ИСТОРИЧЕСКИЕ ВЕХИ ИЗОБРЕТЕНИЯ РАДИО

Радио, а точнее Радиосвязь – процесс передачи информации на расстояние с помощью радиоволн. В современных условиях расстояние связи может составлять от единиц см до нескольких тысяч км. Использование радиоволн приводит к обязательному применению при радиосвязи специфических устройств — радиоантенн, которые чаще в жизни называют просто антеннами.

Предтечей и неосознанным родоначальником исследования радиоволн можно считать английского физика М. Фарадея, который заинтересовался рядом явлений при прохождении электрического тока по проводам. Хотя следует сказать, что и до него несколько ранее француз А. Ампер и датчанин Х. Эрстед проводили опыты по отклонению магнитной стрелки вблизи провода с постоянным током. М. Фарадей, узнав в 1821 г. об этих опытах, активно принялся за изучение этого явления и вскоре доказал существование вокруг проводника с током магнитного поля. В начале 30-х годов XIX века Фарадей формулирует закон электромагнитной индукции: “Всякий раз как проводник пересекается магнитными силовыми линиями, в нем возбуждается электродвижущая сила и, если проводник замкнут, в нем возникает электрический ток”.

Результаты опытов убедили Фарадея в существовании электромагнитного поля (ЭМП), распространяющегося в пространстве в виде волн. Однако доказать и убедить научную общественность об этой догадке при своей жизни он не смог. В своем научном послании к потомкам, написанном в 1832 г., он пророчески описал основные свойства электромагнитных волн: “… электрическая индукция распространяется подобно волнам с конечной скоростью, световые явления не отличаются от электрической индукции, для анализа указанных явлений следует использовать теорию колебаний…“. Эти предсказания позднее были подтверждены теоретически (Д. Максвеллом) и экспериментально (Г. Герцем).

1855 г. английский физик Д. Максвелл опубликовал работу “О силовых линиях Фарадея”, в которой в математическом виде обосновал явление, обнаруженное Фарадеем – ЭМП, имеющего волновой характер распространения. Он это выразил так: “… в каждой точке пространства существуют две силы: электрическая и магнитная, величина, величина каждой из них зависит от положения точки в пространстве и от времени…”. В 1864 г. появилась работа Максвелла “Динамическая теория электромагнитного поля”, в которой была дана строгая математическая формулировка теории ЭМП. Максвелл математически доказал, что изменение во времени электрического  поля неизбежно вызывает изменение магнитного поля, которое, в свою очередь, вызывает изменение электрического поля и так далее, то есть в окружающей среде возникает волновой процесс, названный Максвеллом электромагнитными волнами (ЭМВ). Математически это выражалось в виде “Уравнений Максвелла”. Он же вычислил скорость ЭМВ в вакууме. Явление возбуждения переменным током ЭМП стали называть излучением электромагнитных колебаний или излучением ЭМВ.

Теория Максвелла об ЭМВ получила подтверждение в опытах, проведенных Г. Герцем в 1886-1888 гг. В наиболее удачном опыте Герц фактически построил прообраз системы радиосвязи – в ней был аналог радиопередатчика и радиоприемника, а также открытый тракт распространения радиоволн, правда протяженность которого составляла несколько см. Но главное – принцип! Герцу удалось измерить длины ЭМВ, доказать наличие их отражения, преломления, огибания препятствий (дифракции), интерференции и поляризации. Эти результаты были признаны обществом и после этого Герц стал одним из самых популярных ученых, а ЭМВ стали называть “лучами Герца”.

В начале 90-х годов XIX века французский физик Э. Бранли и английский физик О. Лодж независимо друг от друга обнаружили, что индикатором ЭМВ может быть металлический порошок. Порошок помещался в стеклянную трубку с двумя электродами по концам, по которой пропускался ток. Под воздействием ЭМВ ток значительно увеличивался из-за уменьшения сопротивления порошка, вызываемого склеиванием частиц порошка. Для восстановления первоначального сопротивления требовалось встряхнуть трубку. Бранли занимался изучением свойств различных порошков и эффект склеивания считал мешающим. А вот у Лоджа возникла мысль использовать трубку Бранли для регистрации ЭМВ, но назвал он ее “когерером” – “сцеплятелем”. Однако, Лодж исследовал физические процессы, связь на расстоянии его не интересовала и, поэтому он не смог оценить важности результатов проделанных опытов с когерером, которые им были опубликованы в английском научном журнале “Электрик” в 1894 г.

Эта статья была получена русским физиком А.С. Поповым осенью того же года и он сразу же начал работы по усовершенствованию когерера с целью увеличения его чувствительности и использованию в устройстве, которое бы могло применяться для сигнализации об ЭМВ на расстоянии. Попов исследует многие конструкции когерера и порошков, выбирает наилучшую – стеклянную трубку диаметром примерно 15 мм, внутри которой на стенках две  платиновые палочки, концы которых выведены наружу. В качестве порошка использовал “феррум пульвератум” (порошкообразное железо). Для встряхивания когерера Попов включает в цепь когерера старый стрелочный гальванометр, в качестве передающего устройства использует вибратор-разрядник Герца (искровой передатчик). Несколько позже гальванометр был заменен электромагнитным реле со звонком и молоточком, подсоединенным к якорю этого реле. Когда в передатчике производился разряд, ток через когерер увеличивался, срабатывал звонок, а молоточек ударял по когереру, встряхивая его и приводя в первоначальное состояние. Далее можно было повторять передачу. Применив антенну в виде вертикального медного стержня, подключенного к когереру, Попову удалось добиться дальности связи до 80 м.

Этот опыт был продемонстрирован на заседании Русского физико-химического общества (РФХО) 7 мая 1895 г. и в нашей стране эта дата отмечается как День радио. В марте 1896 г. А.С. Попов делает второй доклад на заседании РФХО и демонстрирует передачу на расстояние 250 м с приемом на усовершенствованный приемник, в котором звонок был заменен телеграфным аппаратом Морзе — была передана (азбукой Морзе) радиограмма, содержащая 2 слова: “Генрих Герц”. С этого момента фактически начался этап практического применения радиосвязи. Все дальнейшие изобретения различных ученых и энтузиастов можно рассматривать как усовершенствование системы радиосвязи, созданной А.С. Поповым.