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. Грозоотметчик
6. Звуковое радио
7. Биография Попова 9
8. Маркони – англо-итальянский Попов 11
Заключение
Литература
Введение
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.
- 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.
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.
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.
- 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.
В Европе и Америке в радиоприемниках головные телефоны быстро прижились, стали основным средством обработки телеграфных и телефонных посланий. Регистрирующие пишущие механизмы стали включать лишь для документирования отправлений.
Следующий 1900 год стал для Попова годом триумфа. За разработку серии приемников
с головными телефонами, подготовку их
серийного
Рис.9.
- Биография Попова
Александр Степанович Попов родился в 1859 г. на Урале в поселке Турьинские Рудники (теперь город Краснотурьинск). В семье его отца, местного священника, кроме Александра было еще шестеро детей. Сашу отдали учиться сначала в начальное духовное училище, а затем в духовную семинарию. Учился Саша очень хорошо и отличался любознательностью. Он любил мастерить различные игрушки и простые технические устройства. Эти навыки моделирования очень пригодились ему, когда пришлось самому изготавливать физические приборы для своих исследований.
После окончания общеобразовательных классов Пермской духовной семинарии Александр успешно сдал вступительные экзамены на физико-математический факультет Петербургского университета.
В студенческие годы сформировались научные взгляды Попова: его особенно привлекали проблемы новейшей физики и электротехники.
Успешно окончив в 1882 г. университет, А. С. Попов поступил преподавателем в Минный офицерский класс в Кронштадте. Свободное время он посвящает физическим опытам и изучению электромагнитных колебаний, открытых Г. Герцем.
В результате многочисленных опытов и тщательных исследований Попов пришел к изобретению радиосвязи. Он построил первый в мире радиоприемник – «прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний». В качестве источника электромагнитных колебаний Попов пользовался вибратором Герца.
7 мая (25 апреля по старому стилю) 1895 г. Попов сделал доклад на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге и продемонстрировал в действии свои приборы связи. Это был день рождения радио.
Если бы Александр Степанович экспериментировал в другой области физики, радио все равно было бы открыто через несколько лет, так как к этому были все предпосылки. Именно А. С. Попов соединил в своем приемнике когерер и реле для усиления постоянного тока для подключения документирующего телеграфного аппарата, ввел обратную связь в систему восстановления чувствительности когерера и впервые применил приемную антенну.
Александр Степанович проявил себя как идеальный разработчик, гармонично сочетающий инженера и ученого. В Мемориальном музее А. С. Попова сохранился его журнал для регистрации результатов экспериментов, в котором приведены 2000 вольтамперных характеристик различных пар материалов, снятых в поиске лучшего детектора.
Много сил и времени посвятил Попов совершенствованию своего радиоприемника. Сначала передача велась всего на несколько десятков метров, потом на несколько километров, а затем на десятки километров. Экспериментируя с приборами связи, Попов обнаружил, что на их работу влияют грозовые разряды. Чтобы исследовать это явление, Попов построил и испытал специальный прибор для записи на бумажную ленту атмосферных и электрических разрядов. Этот прибор, названный впоследствии грозоотметчиком, нашел в те годы применение в метеорологии.
Зимой 1899 – 1900 гг. приборы радиосвязи Попова выдержали серьезный экзамен, они были успешно применены при спасении броненосца «Генерал-адмирал Апраксин», потерпевшего аварию у острова Гогланд. Незадолго до этого Попов построил приемник нового типа, который принимал телеграфные сигналы на наушник на расстоянии 45 км.
В 1901 г. Попов стал профессором Петербургского электротехнического института.
Свою научную деятельность А. С. Попов постоянно совмещал с преподавательской и просветительской. Сохранившееся описание лаборатории Минного офицерского корпуса и мемориальная лаборатория Санкт-Петербургского электротехнического института показывает, как он приучал студентов к исследованиям в процессе обучения, создавал условия для этого. Лаборатории изобилуют реальными устройствами и измерительным оборудованием, необходимым для изучения физических процессов, знание которых необходимо для разработки и эксплуатации оборудования. А. С. Попов читал интересные лекции, жил интересами студентов, боролся за их свободу, право на обучение, выбор преподавателей. Он пользовался признанием коллег в России и за рубежом и закономерно был избран в сентябре 1905 г. директором электротехнического института. Ему пришлось бороться с царскими чиновниками за демократические права студентов. Воплотить идеи перестройки высшего образования России помешала скоропостижная смерть в новогоднюю (1905/1906 гг.) ночь в возрасте 46 лет. Так преждевременно оборвалась жизнь ученого, гений которого подарил человечеству радио.
Нелишне отметить еще одно важное историческое событие, происшедшее уже по истечении 110 лет изобретения радио А. С. Поповым. В 2005 г. Исторический центр международного сообщества IЕЕЕ (Тhe Institute of the Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров электротехники и электроники, образованный в 1884 г. в США) согласился с ходатайством Российской северо – западной секции IЕЕЕ установить мемориальную доску на родине изобретателя. В мае 2005 г. изготовленная в США бронзовая памятная панель была доставлена в Петербург и установлена у входа в Мемориальный музей – лабораторию А.С.Попова при Санкт – Петербургском государственном электротехническом университете. Внешний вид панели и перевод текста представлены на рис. 10.
- Маркони – англо-итальянский Попов
Итальянский изобретатель Г.Маркони начал свои опыты несколько позже Попова. Он тщательно следил за всеми достижениями в области электротехники и изучения электромагнитных волн, и умело использовал их для улучшения качества радиоприема и радиопередачи.
Формально схема приемника Г. Маркони стала известна 2 июля 1897 г., т. е. через 26 месяцев после выступления А. С. Попова на заседании Русского физико-химического общества в Санкт - Петербурге. По меркам приоритетности 26 месяцев очень большой срок. В устройстве Маркони должны были быть очень существенные отличия, чтобы считать его изобретателем радио. Однако таких отличий нет. Дополнительные шунтирующие резисторы и еще одна батарея для питания реле могут быть отнесены только к несущественным пополнениям, вряд ли оказывающим заметное положительное влияние на стабильность работы устройства.
Его большая заслуга лежит не столько в технической стороне дела, сколько в организационной. Нельзя не отметить Г.Маркони, который считается первым в области коммерческого применения радиосвязи. Основанная им фирма успешно совершенствовала оборудование, ему приписывается первое применение передающих антенн. Но и это не мало, так что имя Маркони следует произносить с уважением, не забывая в то же время, что бесспорный, признанный во всем мире приоритет в создании радио принадлежит скромному русскому ученому А.С. Попову.
Заключение
Идут годы. И каждый из них привносит что-то новое в науку о природе, обогащая ее новыми фактами, явлениями, гипотезами, теориями. Количественное накопление этих фактов и явлений часто приводит к качественным изменениям наших представлений о мире и законах, им управляющих. То, что относительно недавно было общепринятым, сегодня вступает в противоречие с новыми теориями, а новые теории вскоре сами приходят в повседневную практику. Идет непрерывный процесс познания нами материи и видов ее движения, познания закономерностей в единстве и взаимосвязи многочисленных форм существования материи.
Радиосвязь начала победное шествие по планете, в свою очередь, активируя развитие всего того комплекса, который мы теперь объединяем общим термином – радио, т. е. все применения электромагнитных колебаний и возбуждаемых ими электромагнитных волн в системах конечных размеров.
Сегодня средствами радиосвязи оснащены все виды самолетов, морских речных судов, научные экспедиции.
Современному человеку трудно представить себе жизнь без телевидения. Оно прочно вошло в наш быт (в том числе и спутниковое телевидение), завоевало прочные позиции в промышленности при использовании систем автоматизированного управления, в медицине, педагогике, астрономии, связи и т.д. Область применения радиолокации становится все более обширной.
Жизнь сегодня невозможно представить без сотового телефона.
Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи ХХI века.
Литература
- Глухова Г.Н., Самойленко П.И., Чепцов А.А. Физика. – М.: Высш. шк., 1987.
- Китайгородский А.И. Электроны. – М.: Наука, 1984.
- Л.И.Мандельштам. Из предыстории радио. Сборник оригинальных статей и материалов, вып.1– М. – Л.: Изд- во АН СССР, 1948
- Шапкин В.И. Радио: открытие и изобретение. – М.: ДМК ПРЕСС, 2005.
