Сила Лоренца – определение, формула и применение

Сила Лоренца и все про нее

Нигде еще школьный курс физики так сильно не перекликается с большой наукой, как в электродинамике. В частности, ее краеугольный камень – воздействие на заряженные частицы со стороны электромагнитного поля, нашло широкое применение в электротехнике.

  1. Формула силы Лоренца
  2. Определение и формула силы Лоренца
  3. Направление силы Лоренца
  4. Следствия свойств силы Лоренца
  5. Формула силы Лоренца при наличии магнитного и электрического полей
  6. Единицы измерения силы Лоренца
  7. Понятие напряженности электрического поля
  8. Напряженность электрического поля
  9. Примеры задачи
  10. Задача 1
  11. Задача 2
  12. Задача 3

Формула силы Лоренца

Формула описывает взаимосвязь магнитного поля и основных характеристик движущегося заряда. Но сперва нужно разобраться, что же оно собой представляет.

Определение и формула силы Лоренца

В школе очень часто показывают опыт с магнитом и железными опилками на бумажном листе. Если расположить его под бумагой и слегка потрясти, то опилки выстроятся по линиям, которые принято называть линиями магнитной напряженности. Говоря простыми словами, это силовое поле магнита, которое окружает его подобно кокону. Оно замкнуто само на себя, то есть не имеет ни начала, ни конца. Это векторная величина, которая направлена от южного полюса магнита к северному.

Если бы в него влетела заряженная частица, то поле воздействовало бы на него очень любопытным образом. Она бы не затормозилась и не ускорилась, а всего лишь отклонилась в сторону. Чем она быстрее и чем сильнее поле, тем больше на нее действует эта сила. Ее назвали силой Лоренца в честь ученого-физика, впервые открывшего это свойство магнитного поля.

Вычисляют ее по специальной формуле:

здесь q – величина заряда в Кулонах, v – скорость, с которой движется заряд, в м/с, а B – индукция магнитного поля в единице измерения Тл (Тесла).

Направление силы Лоренца

Ученые заметили, что есть определенная закономерность между тем, как частица влетает в магнитное поле и тем, куда оно ее отклоняет. Чтобы ее было легче запомнить, они разработали специальное мнемоническое правило. Для его запоминания нужно совсем немного усилий, ведь в нем используется то, что всегда под рукой – рука. Точнее, левая ладонь, в честь чего оно носит название правила левой руки.

Итак, ладонь должна быть раскрыта, четыре пальца смотрят вперед, большой палец оттопырен в сторону. Угол между ними составляет 900. Теперь необходимо представить, что магнитный поток представляет собой стрелу, которая впивается в ладонь с внутренней стороны и выходит с тыльной. Пальцы при этом смотрят туда же, куда летит воображаемая частица. В таком случае большой палец покажет, куда она отклонится.

Важно отметить, что правило левой руки действует только для частиц со знаком «плюс». Чтобы узнать, куда отклонится отрицательный заряд, нужно четыре пальца направить в сторону, откуда летит частица. Все остальные манипуляции остаются прежними.

Следствия свойств силы Лоренца

Тело влетает в магнитном поле под каким-то определённым углом. Интуитивно понятно, что его величина имеет какое-то значение на характер воздействия на него поля, здесь нужно математическое выражение, чтобы стало понятнее. Следует знать, что как сила, так и скорость являются векторными величинами, то есть имеют направление. То же самое относится и к линиям магнитной напряженности. Тогда формулу можно записать следующим образом:

sin α здесь – это угол между двумя векторными величинами: скоростью и потоком магнитного поля.

Как известно, синус нулевого угла также равен нулю. Получается, что если траектория движения частицы проходит вдоль силовых линий магнитного поля, то она никуда не отклоняется.

В однородном магнитном поле силовые линии имеют одинаковое и постоянное расстояние друг от друга. Теперь представим, что в таком поле перпендикулярно этим линиям движется частица. В этом случае сила Лоуренса заставит двигаться ее по окружности в плоскости, перпендикулярной силовым линиям. Чтобы найти радиус этой окружности, нужно знать массу частицы:

Значение заряда не случайно взято как модуль. Это означает, что неважно, отрицательная или положительная частица входит в магнитное поле: радиус кривизны будет одинаков. Изменится только направление, в котором она полетит.

Во всех остальных случаях, когда заряд имеет определенный угол α с магнитным полем, он будет двигаться по траектории, напоминающей спираль с постоянным радиусом R и шагом h. Его можно найти по формуле:

Еще одним следствием свойств этого явления является тот факт, что она не совершает никакой работы. То есть она не отдает и не забирает энергию у частицы, а лишь меняет направление ее движения.

Самая яркая иллюстрация этого эффекта взаимодействия магнитного поля и заряженных частиц – это северное сияние. Магнитное поле, окружающее нашу планету, отклоняет заряженные частицы, прилетающие от Солнца. Но так как оно слабее всего на магнитных полюсах Земли, то туда проникают электрически заряженные частицы, вызывая свечение атмосферы.

Центростремительное ускорение, которое придается частицам, используется в электрических машинах – электродвигателях. Хотя уместнее здесь говорить о силе Ампера – частном проявлении силы Лоуренса, которая воздействует на проводник.

Принцип действия ускорителей элементарных частиц также основан на этом свойстве электромагнитного поля. Сверхпроводящие электромагниты отклоняют частицы от прямолинейного движения, заставляя их двигаться по кругу.

Самое любопытное заключается в том, что сила Лоренца не подчиняется третьему закону Ньютона, который гласит, что всякому действию есть свое противодействие. Связано это с тем, что Исаак Ньютон верил, что всякое взаимодействие на любом расстоянии происходит мгновенно, однако это не так. На самом деле оно происходит с помощью полей. К счастью, конфуза удалось избежать, так как физикам удалось переработать третий закон в закон сохранения импульса, который выполняется в том числе и для эффекта Лоуренса.

Формула силы Лоренца при наличии магнитного и электрического полей

Магнитное поле имеется не только у постоянных магнитов, но и у любого проводника электричества. Только в данном случае помимо магнитной составляющей, в ней присутствует еще и электрическая. Однако даже в этом электромагнитном поле эффект Лоуренса продолжает свое воздействие и определяется по формуле:

где v – скорость электрически заряженной частицы, q – ее заряд, B и E – напряженности магнитного и электрических полей поля.

Единицы измерения силы Лоренца

Как и большинство других физических величин, которые действуют на тело и изменяют его состояние, она измеряется в ньютонах и обозначается буквой Н.

Понятие напряженности электрического поля

Электромагнитное поле на самом деле состоит из двух половин – электрической и магнитной. Они точно близнецы, у которых все одинаково, но вот характер разный. А если приглядеться, то во внешности можно заметить небольшие различия.

То же самое касается и силовых полей. Электрическое поле тоже обладает напряженностью – векторной величиной, которая является силовой характеристикой. Она воздействует на частицы, которые в неподвижности находятся в нем. Само по себе оно не является силой Лоренца, ее просто нужно принимать во внимание, когда вычисляется воздействие на частицу в условиях наличия электрического и магнитного полей.

Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля воздействует только на неподвижный заряд и определяется по формуле:

Единицей измерения является Н/Кл или В/м.

Примеры задачи

Задача 1

На заряд в 0,005 Кл, который движется в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл, действует сила Лоренца. Вычислить ее, если скорость заряда 200 м/с, а движется он под углом 450 к линиям магнитной индукции.

В условиях задачи нет упоминания электрического поля, поэтому силу Лоренца можно найти по следующей формуле:

Задача 2

Определить скорость тела, имеющего заряд и которое движется в магнитном поле с индукцией 2 Тл под углом 900. Величина, с которой поле воздействует на тело, равна 32 Н, заряд тела – 5 × 10-3 Кл.

Чтобы найти скорость заряда, необходимо несколько видоизменить формулу для нахождения силы Лоренца:

Задача 3

Электрон движется в однородном магнитном поле под углом 900 ее силовым линиям. Величина, с которой поле воздействует на электрон, равна 5 × 10-13 Н. Величина магнитной индукции равна 0,05 Тл. Определить ускорение электрона.

В этой задаче сила Лоренца ко всему прочему еще и заставляет двигаться электрон по окружности. Поэтому здесь под ускорением следует понимать центростремительное ускорение:

На данный момент неизвестны ни скорость электрона, ни радиус окружности, по которой он движется.

Электродинамика оперирует такими понятиями, которым трудно подобрать аналогию в обычном мире. Но это совсем не значит, что их невозможно постичь. С помощью различных наглядных экспериментов и природных явлений процесс познания мира электричества может стать по настоящему захватывающим.

Профильное образование: Троицкий аграрный техникум, специальность – электрик 3 разряда (1996 г.).
IV группа допуска по электробезопасности.
Электрик 4 разряда.
Опыт работы – с 1996 года.
Объекты работ: квартиры, дачи, бани, офисы и другие.
Дополнительная информация: Ленинградская область (до 100 км от г. Санкт-Петербурга)

Сила Лоренца и правило левой руки. Движение заряженных частиц в магнитном поле

Помещенный в магнитное поле проводник, через который пропущен электрический ток, испытывает воздействие силы Ампера , а её величина может быть подсчитана по следующей формуле:

(1)

где и – сила тока и длина проводника, – индукция магнитного поля, – угол между направлениями силы тока и магнитной индукции. Почему же это происходит?

Что такое сила Лоренца — определение, когда возникает, получение формулы

Известно, что электрический ток – это упорядоченное перемещение заряженных частиц. Установлено также, что во время движения в магнитном поле каждая из этих частиц подвергается действию силы. Для возникновении силы требуется, чтобы частица находилась в движении.

Сила Лоренца – это сила, которая действует на электрически заряженную частицу при её движении в магнитном поле. Её направление ортогонально плоскости, в которой лежат векторы скорости частицы и напряженности магнитного поля. Равнодействующая сил Лоренца и есть сила Ампера. Зная ее, можно вывести формулу для силы Лоренца.

Время, требуемое для прохождения частицей отрезка проводника, , где – длина отрезка, – скорость частицы. Суммарный заряд, перенесенный за это время через поперечное сечение проводника, . Подставив сюда значение времени из предыдущего равенства, имеем

(2)

В то же время , где – количество частиц, находящееся в рассматриваемом проводнике. При этом , где – заряд одной частицы. Подставив в формулу значение из (2), можно получить:

Используя (1), предыдущее выражение можно записать как

После сокращений и переносов появляется формула для вычисления силы Лоренца

С учетом того, что формула записана для модуля силы, ее необходимо записать так:

(3)

Поскольку , то для вычисления модуля силы Лоренца неважно, куда направлена скорость, – по направлению силы тока или против, – и можно сказать, что – это угол, образуемый векторами скорости частицы и магнитной индукции.

Запись формулы в векторном виде будет выглядеть следующим образом:


– это векторное произведение, результатом которого является вектор с модулем, равным .

Исходя из формулы (3), можно сделать вывод о том, что сила Лоренца является максимальной в случае перпендикулярности направлений электрического тока и магнитного поля, то есть при , и исчезать при их параллельности ().

Необходимо помнить, что для получения правильного количественного ответа – например, при решении задач, – следует пользоваться единицами системы СИ, в которой магнитная индукция измеряется в теслах (1 Тл = 1 кг·с −2 ·А −1 ), сила – в ньютонах (1 Н = 1 кг·м/с 2 ), сила тока – в амперах, заряд в кулонах (1 Кл = 1 А·с), длина – в метрах, скорость – в м/с.

Определение направления силы Лоренца с помощью правила левой руки

Поскольку в мире макрообъектов сила Лоренца проявляется как сила Ампера, для определения ее направления можно пользоваться правилом левой руки.

Нужно поставить левую руку так, чтобы раскрытая ладонь находилась перпендикулярно и навстречу линиям магнитного поля, четыре пальца следует вытянуть в направлении силы тока, тогда сила Лоренца будет направлена туда, куда указывает большой палец, который должен быть отогнут.

Движение заряженной частицы в магнитном поле

В простейшем случае, то есть при ортогональности векторов магнитной индукции и скорости частицы сила Лоренца, будучи перпендикулярной к вектору скорости, может менять только её направление. Величина скорости, следовательно, и энергия будут оставаться неизменными. Значит, сила Лоренца действует по аналогии с центростремительной силой в механике, и частица перемещается по окружности.

В соответствии со II законом Ньютона () можно определить радиус вращения частицы:

.

Необходимо обратить внимание, что с изменением удельного заряда частицы () меняется и радиус.

При этом период вращения T = = . Он не зависит от скорости, значит, взаимное положение частиц с различными скоростями будет неизменным.

В более сложном случае, когда угол между скоростью частицы и напряженностью магнитного поля является произвольным, она будет перемещаться по винтовой траектории – поступательно за счет составляющей скорости, направленной параллельно полю, и по окружности под влиянием ее перпендикулярной составляющей.

Применение силы Лоренца в технике

Кинескоп

Кинескоп, стоявший до недавнего времени, когда на смену ему пришел LCD-экран (плоский), в каждом телевизоре, не смог бы работать, не будь силы Лоренца. Для формирования на экране телевизионного растра из узкого потока электронов служат отклоняющие катушки, в которых создается линейно изменяющееся магнитное поле. Строчные катушки перемещают электронный луч слева направо и возвращают обратно, кадровые отвечают за вертикальное перемещение, двигая бегающий по горизонтали луч сверху вниз. Такой же принцип используется в осциллографах – приборах, служащих для изучения переменного электрического напряжения.

Масс-спектрограф

Масс-спектрограф – прибор, использующий зависимость радиуса вращения заряженной частицы от ее удельного заряда. Принцип его работы следующий:

Источник заряженных частиц, которые набирают скорость с помощью созданного искусственно электрического поля, с целью исключения влияния молекул воздуха помещается в вакуумную камеру. Частицы вылетают из источника и, пройдя по дуге окружности, ударяются в фотопластинку, оставляя на ней следы. В зависимости от удельного заряда меняется радиус траектории и, значит, точка удара. Этот радиус легко измерить, а зная его, можно вычислить массу частицы. С помощью масс-спектрографа, например, изучался состав лунного грунта.

Циклотрон

Независимость периода, а значит, и частоты вращения заряженной частицы от её скорости в присутствии магнитного поля используется в приборе, называемом циклотроном и предназначенном для разгона частиц до высоких скоростей. Циклотрон – это два полых металлических полуцилиндров – дуанта (по форме каждый из них напоминает латинскую букву D), помещенных прямыми сторонами навстречу друг другу на небольшом расстоянии.

Дуанты помещаются в постоянное однородное магнитное поле, а между ними создается переменное электрическое поле, частота которого равна частоте вращения частицы, определяемой напряженностью магнитного поля и удельным зарядом. Попадая дважды за период вращения (при переходе из одного дуанта в другой) под воздействие электрического поля, частица каждый раз ускоряется, увеличивая при этом радиус траектории, и в определенный момент, набрав нужную скорость, вылетает из прибора через отверстие. Таким способом можно разогнать протон до энергии в 20 МэВ (мегаэлектронвольт).

Магнетрон

Устройство, называемое магнетроном, который установлен в каждой микроволновой печи, – еще один представитель приборов, использующих силу Лоренца. Магнетрон служит для создания мощного СВЧ-поля, которое разогревает внутренний объем печи, куда помещается пища. Магниты, входящие в его состав, корректируют траекторию движения электронов внутри прибора.

Магнитное поле Земли

А в природе сила Лоренца играет крайне важную для человечества роль. Её наличие позволяет магнитному полю Земли защитить людей от смертоносного ионизирующего излучения космоса. Поле не дает возможности заряженным частицам бомбардировать поверхность планеты, заставляя их менять направление движения.

Закон Кулона, определение и формула — электрические точечные заряды и их взаимодействие

Определение направления вектора магнитной индукции с помощью правила буравчика и правила правой руки

Что такое ЭДС индукции и когда возникает?

История открытия электричества

Как перевести амперы в ватты и обратно?

Как подключить однофазный электродвигатель — схема с конденсатором

История радио

День рождения радио отмечается в нашей стране 7 мая. В этот день в 1895 году российский физик Александр Попов осуществил первый в мире сеанс радиосвязи с помощью созданного им радиоприемника. Прошло всего 120 лет – и мы уже не представляем свою жизнь без радио и его продолжений: телевидения, мобильной связи, Интернета, то есть видов связи, основанных на передаче физического (электрического или электромагнитного) сигнала. Попробуем кратко проследить эволюцию технической мысли: от мечты человечества до ее современной реализации.

Сигнальные огни и воздушные змеи

Необходимость передавать информацию на большие расстояния возникла у человечества еще на заре первобытной цивилизации. Поначалу для этого использовали дым костра или отраженный солнечный свет, сигнальные огни или голубиную почту. Этими способами люди обходились на протяжении тысячелетий, вплоть до изобретения флажковой сигнализации (в конце XVIII века) и телеграфа (в 1832 году). Однако со временем передаваемая информация становилась все более сложной, что привело к созданию новых систем.

Британская голубиная почта

Слово «радио» в переводе с латинского radiare означает «излучать, испускать лучи». Основой радио являются электромагнитные волны. Сегодня это известно каждому школьнику, но человечество догадалось об их существовании лишь в конце XVII века – и то смутно. Потребовалось еще два столетия, чтобы английский ученый Майкл Фарадей в конце 1830-х годов, наконец, уверенно заявил об обнаружении электромагнитных волн. Еще через 30 лет другой ученый из Великобритании Джеймс Максвелл закончил построение теории электромагнитного поля, которая и нашла свое применение в физике.

Примерно в это же время американский дантист Малон Лумис (Mahlon Loomis) заявил о том, что открыл способ беспроволочной связи. Сигнал передавался при помощи двух воздушных змеев, к которым были прикреплены электрические провода. Один из них был антенной радиопередатчика, второй – антенной радиоприемника. При размыкании от земли цепи одного провода отклонялась стрелка гальванометра и в цепи другого провода. По утверждениям изобретателя, сигнал передавался на расстояние более 22 км. В 1872 году Лумис получил первый в мире патент на беспроводную связь. Но, к сожалению, документ не содержит детального описания устройств, использованных изобретателем. Чертежи его аппаратов также не сохранились.

В 1880–1890 годы практически одновременно ряд ученых провели успешные эксперименты по использованию электромагнитных волн, применив при этом усовершенствованные элементы. Вот почему сегодня сразу несколько стран претендуют на звание изобретателя радио.

В Германии первооткрывателем способов передачи и приема электромагнитных волн считают Генриха Герца. Он сделал это в 1888 году. Кстати, сами волны длительное время назывались «волнами Герца» (Hertzian Waves).

Усиливающий передатчик Тесла

В США уверены, что заслуга изобретения радио принадлежит Николе Тесле, запатентовавшему в 1893 году передатчик, а в 1895-м – приемник. Кстати, в 1943 году его приоритет перед Маркони был признан в судебном порядке. Это связано с тем, что аппарат Маркони и Попова позволял осуществлять только сигнальную функцию, используя в том числе азбуку Морзе. А устройство Теслы могло преобразовывать радиосигнал в акустический звук. Такую конструкцию имеют и все современные радиоустройства, в основе которых лежит колебательный контур.

Гульельмо Маркони

И все же большинство стран считает создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн (радиотелеграфии) итальянского инженера Гульельмо Маркони. Он добился этого в 1895 году. Российский физик Александр Попов отстал от него всего на один месяц.

Радио в России

7 мая 1895 года Александр Степанович выступил на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге с лекцией «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям», на которой, воспроизводя опыты Лоджа c электромагнитными сигналами, продемонстрировал прибор, схожий в общих чертах с тем, который ранее использовался Лоджем. Попов внес в конструкцию усовершенствования: в его радиоприемнике молоточек, встряхивавший когерер (трубку Бранли), работал не от часового механизма, а от радиоимпульса.

Первое радио Попова

Современники Попова признавали, что его конструкция представляла собой прибор, который впоследствии был использован для беспроводной телеграфии. Сам Попов приспособил прибор для улавливания атмосферных электромагнитных волн и назвал его «грозоотметчик».

Устройство Попова отличалось чувствительностью и надежностью. В первых опытах по радиосвязи, проведенных в физическом кабинете, а затем в саду Минного офицерского класса, приемник обнаруживал излучение радиосигналов, посылаемых передатчиком, на расстоянии до 60 м.

В апреле 1896 года опять же на заседании Русского физико-химического общества Попов, используя вибратор Герца и приемник собственной конструкции, передал на расстояние 250 м радиограмму: «Генрих Герц». Таким образом, можно считать, что именно Попов первым сумел продемонстрировать возможность передавать радиосигнал, который нес в себе определенную информацию.

Первые радиостанции в России были заказаны царем у французской компании «Дюкрет». Консультантом при выполнении этих работ был Попов.

К 1917 году радио уже стало средством массовой информации. А вскоре Российское телеграфное агентство стало рассылать информацию подписчикам за установленную плату.

В 1918 году появилась радиостанция «Вестник РОСТА», а с 1921 года стала возможна передача музыки и голосового вещания. В эфире Советского Союза зазвучали стихи призывного характера, сатирические рассказы, а в 1923-м был дан первый радиоконцерт.

Во время Великой Отечественной войны в эфир выходили передачи «Письма с фронта», «На фронт» и сводки от Советского информационного бюро, а 24 июня 1945 года была проведена трансляция Парада Победы на Красной площади.

В 1945 году 7 мая в СССР широко праздновалось 50-летие со дня изобретения радио. В связи с этим правительство страны приняло решение считать эту дату ежегодным Днем радио.

Уже не просто радио

Сегодня День радио – это профессиональный праздник не только тех, кто занимается передачей информации. Непосредственное отношение к нему имеют и те, кто занимается защитой информации, создает устройства радиоэлектронной борьбы (РЭБ), системы навигации и прочее сложнейшее радиоэлектронное оборудование. Перечислить все невозможно, расскажем лишь о трех, самых новых разработках.

В 2014 году для российского YotaPhone была создана система защиты информации при помощи технологии ViPNet. Благодаря этому устройству, смартфон становится недоступен для взлома не только обычным злоумышленникам, но и профессиональным организациям и даже, возможно, спецслужбам других стран.

Из-за массовой компьютеризации и повсеместного внедрения сетевых технологий огромную актуальность приобретают разработки в области кибербезопасности. Под угрозой кибертерроризма находятся сегодня сведения, составляющие государственную тайну, и высокотехнологичные промышленные объекты, глобальные транспортные узлы и пропускные терминалы, системы электронных платежей и интеллектуальные устройства автоматизации. Разработками в сфере кибербезопасности активно занимаются специалисты КРЭТ. Недавно они отправили на экспертизу в Минкомсвязи России новейшие образцы отечественных средств защиты информации (СЗИ). А в 2015 году намерены приступить к организации технологической линейки по их созданию.

И наконец, новый комплекс средств коротковолновой связи для высших звеньев управления Сухопутных войск «Антей», серийное производство которого началось в феврале 2015 года. Он обеспечивает передачу данных на расстояние до 4 тыс. км (полевой радиоцентр) и до 8 тыс. км (стационарные радиоцентры) даже в сложной помеховой обстановке. «Антей» создан специалистами Объединенной приборостроительной корпорации. Подобных разработок в отечественной радиопромышленности не было около 30 лет.

События, связанные с этим

Как российскому стартапу построить глобальный бизнес по всему миру

Радиоэлектронная борьба в годы Великой Отечественной войны

Попов, Маркони, Тесла: кто на самом деле изобрёл радио?

Есть такое выражение: «у успеха много отцов, а неудача всегда сирота». Неудивительно, что изобретение радио приписывают аж трём разным учёным. В России считается, что это сделал Александр Попов, в Европе авторство отдают Гульермо Маркони, а в США уверены — постарался Никола Тесла. В честь недавнего 160-летия российского физика выясняем, кто прав.

День радио

На первый взгляд, ситуация безумная: три стороны отстаивают взаимоисключающие теории первенства. Американцы продвигают Теслу как изобретателя радио примерно с середины прошлого столетия, хотя в череде других его феерических открытий этот факт немного растворяется.

В Европе по-прежнему популярна идея открытия Маркони, что лучше всего иллюстрирует огромный блок с перечислением его достижений на английской Википедии. Хотя в общем западном дискурсе, первенство Маркони всё-таки поставлено под сомнение Теслой.

А вот Попов широко известен у нас, зато почти незаметен за рубежом. Об этом говорит и крохотный абзац во всё в той же английской статье на Википедии, и первые девять ссылок на вопрос «who invented the radio» — западный Google о Попове не знает.

Кто прав — Европа, США или Россия? Разбираемся.

Попов

7 мая 1895 года в Петербургском университете Попов показал коллегам своё изобретение — прибор, способный передавать сигналы. Это событие было зафиксировано в протоколе Русского физико-химического общества как сообщение «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям». Стоп. Какие порошки? А те самые, которые открыли путь к практическому применению электромагнитных волн.

Задолго до перфоманса Попова физики заметили, что металлические опилки — отличные приёмники радиосигнала. Проходящая через них электромагнитная волна искрит и окисляет насыпанную в колбу стружку. Та меняет электропроводность и немного «слипается». Чтобы вернуть «металлическим порошкам» прежние свойства, их нужно немного встряхнуть. Для этого в 1890 году изобретатель Эдуард Бранли придумал специальный прибор — когерер.

Именно от опытов французского коллеги и отталкивался Попов.

Учёный улучшил прибор, прикрепив к нему обыкновенный звонок. При наличии сигнала молоточек одновременно извлекал звук и ударял и по стеклянной колбе. Опилки встряхивались, а пользователь понимал длительность сигнала. Получалось как в азбуке Морзе: на короткий сигнал прибор отвечал коротким звонком, на длинный — продолжительной трелью.

Один из приёмников Попова

А ещё Попов использовал в своём устройстве антенну. Этот элемент позволил учёному претендовать на лавры «отца радио». В журнале «Электричество» 1925 года российский учёный и основатель радиотехники Имант Фрейман так объяснял вклад коллеги:

Был известен индуктор, могущий дать при искровом разряде ток высокой частоты в колебательной электрической цепи, был известен когерер, могущий выявить наличие тока высокой частоты; орган же, связывающий внешнее электромагнитное поле с теми цепями, в которых можно было возбудить или выявить ток высокой частоты, однако, известен не был; вибратор Герца ни в коем случае не может почитаться за технический прообраз радиосети,— его нужно было искать в другом месте,— и немалая заслуга Попова заключается в том, что он этот прообраз искал и нашёл.

Имант Фрейман один из основателей отечественной радиотехники

В итоге изобретение попало на страницы «Русского физико-химического общества» — описание прибора перевели на все основные европейские языки. Уже в марте 1896 года удалось передать осмысленный радиосигнал на расстояние 250 метров. А серьёзное испытание техника Попова прошла в 1899-м, когда броненосец «Генерал-адмирал Апраксин» пробил бок в Финском заливе.

Ледокол «Ермак» спасает броненосец «Генерал-адмирал Апраксин».

Благодаря радиотелеграфным станциям, построенным на месте аварии и берегу, экипаж отправил «на землю» данные, которые помогли вытащить корабль из ледяного плена. Когда спасательная операция завершилась, Попова заслуженно наградили на родине. А броненосец прожил ещё до 30-х годов, пока не был списан в утиль.

Как писал журнал «Радио», отдельная заслуга учёного в том, что его «аппаратура имела ещё одно исключительно важное достоинство для того времени — она предстала в виде законченной разработки, пригодной для быстрого внедрения». Помимо России, радиоприбор производили в Германии, США, Франции. И везде его называли «схемой Попова» — вплоть до самой смерти изобретателя.

Особенно продуктивное сотрудничество сложилось у Попова с французским предпринимателем Э. Дюкрете — их переписка легла в основу отдельной книги. В ней отмечается, что «благодаря активности самого Дюкрете, его поддержке авторитета Попова в многочисленных выступлениях, имя Попова как изобретателя беспроволочного телеграфирования стало достаточно широко известно на Западе».

И это действительно так. Да, обычному западному человеку Попов не очень известен, однако заграничное научное сообщество неоднократно отмечало заслуги россиянина. Например, 7 мая 1895 года по версии ЮНЕСКО входит в список «важнейших в истории радио дат». В женевском Международном союзе электросвязи огромный зал назван именем Попова — ему, как пионеру радиосвязи, посвящена мемориальная табличка. А в 2005 году американский Институт инженеров электротехники и электроники установил в Петербургском университете ЛЭТИ мемориальную доску Попову в честь юбилейного 110-летия со дня изобретения радио.

Конечно, в широком сознании российского ученого вытеснили Маркони и Тесла. Однако это вряд ли расстроило бы нашего физика.

Он не гнался за личной славой, а просто хотел подарить стране что-то полезное. Не зря ему принадлежит знаменитая фраза: «Если не современники, то, может быть, потомки наши поймут, сколь велика моя преданность нашей Родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи».

Маркони

Слава итальянца Гильермо Маркони вызывает больше вопросов, нежели биографии остальных участников этой запутанной истории. При этом нельзя отрицать, что его имя тоже вписано в хроники развития радио. Ведь именно Маркони в 1896 году первым получил патент на гаджет, способный передавать и принимать радиоволны. Его прибор был очень похож на изобретение как Попова, так и Теслы, а назывался «Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в передающем аппарате».

Обратите внимание на первое слово — Маркони действительно улучшил чужие изобретения, добавив несколько катушек и металлические пластины. Правда, в своей заявке на патент он намеревался использовать прибор для приёма сигналов не только по воздуху, но и через землю и воду, что несколько противоречит законам физики.

Российские исследователи любят вспоминать этот курьёзный случай, указывая на некомпетентность молодого физика — Маркони тогда было чуть больше 20 лет, и он только-только начал изучать радиоволны. Что, впрочем, не помешало ему стать изобретателем на бумаге.

Есть за Маркони и эпохальное открытие: его опыты подтвердили, что электромагнитные волны могут уходить за пределы горизонта.

В декабре 1901 года итальянец передал через Атлантический океан сигнал на азбуке Морзе. Эта новость дала понять научному сообществу — передавать волны за горизонт можно, причём над водой тоже. Более того, так получается даже быстрее.

Остальная слава итальянца обусловлена тем, что он толково продвигал свои радиоприборы — например, провёл первый радиорепортаж. Когда началась очередная парусная регата, он оснастил радиоаппаратурой яхту принца Уэльского. Тот незадолго до заплыва повредил ногу, и в Британии очень волновались, как же сын королевы Виктории справится с гонками. Приёмник Маркони бесперебойно поставлял сводки о здоровье аристократа — эти новости радостно подхватывала пресса. Вскоре всё королевство узнало не только о погоде на море, но и об изобретениях итальянца.

Приёмники Маркони начали расходиться по судам и домам. Да, это больше заслуга рекламы, но повсеместное распространение радио спасло сотни жизней. Например, экипаж «Титаника» подал сигнал SOS именно по аппарату, установленному «Международной компанией морской связи Маркони». Если бы не это устройство — неизвестно, сколько людей удалось бы спасти.

Аппарат Маркони, который был в «Титанике»

Правда, обошлось бы вообще без жертв, если бы Маркони не препятствовал установке на кораблях оборудования других компаний. В ту ночь на расстоянии всего восьми километров от «Титаника» проплывал пароход «Калифорниан», но из-за старого приёмника там не распознали сигнал. Из других «грехов» изобретателя: он состоял в фашистской партии, фотографировался с Муссолини, а также провоцировал добропорядочных советских граждан на преклонение перед Западом.

Вероятно, по этим причинам Советский Союз в своё время развернул мощную пропаганду против «воришки-итальянца».

А ещё Союзу не хотелось упускать славу Попова как «отца радио». Штука в том, что в те годы активно развивалась система авторского права. Можно было заставить другие страны платить за использование изобретений, сделанных у себя. Поэтому в СССР очень хотели иметь в своих рядах как можно больше новаторов.

Тесла

Сейчас Тесла воспринимается как «Илон Маск XX века». Он изобрёл электрический счётчик, разработал теорию полей, спровоцировав постройку Ниагарской ГЭС, изучил влияние тока на человеческий организм, а ещё придумал фантастический резонатор и, возможно, первый электромобиль.

Никто не спорит, что Тесла был гением. Тогда откуда сомнения, что он изобрёл радио?

Серб раньше всех приблизился к созданию приёмника электромагнитных волн. Об этом он заговорил ещё в 1890 году: «Недорогой аппарат позволит владельцу слушать в море или на земле музыку или песни, речь политического лидера, выдающегося учёного или проповеди священника, находящегося на огромном расстоянии». А в 1893-м Тесла выступил с докладом «О свете и других высокочастотных явлениях» в Институте Франклина в Филадельфии. Там он описал приёмник и передатчик, антенну, заземление, контур, катушку индуктивности, конденсатор и даже репродуктор, придуманный им ещё в Будапеште.

В общем, это было почти готовое радио. Казалось бы — вот оно, открытие, патент и мировая слава. Но Тесла не погнался за мелкой рыбешкой и не стал акцентировать внимание на изобретении. Беспроводная связь была лишь частью его фантастического, но, кажется, вполне осуществимого замысла — передавать электроэнергию по всему миру, не используя провода.

Теслу интересовали другие вещи

С помощью огромного резонатора он собирался гнать ток в любую точку планеты. Например, так Тесла описывал одну из станций: «Эта станция позволяет получить электрические мощности до десяти миллионов лошадиных сил. Она рассчитана на обслуживание всех возможных технических достижений без излишних затрат».

Помимо безумных амбиций, помехой для получения патента мог стать и масштабный пожар в лаборатории Теслы в 1895 году. Восстановление записей и нервов, конечно же, потребовало времени, и вступить в борьбу за свои права исследователь смог лишь значительно позднее.

Тем не менее он получил по заслугам, но уже в США.

Вмешались политические и экономические интересы. Долгое время Патентное ведомство США не выдавало Маркони патент на изобретение радио, ссылаясь на приоритет Теслы. Решение изменили в 1904-м — возможно, из-за мощной финансовой поддержки Маркони в Америке. После того, как итальянец получил ещё и Нобелевскую премию в 1911 году, Тесла не смог молчать и подал на Marconi Company в суд.

Тесла в старости

Маркони ответил, но уже не коллеге-учёному, а правительству США — мол, американцы использовали его патенты во время Первой мировой войны. И тоже подал в суд. Тогда США просто уклонились от иска, отдав патент сербу. Так Теслу официально признали изобретателем радио в Америке — спустя несколько месяцев после смерти.

Наука для политики

Вывод из этих историй один: национальные интересы делают науку полем боя за славу и деньги, а винить некого. Кто знает, как повернулось бы дело, если бы Тесла не проводил свои безумные эксперименты. Маркони, вероятнее всего, был просто хитрым предпринимателем со связями, зато ему удалось поставить изобретение на поток. Неизвестно, как долго ещё раскачивалась бы индустрия без его участия. А Попов хоть и был скромным петербургским интеллигентом, но свою долю признания точно получил — как минимум, на одной шестой части суши.

Дураки о добыче спорят, а умные её делят. Сейчас нам всем доступны радио, телевидение и беспроводные зарядки. Кому сказать за это «спасибо» — решайте для себя самостоятельно.

Радио, история изобретения

В истории науки есть закон, озвученный в 1894 году Фридрихом Энгельсом, гласящий, что если для некоего открытия время созрело, то это открытие непременно будет сделано. Именно так произошло с радио, официальный год изобретения радио считается май 1895 года.

Предшествовали открытию радио ряд исследований ученых-физиков, специализирующихся на изучении электромагнитных волн. Дальше всех в этой области продвинулся немецкий ученый Генрих Герц, который в своих лабораторных опытах в 1880-х годах выяснил, что энергию магнитного и электрического поля можно передавать на расстояния, не применяя провода. Сам он, правда, так и не понял, что же он на самом деле открыл миру.

Исследования Герца продолжили другие ученые, разработав в начале 1890-х годов прибор, умеющий реагировать на подобные излучения. Сначала англичанин Эдвард Бранли создал, а спустя несколько лет француз Оливер Лодж усовершенствовал устройство, названное им когерером, реагирующее на появление радиоволн. В 1894 году о своих опытах с когерером физик прочитал лекцию в Лондонском Королевском обществе, однако дальше фиксации самого факта реакции он не пошел. Это сделал русский военный инженер и ученый, бывший тогда преподавателем Морского инженерного училища, А.С. Попов, также много работавший в сфере электричества и электромагнитных волн. Он совместил когерер с обычным электрическим звонком, выступавшим одновременно и регистратором поступления сигнала, и автоматом по приведению когерера в исходное состояние.

Изобретение радио Поповым

После того как к получившемуся прибору была присоединена антенна, первое радио Попова было готово. В начале 1895 года Попов провел ряд экспериментов со своим аппаратом, передавая электромагнитные сигналы и фиксируя их на расстоянии в десятки метров от передатчика. Первое представление нового аппарата ученой публике было сделано 7 мая 1895 года в Санкт-Петербурге на заседании Русского физико-химического общества, где Попов выступил с докладом о своей работе и показал свой аппарат.

Передатчик и приемник первого радио были разнесены в разные концы здания петербургского университета на дистанцию 250 метров. Ассистент Попова передавал кодированные сигналы, а на ленте аппарата-приемника появлялись знаки, которые расшифровывал Ф.Ф. Петрушевский (учитель А.С. Попова), после чего мелом записывал их на доске. После окончания передачи знаки были расшифрованы, и все увидели фразу из двух слов «HEINRICH HERTZ». Так русский изобретатель отметил заслугу недавно умершего великого ученого-физика, исследовавшего электромагнитные волны.

Первое применение на практике ему сразу же нашлось. Буквально через несколько месяцев на базе аппарата Попова был создан грозоотметчик, регистрирующий грозовые разряды на дистанции до 25 верст.

Сам же Попов продолжал исследовать и развивать свой приемник, понимая, какое огромное практическое значение он имеет для поддержания беспроводной связи. О своей работе он писал и публиковал статьи в научных журналах и газетах (1896-1897), предлагая использовать созданный прибор для передачи сигналов на расстояние. Связанный по долгу своей службы с военно-морским флотом он предложил оснащать корабли подобными устройствами для оперативной связи и получения различных сообщений.

Однако следует вернуться немного назад, в 1895 год. Летом о работах Попова стало известно в научных кругах Италии. С документами по исследованиям в сфере радио работал профессор А. Риги из университета города Болонья, прочитавший затем ряд лекций в конце 1895 — начале 1896 года по данной тематике. В числе прочих слушателей их посещал молодой вольнослушатель Г. Маркони, сразу увидевший перспективы этого открытия. К слову сказать, сам Маркони тогда был совсем молодым человеком (родился в 1874 году), и специалистом по радиотехнике он не был. Нет ни одного документа, который бы подтверждал его причастность к научным работам по электротехнике. Насколько он был далек в научном плане от этой тематики, показывает ряд выражений в его заявке на патент регистрации радио. Там, в частности, указывается возможность передачи радиосигналов через воду и землю. Позже в дополнениях к патенту эта фраза была изменена, тем не менее, в истории этот факт сохранился.

Однако, несмотря на слабую научную подготовку, Маркони как инженер и юрист показал себя неплохо. Слегка изменив конструкцию когерера, он подал заявку на патент, который и получил 2 марта 1897 года. В дальнейшем Маркони проявил себя как талантливый предприниматель, продвигая свою конструкцию в промышленность, став заметной фигурой в дальнейшем развитии радио.

Кратко о первых опытах использования радио

И вновь вернемся в Россию. Первые положительные результаты от внедрения радиосвязи во флоте не заставили себя долго ждать. Ноябрь 1899 года. На мель в Финском заливе садится броненосец «Генерал-адмирал Апраксин». Терпящий бедствие корабль был замечен с оснащенного радио установкой броненосного крейсера «Адмирал Нахимов», откуда сразу же передали информацию о происшествии в Санкт-Петербург. Своевременно вышедшие на помощь корабли спасли терпящий бедствие броненосец.

Пару месяцев спустя там же, на Балтике, оторвало и унесло в открытое море льдину, на которой было 50 рыбаков. Дрейфующая льдина была замечена, и по радио был послан сигнал бедствия, благодаря чему рыбаков спасли. Радиоаппаратура Попова была стабильной и надежной, за что изобретателя наградили денежной премией в размере 33 тысячи рублей, огромной по тем временам суммой.

Первое боевое применение радиосвязь получила в годы русско-японской войны, активно применяемая флотами обеих враждующих государств. Тогда же впервые было использовано глушение связи противника путем забивания передачи информации массой посторонних бессмысленных сигналов. По некоторым данным, этим впервые воспользовались моряки Владивостокской бригады броненосных крейсеров во время одного из боев с японскими кораблями.

Эффект радиолокации также впервые был обнаружен российскими специалистами. Его заметили во время одного из сеансов испытаний радиосвязи, когда между кораблем-передатчиком сигнала и приемником случайно проплывал миноносец.

По сути своей, аппаратура беспроводной связи, разработанная А.С. Поповым совместно со своими ассистентами, а также методика ее применения совершили коренной переворот в жизни современной цивилизации. За заслуги перед человечеством ЮНЕСКО объявил 1995 год Всемирным годом радио, а день 7 мая – Днем радио.

Факты о радио: история, теория, принцип работы

  • 12 января 2021 г.
  • 11 минут
  • 62 055

Кто-то мечтает о новом айфоне, кто-то о машине, а кто-то о наборе деталей и новом динамике для своего радио. не так давно были времена, когда пределом мечтаний золотой молодежи был обычный транзисторный радиоприемник.

Радио было верным спутником человека весь 20-й век. Знаменитые объявления от советского информбюро, первые музыкальные передачи, настоящий прорыв в передаче информации, революция в СМИ – все это радио.

All we hear is radio Ga-Ga. В сегодняшней статье разберемся с тем, что такое радио и как оно работает.

Знаменитое “радио Га-га” из песни группы Queen – не что иное, как детский лепет сына барабанщика группы. Роджер Тейлор услышал, как ребенок бормочет и коверкает слова, а потом решил, что из этого может получиться неплохой припев для песни.

Когда-то радио было круче, чем интернет – факт. Еще один факт – без радио не будет никакого интернета. Пусть приемники слушают не так часто, радио-технологии активно развиваются и используются в спутниковой связи, телевидении, мобильных телефонах, рациях, медицинских приборах… Короче, везде.

Суть радио в самом широком смысле:

Радио – способ беспроводной передачи данных, при котором в качестве носителя информации используется радиоволна.

Давайте же узнаем, как эта штука работает, и кто это придумал.

Попов, Маркони, Тесла?

Кем впервые была открыта радиосвязь? Говорить о конкретном изобретателе радио в принципе неправильно, так как слишком много людей в разное время сделали свой вклад в развитие этой технологии. Здесь и Томас Эдисон, и Никола Тесла, и Александр Попов, и Гульельмо Маркони, и многие другие.

Гульельмо Маркони

Интересно, что во многих странах есть свой изобретатель радио. Споры о том, кто был первым, велись долго, и на то было много причин.

В России традиционно считалось, что радио изобрел Александр Попов. Да, Попов проводил успешные эксперименты в области передачи данных начиная с 1895 года , однако его изобретение было сильно усовершенствовано и доведено «до ума» иностранными коллегами. К тому же Попов не патентовал свою работу.

Безусловно, вклад Попова в развитие радио нельзя недооценивать. Однако считать его единственным изобретателем радио неверно. Мнение, что Александр Попов изобрел радио, во многом было навязано пропагандой СССР, когда все возможные и невозможные изобретения пытались приписать советскому союзу.

Также противостояние вели Тесла и Маркони. Никола Тесла утверждал, что провел эксперименты по беспроводной передаче сигнала раньше 1896 года, когда это сделал Маркони. Однако Маркони, обладавший коммерческой жилкой, успел запатентовать изобретение первым.

Заслуга этого человека в том, что именно он смог найти прежде лишь теоретическим идеям действительно широкое практическое применение.

Настоящей сенсацией в 1901 году стала передача радиосигнала на расстояние 3200 километров. Тогда многие ученые считали, что радиоволна не может распространиться на такую дальность из-за шарообразной формы Земли.

Что такое радиоволна

Волна – это колебание. Морская волна – это колебание поверхности воды.

А радиоволна – изменение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве.

Так же как и свет, радиоволны представляют собой электромагнитное излучение. Разница лишь в частоте и длине волны. Скорость распространения радиоволны в вакууме равна примерно 300000 километров в секунду.

Ниже приведем весь спектр электромагнитных колебаний и покажем место радиоволн в нем.

Электромагнитное излучение

Радиоволна – это сигнал. То, что передает информацию. Радиоволны делятся на диапазоны: от субмиллиметровых до сверхдлинных. Для каждого диапазона волн характерны свои особенности распространения.

Например, чем больше длина волны и чем меньше частота, тем больше волна способна огибать преграды. Длинные волны огибают всю планету.

Все маяки и спасательные станции настроены на волну длиной 6 метров и частотой 500 кГц.

Средние волны подвержены поглощению и рассеиванию сильнее. Длина их распространения – около 1500 км. Короткие волны проходят небольшие расстояния, их энергия поглощается поверхностью планеты.

Как” работают” радиоволны. Принцип распространения радиоволн

Прежде чем разбираться с самим радио, нужно уточнить еще несколько моментов. Как именно передается информация.

Как передается информация. Модуляция

Возьмем электромагнитную волну. Она представляет собой синусоиду, колебания векторов напряженности магнитного и электрического полей. «Где же здесь информация?» спросите вы, и в этом вопросе есть резон.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Сама по себе синусоида не несет никакой информации. Для передачи данных используется модуляция сигнала. Есть разные виды модуляций:

  • амплитудная;
  • фазовая;
  • частотная;
  • амплитудно-частотная.

Например, аббревиатура FM означает frequency modulation – частотная модуляция.

Модуляция – это изменение одного из параметров сигнала.

Частотная модуляция – это изменение частоты. Амплитудная – соответственно, амплитуды. Конечно, изменение не простое, а несущее в себе информацию.

У нас есть несущий сигнал (несущее колебание) и информационный сигнал (речь, звук, музыка). Модуляция несущего сигнала позволяет зашифровать в нем информацию. Причем параметр этого сигнала изменяется в соответствии с информационным сигналом.

Далее будем рассматривать частотную модуляцию, так как FM-радиостанции – самые популярные, а говорить приятнее о том, что привычно. При частотной модуляции сигнал не изменяется по амплитуде. В соответствии с изменениями уровня информационного сигнала меняется частота несущего колебания.

Вот как это выглядит:

Принцип работы частотной модуляции

Как работает радио

Простейший радиоприемник содержит приемник и передатчик. Передатчик должен отправить сигнал, а приемник – принять его.

При этом приемник не просто передает, а кодирует сигнал, применяя модуляцию. Передатчик также должен произвести обратное действие, то есть раскодировать сингал. И вот тогда мы получим тот же сигнал, что нам передали.

Например, вы едете в маршрутке, где водитель слушает радио «Шансон». Лето, жара, дачники, ехать еще несколько часов… В общем, красота, да и только. Но не будем отвлекаться! По радио звучит очень душевная песня.

Когда говорят «95.2 FM», подразумевают ультракороткую радиоволну с несущей частотой 95.2 Мегагерца.

Спектр ее сигнала имеет примерно такой вид. Это – информационный сигнал.

Спектр песни

Чтобы передать его на расстояние, эту информацию нужно зашифровать. Передатчик на радиостанции отправляет несущую синусоидальную волну в пространство, проводя частотную модуляцию.

Приемник в кабине у водителя, наоборот, выделяет из пришедшего сигнала полезную составляющую. Далее сигнал отправляется на усилитель, с усилителя – на динамик. Как следствие – все счастливо путешествуют под музыку!

Зная принцип действия радио, можно при желании самостоятельно собрать радиоприемник из простых компонентов. Как это сделать с помощью картошки – узнаете из видео. Сразу скажем, сами не проверяли, но если вы попробуете – расскажите нам, как получилось. А если перед вами задачка посложнее и нужна помощь в ее решении обращайтесь в студенческий сервис.

  • Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
  • Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
  • Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
  • Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

История изобретения радио

Радио – это средство передачи на расстояние сообщений, новостей, музыки, то, что многие слушают дома, в автомобиле или на работе. Невозможно представить нашу жизнь без такого привычного звукового вещания, как радиопередача. Но мало кто задумывался, как появилось это изобретение, и кто первый придумал радио. В этой статье расскажу про историю радио и ученых, которые внесли свой вклад в появление устройства, которое навсегда изменило мир.

История изобретения радио

Открытие электромагнитного поля в 1845 году, к которому долго шел английский ученый-физик М. Фарадей, стало сенсацией 19 века. Спустя два десятилетия, тоже англичанин – Д. К. Максвелл теоретически обосновал и сформулировал существование электромагнитных волн, одним из видов которых являются радиоволны. Человек их не видит и не ощущает, поэтому без обоснования теории электродинамики было бы невозможно создание самого радиоприемника.

Эти два открытия и послужили отправной точкой изобретения радио, хотя не сразу были приняты научным сообществом. Было сделано множество работ и изобретений. Только по прошествии еще двадцати лет, в 1886-88 годах, немецкий ученый Генрих Герц поставил удачный эксперимент с простым прибором, состоящим из генератора и резонатора, и зафиксировал излучение электромагнитных волн на короткое расстояние. Но практического применения этой конструкции Г. Герц не видел.

Генрих Рудольф Герц

Физики разных стран год за годом проводили эксперименты по усовершенствованию электромагнитных волновых приемников и расширению диапазона передачи сигнала. Среди этих ученых были Т. Эдисон в 1876-85 годах, О. Лодж и Э. Бранли в 1889-90 годах, Н. Тесла в 1891-93 годах, индийский физик Д. Чандра Бозе в 1894 году и многие другие

Первое радио Попова

Кто первый создатель радио

Ученые всего мира искали способы передачи сигналов на расстояние. Изобретателями радиоприемника по праву считают нескольких претендентов, которые работали одновременно, но никак не были связаны между собой. Эти фамилии многие знают – русский ученый Александр Попов, американец Никола Тесла, итальянский предприниматель . Гульельмо Маркони.

Н. Тесла первым запатентовал свое изобретение, которое использовалось для дальнейшего развития радиосвязи. Он продемонстрировал, как генератор переменного тока производит колебания токов высокой, для того времени, частоты, и метод подавления звука при помощи этих частот. Он первым зафиксировал явление электрического резонанса. Весной 1891 года Н. Тесла получил американский патент на свой инновационный метод.

Уже в 1893 году американский ученый читает лекции и демонстрирует как при помощи резонанс-трансформатора можно передавать электрические сигналы в эфир. Он доказывает, что эту техническую систему можно использовать для беспроводной связи.

Российскому физико-химическому сообществу Александр Попов читал доклад весной 1895 года и тогда продемонстрировал усовершенствованный прибор О. Лоджа. Позднее, в 1896 году, русский ученый опубликовал статью в научном издании о создании им в 1895 году прибора приема электромагнитных колебаний на расстояние до 60 м, который в дальнейшем может быть применен для передачи сигналов на большие расстояния.

В марте 1897 года на очередной лекции А. Попов демонстрирует передачу и прием сигнала в стенах здания. Продолжая работу над изобретением телеграфного беспроводного передатчика, уже в декабре того же года русский ученый успешно производит прием сигнала из четырех букв «ГЕРЦ» на расстояние более 250 м от передающей станции. Но А. Попов был практик и не стремился фиксировать свои достижения перед мировым ученым сообществом.

В Италии Гульельмо Маркони так же работает над созданием передачи и приема телеграфного сигнала, и весной 1895 года провел эксперимент передачи сигнала на несколько сотен метров. Летом 1896 года итальянский предприниматель подает заявку на получение патента Великобритании на изобретение своей аппаратуры. В сентябре он успешно демонстрирует прием сигнала на расстояние до 2,5 км. В июле 1897 года Маркони получает патент, оформленный от 2 июня 1896 года.

Принцип работы радио

Радио – это первая беспроводная связь. Носителем сигнала являются радиоволны, распространяющиеся в пространстве. Это невероятно простое устройство, которые используется в разных ситуациях. Например, радио-няня – маленький аппарат в детской комнате принимает звук и передает его родителям, находящимся в другом помещении. По такой связи можно отправлять не только звуковые сигналы, но и изображения на огромные расстояния.

У термина «радио» есть несколько значений. Во-первых – само устройство, для приема звуковых передач. Во-вторых – область науки или техники, которые занимаются изучением передачи и приема радиоволн.

Впервые, в радиоприемнике, изобретенном А. Поповым для Российского военно-морского флота, был применен когерер – прибор, чувствительный к электромагнитным волнам. Один вывод когерера был заземлен, другой, присоединен к проволоке и высоко поднят.

Схема радио Попова

Устройство первого радиоприемника А. Попова имеет следующие детали:

  • электромагнитное реле;
  • батарея (источник постоянного тока);
  • антенный провод;
  • когерер;
  • молоточек звонка;
  • чашечка звонка;
  • электромагнит звонка.

Принцип работы таков:

1) Высокочастотные колебания формируются в радиопередатчике – это несущий сигнал или несущая частота, на которую накладывается информация и происходит модуляция с помощью электрических колебаний низкой частоты. Антенна передает в эфир радиоволны (модулированный сигнал).

2) Приемная антенна находит модулированные сигналы и отправляет в радиоприемник.

3) Детектор в приемнике выделяет полезный сигнал нужной несущей частоты из множества радиосигналов от разных радиопередатчиков.

Появление термина «broadcasting»

Термин – бродкастинг («broadcasting», англ. яз.) появился в начале прошлого века. Broadcasting переводится как широкий разброс, распространение, а позднее закрепилось значение – радиовещание, телевещание, трансляция, широковещание.

Существует история появления этого термина в индустрии трансляций радио и телевидения:

В 1909 году калифорнийский преподаватель колледжа электроники, изобретатель Ч. Геррольд создает радиостанцию. Он использует технологию с искровым разрядником. Несущая частота модулируется голосом, позже еще и музыкой. Его музыкальные и новостные передачи сначала слушали ученики и выпускники колледжа.

Чарльз Геррольд за работой на радиостанции

Изобретатель был сыном фермера и использовал сельскохозяйственный термин – «broadcasting», который означает «рассеивание семян по полю, в разных направлениях», для определения радиоволновой передачи. Он ввел слова:

«narrowcasting» – узкое распространение, один получатель;

«broadcasting» – широкое распространение, массовая аудитория.

Развитие радио и радиовещания

В 1897 году Г. Маркони сделал существенный прорыв в развитии радиовещания. Он соединил приемник с телеграфным аппаратом, а передатчик с ключом Морзе, и получил радиотелеграфическую связь. По его мнению, антенны приёмника и передатчика должны были быть одной длины, что повышало мощность передатчика. К тому же, А. Попов отмечал лучшую чувствительность детектора Гульельмо Маркони.

В 1898 году итальянский изобретатель первым находит возможность настройки радио (патент получен в 1900 году). Тогда он открывает в Великобритании свой первый «завод беспроволочного телеграфа».

В конце 1898 года, француз Э. Дюкретэ начинает мало-серийный выпуск приемников системы А. Попова.

Приборы, созданные на заводе Э. Дюкретэ, успешно используются на Черноморском флоте и в других спасательных морских операциях России. В 1900 году радиотелеграфные сообщения передавались между севшим на мель российским броненосцем, радиостанцией острова Гогланд, военно-морской базой в Котке, Адмиралтейством в Санкт-Петербурге. В результате обмена радиограммами – ледокол «Ермак» пришел на помощь кораблю, а также спас финских рыбаков на оторвавшейся льдине.

Радиомастерская в Кронштадте. Александр Попов (справа)

В 1906 году ученые-изобретатели Р. Фессенден и Л. Форест обнаружили принцип амплитудной модуляции радиосигнала низкочастотным сигналом. Это сделало возможным передавать человеческую речь и музыку в эфире. 24 декабря корабли в море услышали Р. Фессендена – он читал отрывки из библии и играл на скрипке.

В 1907 году Г. Маркони создал постоянно действующую телеграфную линию между Ирландией и Шотландией.

В 1909 году за выдающийся вклад в развитие беспроводной телеграфии Г. Маркони становится лауреатом Нобелевской премии.

Холодный апрель 1912 года. Пассажирский лайнер «Титаник» вышел в свое первое и последнее плавание. Он был оснащен самыми современными комплектами искровых станций беспроводной телеграфии «Международной компании морской связи Маркони». В начале прошлого столетия корабельные радиостанции передавали сообщения на расстояние около 200 километров. Радиопередатчик «Титаника» был верхом технической мысли того времени. Сигнал уверено уходил на 800 километров днем, а ночью распространялся до 3 тысяч километров. Богатые пассажиры с удовольствием пользовались техническим новшеством и рассылали телеграммы своим родственникам прямо с борта «Титаника».

Ночью произошло столкновение с огромной льдиной, и в эфире впервые прозвучал тревожный сигнал «SOS». Ледяная вода заполняла нижние отсеки лайнера, людей сажали в шлюпки, которых на всех не хватало, на палубе началась паника. Почти через два часа после полного погружения судна на место кораблекрушения прибыл пароход «Карпатия» и подобрал людей из шлюпок. Благодаря радиотелеграфии были спасены жизни более 700 человек. Вот пример того, что радиосвязь необходима в любой ситуации.

Радиовещание в СССР

В Советской России первые опытные радиотрансляции в 1919 году проводились в Нижнем Новгороде, в 1920 году в Москве, Казани и нескольких больших городах. В 1921 году была принята программа по организации радиовещания в крупных городах и уездных центрах. В конце сентября в Москве начал работать первый радиоузел. Так внедрилось постоянное массовое вещание радиопередач по уличным громкоговорителям в СССР.

В 1922 году в нашей столице на Шаболовке было завершено строительство самой высокой в СССР 160-метровой башни, позднее названной в честь архитектора В. Шухова. Весной на Шуховскую башню установили мощные радиопередатчики, а к концу лета начали осуществлять пробные передачи для населения страны.

Шуховская башня. 1922 год

В тридцатые годы прошлого века радиовещание сыграло большую роль в патриотическом воспитании населения, пропаганде передовых методов труда, стахановского движения, организации социалистических соревнований и др.

Со временем были заложены основы радиорепортажа и радиоинтервью, особую популярность приобрел жанр радионовостей. Появились музыкальные, развлекательные, спортивные, детские радиопередачи.

В 1937 году радиовещание перенесено в новый Московский радиодом на Малой Никитской, пущен коротковолновый радиопередатчик.

До ВО войны Советский Союз отставал в развитии радиосвязи от других стран. К 1940 году в США имелось более 50 миллионов радиоприемников, в Англии около 10 миллионов, а во Франции порядка 5 миллионов. На тот момент в СССР существовало 15 радиозаводов, где было выпущено 140 тысяч радиоприемников. К 41-му году насчитывалось около 500 тысяч приборов радиовещания.

В 1941-42 годах, в условиях ВО войны, всего за девять месяцев была построена самая мощная в мире Куйбышевская радиовещательная станция. Это был «Секретный объект №15», на строительство которого из лагерей доставили около двух десятков политзаключенных с техническим, инженерным образованием и связистов. Двухэтажный подземный бункер, где располагалось радиооборудование, до сих пор находится на глубине 22 метров под землей. Первая испытательная передача велась на средних волнах.

Куйбышевская радиовещательная станция. Грузовой вход в техническое здание.

В секретном режиме военного времени на станции в Куйбышеве работал московский диктор Ю. Левитан. Не многие знают, что знаменитую фразу: «Говорит Москва!», он произносил из стен Куйбышевского радиодома.

Основное назначение было вещание на СССР, Европу, Северную Африку и Дальний Восток. Также велись передачи на английском, немецком и французском языках. В ночное время сигнал принимался и в США. Через эту станцию шла связь с резидентурой Юстас-Алексу. На полную мощность радиостанция заработала в 1945 году, а впоследствии названа в честь А. Попова.

Юрий Левитан – диктор Всесоюзного радио Госкомитета СССР

Радиовещание в диапазоне УКВ стало широко внедряться в послевоенные годы. Начинается строительство областных телерадиоцентров, радиофикация колхозов, переход Всесоюзного радио на трехпрограммное вещание.

В период с 1929 по 2014 годы вещание на зарубежные страны велось «Московским радио», преобразованным в 1993 году в «Голос России». С 2014 года иновещание осуществляется радиостанцией Sputnik.

В 2012 году Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) подписан протокол, согласно которому выделяется полоса радиочастот для создания на территории Российской Федерации сетей цифрового радиовещания.

История зарубежного радиовещания

Радиовещание становится средством массовой информации в 1922-23 годах, которое начинает конкурировать с печатными СМИ. Почти во всех странах мира транслируются экспериментальные радиопередачи.

В Америке к концу 1922 года было выдано почти 600 лицензий на право радиовещания. Целью таковой деятельности могло быть освещение новостей в стране, просветительство, религиозные или культурные программы, трансляция концертов и т. п.

BBC: В декабре 1922 года в Великобритании начинает ежедневные передачи на Лондон общественная радиовещательная организация «British Broadcasting Company» (Би-Би-Си), созданная при участии Г. Маркони. Спустя год вещание охватывает Манчестер и Бирмингем.

British Broadcasting Company

URI: В итальянском городе Турин 27 августа 1924 года основан радиофонический союз «Unione radiofonica italiana», при посредничестве британской и американской корпораций: «Radiofono» и «SIRAC». URI был единственным итальянским радиовещателем, имеющим право транслировать новости, представляющие общественный интерес. Первую станцию установили в Риме (1924 год), затем в Милане (1925 год) и в Неаполе (1926 год). Бедной Италии было сложно содержать и развивать радиовещание. Широкое распространение ипродвижение радио получило при фашистском режиме в тридцатые годы.

NBC: в 1926 году в Соединённых Штатах появляется первая крупная радиовещательная сеть, сформированная «Радиокорпорацией Америки» – «National Broadcasting Company» (Эн-Би-Си).

National Broadcasting Company

DW GmbH: в 1926 году появляется немецкая радиокомпания «Deutsche Welle GmbH», которая запускает в том же году внутринемецкую общественную радиостанцию «Deutschlandsender» (Передатчик Германии) на длинных волнах. Летом 1929 году начала вещание на немецком языке коротковолновая радиостанция «Weltrundfunksender» (Мировой радиовещательный передатчик) в направлении всех континентов.

CBS: в 1927 году возникла Колумбийская система фонографического вещания и с 1928 года носит название – «Columbia Broadcasting System». Сеть становится одной из крупнейших радиовещательных, позднее, в 30-х годах входит в Большую тройку американских вещательных телевизионных сетей.

Так, в двадцатые годы прошлого столетия появились две школы радиовещания:

  • частное американское радио;
  • европейское общественно-правовое радио.

Изобретение радио навсегда изменило историю человечества.

Ссылка на основную публикацию