В дальнейших своих исследованиях, ПРОВОДИВШНХСЯ совместно с 11. Н. Рыбкиным, Попов сумел осуществить прием сигналов на слух. Оказалось, что при сигналах,

слишком слабых для срабатывания когерера, плохие кон­

такты между ОПIlлками в когерере действуют как детектор

(§ 61) и в телефонной трубке, присоединенной к когере­

ру, каждый сигнал отмечается звуком. Это открытие по­

зволило еще более увеличить дальность радиосвязи.

Следующий крупный шаг в развитии радио, сде.тханныЙ

вскоре после его изобретения, состоял в усовершенствовании передатчика. Искровой промежуток был вынесен Из антен­ ны в специальный колебательный контур, который и слу­ жил источником колебаний. Антенна же, связанная с этим контуром, действовала теперь то.тхько в качестве излучате.1Я

волн.

Чрезвычайно важным моменто:'.! в развитии радио было изобретение американским ученьш Ли де Форестом в 1906 г.

электронных ламп, позволивших создать источники н е з а­

т у хаю щи х электрических колебаний (§§ 31, 59).

Именно это дало возможность полностью разрешить вопрос

162

о передаче по радио не только телеграфных сигналов. но и

звуков - речи, МУЗЫКИ и т. п., т. е. осуществить р а Д и о­

т е л е Ф о н и ю н р а Д и о в е Щ а н и е.

§ 61. Современная радиосвязь. Если передатчик излучает не­

затухающую синусоидальную волну, то в приемной антенне

получится гармоническое колебание. Очевидно, никакой

пер ед а ч и с и г н а л о в таким путем осуществить нельзя.

С помощью приемника мы можем только установить, рабо­

тает передатчик или нет. Для того чтобы передать какие­

либо сигналы, речь, музыку, телевизионные изображения

и т. П., необходимо как-то менять харю\Тер излучения пере­ датчика, например м е н я т ь а 1\1 п л И т у Д у его КОJlебэ­

ниЙ. Этот процес( называется модуляцией. Простейший спо­

соб т е л е г раф н о й /о,!одуляции состоит в прерываr!I!И

Рис. 140. Телеграфная МОДУ,lЯЩIЯ

Рис. 141. Телефонная модуляция

излучения с помощью ключа, т. е. в посылке коротких и

длинных сигналов - «точек» И «тире» азбуки Морзе (рис. 140). При т е л е Ф о н пой модуляции а:-,шлитуда излуче­

ния меняется не путем включения и выключения, а плавно -

с передаваемыми звуковыми частотами (рис. 141).

На рис. 142 показана cxe~!a, поясняющая процесс телефоиной моду­ ляции. В отличие от рис. 58 здесь :'1СЖДУ сеткой 11 катодом дампы ВК.1Ю­ чена вторичная обмотка небольшого повышающего трансформатора. в первичную обмотку которого включены обычный телефонный кап­ сю.~ь (уго.~ьный микрофон) \1 батарея. Под действием звуковых волн,

падающих на мембраиу микрофона, угольный 110рошок в нем подвер­

гается давлению, которое меннетс!! с частотой звука. В резудьтате с

ЭТой же частотой меняется сопротивлеиие микрофона, а значит, и ТОК в первичной обмотке трансформатора. Это приводит к появлению пере­ менной э. д. с. во вторичной обмотке трансформатора, т. е. на сетку

лампы попадает перемениое напряжение звуковой частоты. Ампдитуда

Высокочастотных колебаний, генерируемых в контуре посредство!>\- этой

лампы, меняется вместе с этим низкочастотным напряжением на ее сет-

6*

163