А. С. Попов: биография, изобретение радио. Как попов изобрел радио

В России этим занимался А.С. Попов. Он сначала повторил все опыты Герца, а потом стал работать над усовершенствованием их. Он использовал в своих опытах более чувствительный способ регистрации электромагнитных волн.

Использование когерера

Для регистрации волн он использовал когерер. Когерер - стеклянная трубка с двумя электродами. Внутри трубки находятся железные опилки. В обычных условиях когерер обладает очень большим сопротивлением. Когда на него поступает волна, то в нем создается электрический ток высокой частоты.

Между опилками проскакивают искры, а его сопротивление резко падет. Сила тока в катушке реле возрастает, и реле включает звонок. Молоточек от звонка бьет по когереру, приводя его в исходное положение. На следующем рисунке представлена схема приемника Попова.

Изобретение радио

Для повышения чувствительности Попов один из выводов когерера заземлил, а второй присоедини к высоко поднятому куску проволоки. Это было первой в мире антенной для беспроводной связи.

Хотя приемники, которые мы видим сейчас совсем не похожи на этот, они устроены на основе тех же принципов, что и приемник Попова. Все приемники так же имеют антенну, в которой волна вызывает слабые электромагнитные колебания.

Энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Эти сигналы лишь управляют источниками энергии, которые питают другие цепи.

7 мая 1895 г . является днем рождения радио. На заседании Русского физико-химического общества Попов продемонстрировал действие своего прибора. Это был первый в мире радиоприемник. Но Александр Степанович на этом не остановился, и продолжал совершенствовать свой прибор, а так же передатчик.

Сначала дальность радиосвязи составляла всего лишь 250 м. Уже в 1899 году дальность составляла больше 20 км. А в 1901 году дальность радиосвязи составляла уже 150 км.

Основные принципы радиосвязи

В антенне передатчика создается переменный электрический ток высокой частоты. Этот ток вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле. Это поле распространяется в виде электромагнитной волны.

По достижению антенны приемника, эта электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток. Данный ток будет такой же частоты, на которой работает передатчик.

20. Искровой передатчик системы А.С. Попова

Демонстрационный макет СССР

Дерево, металл, пластмасса 500х503х185

21. Приемник когерерный системы А.С. Попова

Демонстрационный макет СССР

Дерево, металл, пластмасса 260х220х245

Демонстрационный макет приемо-передающей системы А.С.Попова представляет способ передачи сигналов с помощью искрового передатчика и когерерного приемника. Электрические схемы макетов передатчика и приемника аналогичны тем, которые А.С.Попов использовал в 1895 г. Однако в конструктивном исполнении имеются некоторые отличия. В качестве передающей и приемной антенн применяются вертикальные проводники длиной 30 см. В передатчике вместо вибратора Герца используется искровой разрядник. Для передачи сигналов установлен телеграфный ключ, а не коммутатор Румкорфа. В приемнике вместо поляризованного реле поставлено магнитное. Когерер собран в костяной, а не в стеклянной трубке. Питание макета обеспечивают от несколько гальванических батарей.

Макет работает следующим образом. Для передачи сигналов азбуки Морзе необходимо нажать телеграфный ключ «К» на короткое (точка) или длительное (тире) время. При этом автоматический электромеханический прерыватель тока «П» создает в цепи первичной обмотки спирали Румкорфа прерывистый ток. Во вторичной обмотке спирали образуется высокое импульсное напряжение, которое вызывает в разряднике «Р» искровой разряд, возбуждающий в антенне передатчика колебания высокой частоты. Электромагнитные сигналы, излучаемые антенной передатчика улавливаются антенной приемника и вызывают в ней высокочастотный ток. Этот ток приводит опилки когерера «Кг» в проводящее состояние и соединяет батарею приемника «Б» с реле «Р». Реле включает электрический звонок «З». Молоточек звонка при обратном ходе встряхивает когерер «Кг» и восстанавливает его изначально большое сопротивление, возвращая схему в исходное состояние. Время работы звонка соответствует длительности принимаемых сигналов.

Электрическая схема

приемо-передающей системы А.С.Попова

Передатчик. К – коммутатор Румкорфа (ключ); КР - катушка Румкорфа; П - автоматический электромеханический прерыватель тока; С – блокировочный конденсатор; В – излучатель электромагнитных колебаний (вибратор Герца с квадратными медными листами 400х400 мм); Б – батарея питания.

Приёмник. А - приемная антенна (вертикальный вибратор длиной 2,5м); Кг - когерер (детектор, имеющий релейную характеристику); р – телеграфное реле (усилитель); 3 - электрический звонок, молоточек которого осуществляет автоматическое встряхивание когерера. L – высокочастотный индуктивный дроссель, выполненный в виде спирали из тонкой проволоки, осуществляет развязку когерера Кг и цепей реле Р со звонком З.

Его не удовлетворял метод Герца, в котором индикатором колебаний была маленькая искра, рассматриваемая в лупу, он искал новый, практичный и чувствительный детектор колебаний. Так им был сконструирован специальный механический радиометр, воздушный термометр, но все эти индикаторы мало удовлетворяли Попова. Несомненно, что в это время он думал о практическом приложении воли Герца, Поэтому он с особой остротой воспринимал всё новое в области детектирования электрических колебаний.

В 1890 г. появилось сообщение французского физика Эдуарда Бранли о наблюдённом им воздействии электрического разряда на проводимость металлических порошков (железа, алюминия, сурьмы, кадмия, цинка, висмута и т. д.). Бранли писал: Если сделать контур, состоящий из элемента Даниэля, чувствительного гальванометра, металлического проводника и эбонитовой пластинки с нанесённой медью или трубочки с опилками, то большей частью проходит лишь ничтожный ток. Однако сопротивление резко уменьшается, что видно по сильному отклонению гальванометра, если вблизи контура произвести один или несколько разрядов. //М. А. Шателен, Русские электротехники, стр. 291.//

В 1894г. Бранли описал более подробно это явление в статье. Однако ни в первом, ни во втором сообщении не подчёркивается и даже не указывается роль электрических колебательных процессов в изменении проводимости, и вопрос о применении этого явления в качестве индикатора колебаний даже не ставится.

В качестве индикатора колебаний трубка с опилками была применена О. Лоджем в 1894 г. и названа им. , - писал Лодж. Сообщение Лоджа произвело на Попова огромное впечатление. Его сотрудник П. Н. Рыбкин писал по этому поводу: Я до сих пор помню, с каким волнением показывал А. С. мне номер журнала, в котором была помещена статья Лоджа, где он описывал свои знаменитые опыты по применению открытия Бранли к устройству когерера для обнаруживания при помощи его электрических колебаний .

Легко попять и волнение и дальнейшие творческие искания Попова: наметился путь решения большой задачи. К весне 1895 г. первый в мире приёмник электрических колебаний был создан. 25 апреля (7 мая) 1895 г. на 151-м (201-м) заседании Физического отделения Русского физико-химического общества А. С. Попов сделал доклад. Содержание доклада, дополненное протоколами испытаний по регистрации атмосферных разрядов, произведённых Г. А. Лобачевским с прибором Попова в Лесном институте летом 1895 г., составило предмет статьи Попова, представленный в декабре 1895 г. в журнале Русского физико-химического общества и появившийся в первом номере этого журнала за 1896 г. Приёмник Попова описан им в этой статье следующим образом:

Трубка с опилками подвешена горизонтально между зажимами М и N на лёгкой часовой пружине, которая для большей эластичности согнута со стороны одного зажима зигзагом. Над трубкой расположен звонок так, чтобы при своём действии он мог давать лёгкие удары молоточком посередине трубки, защищённой от разбивания резиновым кольцом. Удобнее всего трубку и звонок укрепить на общей вертикальной дощечке. Реле может быть помещено как угодно.

Действует прибор следующим образом. Ток батареи 4-5 в постоянно циркулирует от зажима Р к платиновой пластинке А, далее через порошок, содержащийся в трубке, к другой пластинке В и по обмотке электромагнита реле обратно к батарее. Сила этого тока недостаточна для притягивания якоря реле, но если трубка AВ подвергается действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшится и ток увеличится настолько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С, замкнётся и звонок начнёт действовать, но тотчас же сотрясённая трубка опять уменьшит её проводимость, и реле разомкнёт цепь звонка. \\ , АН СССР, 1945, стр. 60.\\

Из опытов, приведённых Поповым для испытания чувствительности приёмника, особенно важны два первых:
1) Прибор отвечает на разряды электрофора через большую аудиторию, если параллельно направлению разряда провести от точки А или В проволоку длиной около 1 метра, для увеличения энергии, достигающей опилок.
2) В соединении с вертикальной проволокой длиной в 2,5 метра прибор отвечал на открытом воздухе колебаниям, произведённым большим герцевым вибратором (квадратные листы 40 сантиметров в стороне) с искрой в масле, на расстоянии 30 сажен .

Из выделенных нами мест статьи Попова ясно видно, что в 1895 г. он принимал радиоволны на расстоянии 60 м на приёмную антенну своего приемника. В той же статье Попов так характеризует область применения его прибора: Прибор, обладающий такой чувствительностью, может служить для различных лекционных опытов с электрическими колебаниями и, будучи закрыт металлическим футляром, с удобством может быть приспособлен к опытам с электрическими лучами...
Другое применение прибора, которое может дать более интересные результаты, будет его способность отмечать электрические колебания, происходящие в проводнике, связанном с точкой А или В (на схеме), в том случае, когда этот проводник подвергается действию электромагнитных пертурбаций, происходящих в атмосфере. Для этого достаточно прибор, защищённый от всяких других действий, связать с воздушным проводом, проложенным вдали от телеграфов и телефонов, или же со стержнем громоотвода . Перед нами ясная картина экранированного приемника, регистрирующего электромагнитные сигналы, поступающие в приёмную антенну. И вполне закономерным является заключительный вывод автора: Б заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применён к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией .

Таким образом, А. С. Попов не только ясно представляет возможность радиотелеграфии, но и указывает путь, которым может быть решена эта задача: получение мощных передатчиков сигналов. 12 (24) марта 1896 г. А. С. Попов продемонстрировал первую в мире радиопередачу и приём осмысленного текста из одного здания в другое на расстояние около 250 м. Из химической аудитории Петербургского университета в физическую, где происходило заседание Физического отделения физико-химического общества, была передана радиограмма: . Акад. В. Ф. Миткевич так вспоминает об этом историческом дне: Памятное, заседание происходило днём в воскресенье в большой аудитории старой физической лаборатории во дворе Петербургского университета. В этой скромной рядовой аудитории была установлена радиоприёмная станция с аппаратом Морзе.

На расстоянии 250 м в новом здании химической лаборатории университета находилась отправительная станция, питавшаяся катушкой Румкорфа. Около нее дежурил ближайший помощник А. С. Попова - П. Н. Рыбкин.

Среди присутствующих на заседании были представители Морского ведомства и виднейшие русские физики-электрики того времени: О. Д. Хвольсон, И. И. Боргман, А. И. Садовский, В. К. Лебединский, М. А. Шателен, А. Л. Гершун, Г. А. Любославский, Ы. Н. Георгиевский, Н. А. Смирнов, В. В. Скобельцын, Н. А. Булгаков, Н. Г. Егоров и Ф. Ф. Петрушевский. Перед заседанием все собравшиеся ознакомились с устройством радиоприёмной станции, а затем, усевшись на студенческих скамьях, с волнением приготовились к опыту передачи телеграммы без проводов.

Заседание открыл старейший физик Ф. Ф. Петрушевский, предоставив слово А. С. Попову. После 30-40-минутного доклада изобретатель послал кого-то из присутствовавшей молодёжи на отправительную станцию к П. Н. Рыбкину с указанием начать радиопередачу.

Атмосфера в физической лаборатории стала напряжённой. Все собравшиеся сознавали, что присутствуют при демонстрации изобретения, будущее которого уже тогда представлялось величайшим. Волнение участников заседания увеличилось еще тем, что текст первой в мире телеграммы был известен только Попову и Рыбкину. Сохраняя внешнее спокойствие, изобретатель с улыбкой наблюдал за тем, с каким напряжённым вниманием все присутствующие следили за медленно появляющимися на ленте приёмника Морзе буквами, которые Петрушевский повторял мелом на большой аудиторной доске.

Процесс передачи более детально описывает О. Д. Хвольсон. Передача происходила таким образом, что буквы передавались по алфавиту Морзе и притом знаки были ясно слышны. У доски стоял председатель Физического общества проф. Ф. Ф. Петрушевский, имея в руках бумагу с ключом к алфавиту Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака он смотрел в бумагу и затем записывал на доске соответствующую букву. Постепенно на доске получились слова Heinrich Hertz и притом латинскими буквами. Трудно описать восторг многочисленных присутствующих и овации А. С. Попову, когда эти два слова были написаны .Так начало свою жизнь одно из величайших изобретений человеческого гения. Великий изобретатель увековечил в первой радиограмме того, кто первым в мире наблюдал электромагнитные волны. А. С. Попов был первым человеком, заставившим эти волны служить человеку.

Попов находился на службе Морского военного ведомства и имел инструкции не разглашать своего открытия. Поэтому запись об историческом дне согласно его указанию была сделана в протоколах общества в такой форме: (ЖРФХО, 1896, т. XXVIII, стр. 124).

Литературные источники:
А.И.Берг. М.И.Радовский, "Изобретатель радио А. С. Попов", Госэкергоиздат, 1950, стр. 70
История физики. Кудрявцев П.С. - М:. Учпедгиз. 1956. с.234-235.

Опыты Герца показали, что с помощью электромагнитных волн можно отправлять и принимать сигналы, но все это делалось на очень малом расстоянии, в пределах стола лаборатории. Проведя важный для науки эксперимент, Герц не увидел практической ценности использования электромагнитных волн и даже сам отрицал возможность их применения.

Однако эти опыты заинтересовали физиков всего мира. В России одним из первых занялся изучением электромагнитных волн преподаватель высшего учебного заведения в Кронштадте А.С. Попов, создавший в апреле 1895 г. первый в мире радиоприемник, в котором прием сигналов регистрировался с помощью электрического звонка.

Схема передатчика Попова изображена на рисунке 1. Колебательный контур состоит из индуктивности - вторичной обмотки индукционной катушки L , питаемой батареей Б, и емкости - искрового промежутка аЬ. Если нажать на ключ К, то в искровом промежутке катушки проскакивает искра, представляющая собой высокочастотный разряд и вызывающая электромагнитные колебания в антенне А.

Антенна является открытым вибратором и излучает электромагнитные волны, которые, достигнув антенны приемной станции, возбуждают в ней электрические колебания.

Для регистрации принятых волн А.С. Попов применил специальный прибор - когерер К, состоящий из стеклянной трубки, в которой находятся металлические опилки (рис. 2).

В левый конец трубки введена металлическая пластинка В, в правый - провод С, соприкасающийся с опилками. В обычных условиях сопротивление опилок велико, но под действием электрических колебании между ними проскакивают маленькие искорки, опилки слипаются, и сопротивление когерера резко уменьшается. Если встряхнуть трубочку или слегка ударить по ней, то опилки распадаются, и их сопротивление снова возрастет. А.С. Попов включил когерер в цепь, содержащую источник ЭДС Б и звонок, молоточек которого при действии звонка мог ударять по резиновой трубке Т. Когда сопротивление когерера велико, сила тока, постоянно идущего в цепи БBCNБ, недостаточна для притяжения якоря в реле. С появлением электромагнитной волны сопротивление когерера падает, сила тока в цепи БBCNБ увеличивается, якорь S реле замыкает в точке Q цепь электромагнита М 1 , включенного параллельно цепи когерера, и молоточек звонка сигнализирует о приходе волны. При этом цепь электромагнита Μ размыкается, и молоточек ударяет по когереру. Сопротивление когерера увеличивается, и реле размыкает цепь звонка. На одиночную волну прибор отвечает коротким звонком, а на непрерывно принимаемые волны - частыми звонками через равные промежутки времени.

Реле позволило А.С. Попову не регистрировать непосредственно принимаемые антенной волны, а использовать их малую энергию для управления источником энергии, который питает аппарат, регистрирующий появление этих волн.

В июне 1895 г. А.С. Попов усовершенствовал свой приемник, добавив к нему для повышения чувствительности вертикальный провод - приемную антенну, а в марте - телеграфный аппарат для приема словесного текста, и получил возможность записывать принимаемые сигналы на телеграфную ленту. 24 марта 1896 г. были переданы первые слова "Генрих Герц" с помощью азбуки Морзе.

Добившись успеха, А.С. Попов продолжал опыты по увеличению дальности радиосвязи. Он использовал явление резонанса, для чего применил в своих приборах элементы настройки на определенную длину волны, и уже в 1898 г. А.С. Попов осуществил радиосвязь между двумя кораблями на расстояние 5 км.

В 1899 г. его ученик П.Н. Рыбкин обнаружил возможность приема радиотелеграфных сигналов "на слух". Вскоре после этого А.С. Попов сконструировал первый специальный радиоприемник и тем самым положил начало развитию радиотелефонной связи.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же. В любом приемнике имеется антенна, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электрические колебания. Эти слабые сигналы управляют источниками энергии, питающими последующие цепи.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. - Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. - C. 440-442.