А.С. Попов – изобретатель радио

                                                     

                             ТОГБОУ СПО «Политехнический  колледж»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по физике на тему:

«А.С. Попов – изобретатель радио»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Сурков Денис группа 203

 

Проверил: Людмила Евгеневна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        

     Введение                                                   3

1. Странички истории                                           3

2. Когерер Бранли                                          4

3. Электромагнитные колебания                             4

4. Радио Попова                                                 5

5. Грозоотметчик                                               7

6. Звуковое радио                                             8

7. Биография Попова                                      9

8. Маркони – англо-итальянский Попов       11

Заключение                                                    13

Литература                                                  14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                          Введение                                                                                                                                                                                       После того как было открыто электричество, по проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую человеческую речь. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за судном или самолетом, за поездом или автомобилем.

И тут людям помогло радио. Для передачи сообщения без проводов нужны лишь радиопередатчик и радиоприемник, которые связаны между собой электромагнитными волнами.

История радио начинается с первого в мире радиоприемника, созданного в 1895 г. русским ученым А.С.Поповым. Попов сконструировал прибор, который по его словам, «заменил недостающие человеку электромагнитные чувства» и реагировал на электромагнитные волны. Сначала приемник мог «чувствовать» только атмосферные электрические разряды – молнии. А затем научился принимать и записывать на ленту            телеграммы, переданные по радио. Своим изобретением А.С.Попов подвел итог                  работы большого числа ученых. 

 

 

1. Странички истории

Важный вклад в развитие радиотехники внес датский ученый Х.Эрстед, который показал, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Английский физик М.Фарадей доказал, что магнитное поле рождает электрический ток. Во второй половине   XIX в. его соотечественник и последователь Дж. Максвелл пришел к выводу, что переменное магнитное поле, возбуждаемое изменяющимся током, создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное и т.д. Изменяющиеся электрические и магнитные поля, взаимно порождая друг друга, образуют единое переменное электромагнитное поле – электромагнитную волну. Возникнув  в том месте, где есть провод с током, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света –

300 000 км/с. Дж. Максвелл утверждал, что все явления, характерные для механических волн (отражение от препятствия, интерференция, дифракция, перенос энергии), имеют место и для электромагнитных волн. Они отличаются друг от друга только длиной.

Более длинные электромагнитные волны впервые сумел получить и исследовать немецкий физик Г.Герц в 1888 г. Герц ошибся, полагая, что электромагнитные волны никогда не найдут себе практического применения. Дело в том, что Герц обнаруживал электромагнитные волны по маленькой искорке, которая проскальзывала между двумя проводниками, когда появлялась электромагнитная волна. Эту искорку можно было увидеть только через лупу и в полной темноте.

А.С.Попов стал изучать явление, открытое французским ученым Э.Бранли и впервые  примененное для обнаружения электромагнитных волн Лоджем.

 

2. Когерер Бранли

Суть открытия Бранли заключалась в том, что опилки некоторых металлов (железа, алюминия, цинка) в 100–200 раз меняют свое сопротивление, если где- то рядом появляется электрическая искра. Им был собран прибор, «чувствующий» электромагнитные волны, названный в последствии когерером (от латинского – «когеренция» – «сцепление») (см. рис.1). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим     сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом.                                                                                  Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает. Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его.

 

 

 

 

3. Электромагнитные  колебания

Электромагнитные волны – это процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве с конечной скоростью.

Если электрический заряд не просто сместился из одной точки в другую, а приведен в быстрые колебания, тогда начнет периодически изменяться и электрическое поле вокруг заряда, причем период таких изменений будет равен периоду колебаний заряда. Переменное электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее, в свою очередь, вызовет появление электрического поля уже на большем расстоянии от заряда. В пространстве, окружающем заряд, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. Распространяющееся электромагнитное поле и есть электромагнитная волна. Схематично  этот процесс показан на рис.2.

         

 

 

Изменяющийся поток индукции возбуждает вихревое электрическое поле, которое в свою очередь, рождает вихревое магнитное поле. В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от электрического заряда, тем позднее достигнут ее колебания полей, следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с разными фазами.

Колебания векторов  и  в любой точке совпадают по фазе. Расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах, называется длиной волны .

Направление колеблющихся векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля перпендикулярно направлению распространения волны. Электромагнитная волна является поперечной (рис. 3).

Векторы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны.

 

 

4. Радио Попова

Наш соотечественник Александр Степанович Попов, нашел практическое применение электромагнитным волнам.

 Попов сконструировал прибор  для обнаружения и регистрации  электромагнитных колебаний, устройство  которого он описал так: «Трубка  с опилками (рис.4) подвешена горизонтально между зажимами М и N на легкой часовой пружине, которая для большей эластичности согнута со стороны одного зажима  зигзагом. Над трубкой расположен звонок так, чтобы при своем действии он мог давать легкие удары молоточком посередине трубки, защищенной 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 АВ подвергается действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшается  и сила тока увеличивается настолько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С, замкнется, и звонок начнет действовать, но тотчас же сотрясенная трубка  опять уменьшит ее проводимость и реле разомкнет цепь звонка ».

Какое простое решение задачи! В его схеме  впервые используется то, что техники называют релейной схемой. Ничтожная энергия радиоволн действует не непосредственно, а используется для управления цепью тока. Звонок и когерер были первыми усилителями.

7 мая мы празднуем День радио. В 1895 г.  в этот день Попов делает доклад под скромным названием  «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» на очередном заседании Русского физико- химического общества. Среди присутствующих многие лица видели несколько лет назад демонстрацию опытов Герца. Опытов, при которых крошечную искру надо было рассматривать в лупу. Но, услышав бойкие трели звонка    приемника  Попова, все поняли, что родился телеграф без проводов, появилась возможность передавать сигналы на расстояние.

Конструкция первого приемника кажется на первый взгляд наивной: две дощечки, на которых закреплены когерер, звонок, реле и батарея (таким мы со школьных времен привыкли его видеть). Более подробное изучение материалов по первому приемнику раскрывает секрет такой компоновки: прибор помещался в ящик-экран, к которому крепился параболический отражатель, фокусирующий электромагнитные колебания на четвертьволновый вибратор, сигнал с которого снимался через пружинный разъем.

В рабочей тетради Александр Степанович записал, что длина принимаемой волны определена неточно, так как он не умеет учитывать влияние отражателя на вибратор. Через 110 лет многие из нас могут рассказать про коэффициент укорочения вибратора под воздействием окружающих проводников. Но тогда профессор А. С. Попов понимал это явление, зная лишь уравнения Максвелла. Интересно отметить, что в опытах на море в начале 1896г. Частота принимаемого сигнала была около 600 МГц, что позволило  обнаружить

явления радиотени и отражения радиоволн, заложить основы радиолокации.                                                                      Современные радиолокационные и радиорелейные станции по своей конструкции поразительно напоминают приемник, использованный при демонстрации направленных приема и передачи радиосигналов 12 марта 1896 г. на заседании Российского физико-химического общества.

 

 

               

                                          Рис.6 Приемник А.С.Попова в сборе с параболической антенной

 

 

5. Грозоотметчик

Одновременно А.С.Попов занимался исследованиями распространения радиоволн и регистрацией грозовой деятельности.  Так же свой  прибор А.С.Попов применяет для регистрации электромагнитных сигналов от различных источников. Одним из источников электромагнитных волн является электрическая искра. Получая искры в лаборатории, Попов с помощью своего прибора принимал их излучение на расстоянии 60 м, а сигналы от гигантских искр – молнии – на очень большом расстоянии. Поэтому  первой мыслью А.С.Попова было использовать свой прибор для дальнего обнаружения гроз. Этот прибор А.С.Попов назвал в 1895 году грозоотметчиком - прибор с регистрацией грозовой активности на вращающемся бумажном барабане или ленте. Скорость движения носителя, одного из грозоотметчиков, – 27 мм в час.

Так было положено начало радиометеорологии и службе слежения за радиопомехами. Чувствительность приемника была достаточно высока – макет грозоотметчика в Политехническом музее в Москве, изготовленный строго по описанию Александра Степановича, – срабатывает на искру в выключателе настольной лампы, расположенной в противоположной стороне здания.

Уже в 1896 г., сконструировав, специальный искровой передатчик, он подключает грозоотметчик к телеграфному аппарату  (рис.7) и передает радиограмму на расстояние 250 м.

 

 

 

6. Звуковое радио

Работы по повышению чувствительности приемника для увеличения дальности связи привели к изобретению слухового приема на головные телефоны. Так кончилась эра когерерных приемников: порошок не запекается проходящим током реле и его не надо встряхивать после приема каждой посылки. Впоследствии оказалось возможным отказаться от порошка, заменив его точечным детектором.

К концу  ХIХ века в развитых странах на телеграфе и телефоне операторы пользовались головными телефонами (их еще называли и называют наушниками). Наряду с этим при проведении пробных экспериментов и опытов передачи электромагнитных колебаний по воздуху, выполненных Бранли, Лоджем, Поповым, Маркони, головные телефоны не применяли. Была очевидна их необходимость для чтения кодов азбуки Морзе, также как в электросвязи. Однако непонятно было, куда их подключить. Несмотря на кажущуюся сейчас простоту технического решения задачи, никому из «великих» европейских умов не приходила идея соединения головных телефонов с разработанными устройствами.

Впервые в звуковом виде эфирные телеграммы были прослушаны на головной телефон в России. Событие произошло в мае 1899 г. П.Н.Рыбкин и А.С.Троицкий  - ассистенты А.С.Попова по согласованной с ним программе отлаживали связь в Кронштадтской гавани между фортами "Милютин" и "Константин". По совету Троицкого, используя головные телефоны, Рыбкин выявлял причину неисправности в приемнике форта "Милютин". При подключении головного телефона параллельно когереру (радиокондуктору) он услышал громкие телеграфные посылки от передающей станции форта "Константин". Через несколько дней аналогично Троицкий принял и расшифровал звуковые импульсы от находящегося на удалении 26 км и участвующего в работах миноносца М 115.

Об открытии было сообщено находящемуся в командировке за границей Попову. Понимая серьезность сообщения, Попов прервал поездку и быстро возвратился в Россию. По прибытии он высоко оценил возможность приема прерывистых « на слух » сигналов, повысившую  чувствительность приемной аппаратуры. В течение месяца им были разработаны три варианта « приемников телефонных депеш » с головными телефонами без реле, электрических звонков и механического «встряхивания» когерера. Схема одного из них приведена  на  рис.8.