Сущность и механизм излучения электромагнитных волн а синуса волны одна за другой



жүктеу 224.29 Kb.

бет1/3
Дата29.01.2017
өлшемі224.29 Kb.
  1   2   3

СУЩНОСТЬ И МЕХАНИЗМ ИЗЛУЧЕНИЯ 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

 

 

А синуса волны одна за другой 



На оси абсцисс набегают...  

Студенческий фольклор 

 

Кратчайшая история вопроса

 

 



На  основании  работ  Фарадея,  изучавшего  электродинамические  (как  тогда 

говорили  «электротонические»)  явления,  Дж.  К.  Максвелл  в  1865  году  вывел 

уравнения,  которые  теперь  именуются  уравнениями  «электромагнитного  поля» 

(сам-то  Максвелл  считал,  что  вывел  уравнения,  описывающие  натяжения, 



кручения  и  волны  в  эфире).  В  1888  году  Г.  Герц  экспериментально  произвёл 

такие 


электрические 

возмущения 

мировой 

среды, 


которые 

вроде 


бы 

согласовывались  с  уравнением  Максвелла.  При  этом  возмущения  не  только 

производились  установкой  Герца,  но  и  уверенно  принимались  на  расстоянии 

простым приемным устройством, что позволило изучить в какой-то степени законы 

их  распространения.  Довольно  большое  время  понадобилось  учёным,  чтобы 

признать,  что  «волны  Герца»  это  и  есть  те  волны  в  эфире,  которые 

предсказывали  уравнения  Максвелла.  Затем  последовало  всеобщее  признание 

заслуг  Г.  Герца.  А  чуть  позже  возникла  тенденция  любые  электромагнитные 

возмущения  объявлять  всё  теми  же  волнами  Герца.  Насколько  нам  известно,  к 

концу XIX века практически один Н. Тесла всерьёз утверждал, что «волны Герца» 

не  единственный  род  возмущений  эфира,  способный  к  распространению  и 

«волнообразному 

поведению». 

В 

доказательство 



этого 

заявления 

он 

демонстрировал  устройства  с  дистанционным  управлением,  которые  исполняли 



команды,  переданные  генераторами  его  собственной  конструкции,  явно  не 

производившими «волн Герца». В то время, хотя Гельмгольц при личной встрече 

с  ним  и  признавал,  что  «волны  Тесла»  принципиально  отличаются  от  «волн 

Герца»,  современники  просто  не  поняли  гениального  серба.  Сегодня  мы  уже 

неплохо понимаем, в чём была разница. По сей день время от времени различных 

исследователей «пробивает» на «грандиозные откровения» вроде того, что кроме 

ЭМВ  Герца  в  окружающей  нас  среде  могут  распространяться  и  другие 


периодические  возмущения  электрической  природы.  Кто-то  объявляет  их 

«продольными  волнами»,  кто-то  награждает  гордым  названием  «торсионных 

полей». Большинство этих «первооткрывателей» просто не в курсе, что первые в 

истории  человечества  опыты  по  дистанционной  передаче  информации  были 

осуществлены  вовсе  не  на  волнах  Герца!  На  сегодняшний  день  в  физике 

известны несколько принципов беспроводной электрической связи на расстоянии: 

 

-  электростатическая  (иначе  называемая  емкостной)  связь.  Любые  два 



диполя  в  открытом  пространстве  оказываются  электрически  связанными,  что 

вытекает  из  простого  закона  Кулона.  Связь  между  такими  диполями  возможна,  в 

том числе и при расположении диполей на одной линии, проходящей вдоль этих 

диполей,  что  резко  отличает  этот  тип  связи  от  связи  через  ЭМВ.  Сила  связи 

быстро  затухает  с  расстоянием,  однако  на  длинных  волнах  в  случае  достаточно 

длинных диполей остаётся возможной на расстояниях до десятков километров. В 

технике используется мало ввиду слабой помехозащищённости. 

 

-  индукционная  (связь  через  так  называемые  «магнитные  поля 



рассеяния»  индуктивностей).  Основана  она  на  законе  индукции  Фарадея, 

наблюдается  между  любыми  двумя  индуктивностями,  в  том  числе  рамками. 

Интенсивно  используется  в  технике,  в  частности,  для  различных  беспроводных 

технологий 

доступа, 

связи, 


питания 

электрических 

устройств. 

Обычно 


ограничивается  метрами,  но  при  определенных  условиях  может  доходить  и  до 

километров.  Широко  известны  беспроводные  микрофоны  на  этом  принципе, 

беспроводные утюги и т.п. Такая связь применяется и в железнодорожной сфере 

http://www.biomechanoid.ru/induktivnaya-svyaz-na-zheleznodorozhnykh-

stanciyakh.html

 



-токовая  (связь  через  токи  растекания  в  проводящих  средах).  Если  через 

пару  контактов  (терминалов)  в  среде  протекают  токи,  то  эти  токи  могут  быть 

обнаружены  на  довольно  значительных  расстояниях  от  терминалов.  Растекание 

токов  –  явление,  хорошо  изученное  в  рамках  техники  безопасности.  На  этом 

явлении  организованы  некоторые  виды  подводной  связи.  Военные  утверждают, 


что  в  состоянии  таким  способом  поддерживать  связь  с  аквалангистами  на 

расстояниях до десятков километров [8,9,10]. 

 

-  волнами  электронной  плотности  на  проводящих  поверхностях.  (Связь 



Тесла).  Если  в  одном  месте  проводящей  плоскости  тем  или  иным  способом 

нарушить  равновесную  плотность  носителей  заряда,  то  носители  придут  в 

движение,  стремясь  восстановить  утраченное  равновесие.  Поскольку  носители 

инерционны,  то  процесс  восстановления  может  носить  волновой  и  даже 

резонансный характер. По всей видимости, Н. Тесла именно этот способ пытался 

положить  в  основу  не  только  глобальной  всемирной  связи,  но  и  энергетики. 

Поведение  подобных  поверхностных  волн  изучено  всё  ещё  плохо.  Следует 

отметить,  что  поверхностная  волна  электронной  плотности  сопровождается  и 

«обычной»  электромагнитной  волной  и  переменным  электрическим  полем  и 

специфическими  магнитными  полями.  Такое  обилие  сопутствующих  процессов 

препятствует  объективному  изучению  явления.  Современные  исследователи 

выделили,  в  частности,  такой  вид  подобных  волн,  как  так  называемые 

«поверхностные акустические плазмоны» и активно их изучают [11]. 

 

 -  электромагнитными  волнами,  от  сверхнизкочастотных  волн  вплоть  до 



частот 

гамма-излучения. 

Отличаются 

максимальным 

«дальнодействием», 

поскольку  их  амплитуда  убывает  обратно  пропорционально  расстоянию  до 

источника.  На  сегодняшний  день  употребление  именно  этого  вида  беспроводной 

связи  стало  настолько  привычным,  что  большинство  людей,  не  только 

обывателей,  но  и  учёных  искренне  убеждено,  что  никаких  других  способов 

беспроводной связи, собственно, и нет. Нам часто приходилось слышать, что мол 

«всё  равно  любые  переменные  электрические  процессы  сопровождаются 

излучением  электромагнитных  волн»,  поэтому,  дескать,  всё  в  итоге  сводится 

именно  к  ним.  Неверное  и  даже  чрезвычайно  вредное  суеверие,  мешающее 

адекватному  пониманию  и  изучению  физической  реальности.  Но,  вернёмся  к 

нашему историческому экскурсу. 

 


 

Рис. 1Радиоприемник А. С. Попова 

 

Рис. 2Передающая и приемная установки Г. Герца 



Основные этапы истории изобретения радиосвязи по литературным 

источникам [5] сегодня выглядят примерно следующим образом: 

В 1829 г. американский физик Джозеф Генри начал экспериментировать с 

лейденскими банками. Со временем он обнаружил, что их электрические разряды 

вызывают возмущения, в результате которых на расстоянии намагничиваются 

металлические иголки. Сейчас считается, что этот эффект производят 

электромагнитные волны, но Генри, естественно, не подозревал об их 

существовании. В 1859 г. немецкий физик Беренд Феддерсен экспериментально 

доказал, что разряды лейденских банок запускают эфирные (как тогда говорили) 

колебательные процессы. В 1883 г. профессор из Дублина Джордж Фрэнсис 

Фицджеральд предложил использовать такие колебания в качестве источника 

максвелловских волн. Однако он не представлял, как эти волны зарегистрировать, 

а потому и ограничился чистой теорией. 

 

 



 

 

 



    

1832г – Фарадей высказал предположение о возможности существования 

электромагнитных волн   

 

 

 



 

 

 



               

1865г – Максвелл создал теорию электромагнетизма, в основе которой лежит 

система уравнений. Одним из следствий системы уравнений Максвелла, 

наиболее поразивших воображение современников, явилось утверждение о 

существовании и распространении со скоростью света электромагнитных волн ( 

сам свет – суть электромагнитная волна.)    

 

 



 

 

      



1866 — Махлон Лумис, американский дантист, заявил о том, что открыл способ 

 беспроволочной   связи. Связь осуществлялась при помощи двух электрических 

проводов, поднятых воздушным змеем и игравших роль передающей и 

принимающей антенны. К какому именно типу связи относились эти эксперименты 

сегодня понять однозначно трудно. Возможно, речь шла об электростатической 

или емкостной связи. 



1868- Лумис заявил, что повторил свои эксперименты перед представителями 

Конгресса США, послав сигналы на расстояние 22,5 км.  



1872 — Лумис получил первый в мире патент на беспроводную связь. Хотя 

президент Грант подписал закон о финансировании опытов Лумиса, 

финансирование так и не было открыто. К сожалению, никаких достоверных 

данных о характере экспериментов Лумиса, равно как и чертежей его аппаратов 

не сохранилось. Американский патент также не содержит детального описания 

устройств, использованных Лумисом.  



1879- Дэвид Хьюз при работе с индукционной катушкой обнаружил эффект 

электромагнитных волн; однако позднее коллеги убедили его, что речь идёт лишь 

об индукции. По-видимому, это и был пример индукционной беспроводной связи. 



1885 - В конце XIX века предпринимались весьма успешные попытки наладить 

беспроводную связь с помощью электромагнитной и электростатической 



индукции. Одна из подобных систем, придуманная знаменитым Эдисоном (его 

патентная заявка была подана в 1885 г. и утверждена в 1891-м), позволяла 

железнодорожным пассажирам получать и отправлять телеграммы 

непосредственно во время движения поезда. Тексты передавались по 

телеграфным линиям, расположенным вдоль полотна, однако расстояние между 

поездом и кабелем они преодолевали без всяких проводов. Учитывая небольшое 

расстояние между поездом и телеграфной линией, можно довольно уверенно 

полагать, что этот участок сигнал преодолевал за счёт взаимоиндукции 

проводников катушки и телеграфных проводов.  Эдисоновская аппаратура 

безупречно работала на трех железнодорожных маршрутах, однако 

коммерческого успеха не имела и потому продержалась недолго. Тогда же 

главный инженер британской почтовой службы Уильям Прис  успешно 

экспериментировал с индукционной передачей морзянки между прибрежными 

приемно-передающими станциями, разнесенными на несколько километров. 

Аналогичные опыты в 1894 г. провел под Берлином профессор Эрих Ратенау. Во 

всех этих и подобных им экспериментах сигналы фактически передавались с 

помощью низкочастотных сигналов, бесполезных для практической радиотехники. 

Тем не менее, эти опыты показывали, что беспроводная электромагнитная связь 

принципиально возможна. 

1888 — немецкий физик Г. Герц доказал существование электромагнитных волн. 

Герц с помощью устройства, которое он назвал вибратором, осуществил 

успешные опыты по передаче и приему электромагнитных сигналов на расстояние 

и без проводов. Это уже была без сомнения связь на электромагнитных волнах



1890 — физиком и инженером Эдуардом Бранли во Франции изобретён прибор 

для регистрации электромагнитных волн, названный им радиокондуктор (позднее 

— когерер). В своих опытах Бранли использует антенны в виде отрезков 

проволоки. Результаты опытов Эдуарда Бранли были опубликованы в Бюллетене 

Международного общества электриков и отчётах Французской Академии Наук. 

1891 — Никола Тесла (Сент-Луис, штат Миссури, США) в ходе лекций публично 

описал принципы передачи радиосигнала на большие расстояния.  



1893 — Тесла патентует радиопередатчик и изобретает мачтовую антенну, с 

помощью которой в 1895 г. передаёт радиосигналы на расстояние 30 миль. 

Возможно, речь идёт именно о поверхностных волнах, а не о «волнах Герца». 

Между 1893 и 1894 — Роберто Ланделл де Мора, бразильский священник и 

учёный, провёл эксперименты по передаче радиосигнала. Их результаты он не 

оглашал до 1900 г., но впоследствии получил бразильский патент.  

1894 -  Маркони, по своим воспоминаниям, под влиянием идей проф. Риги, 

высказанных в некрологе памяти Герца, начинает эксперименты по 

радиотелеграфии (первоначально — с помощью вибратора Герца и когерера 

Бранли). Однако никаких письменных свидетельств того времени, которые могли 

бы подтвердить опыты  Маркони,  проводимые в 1894 году, не имеется.  

14 августа 1894 — первая публичная демонстрация опытов по беспроводной 

телеграфии Оливером Лоджем и Александром Мирхедом на лекции в театре 

Музея естественной истории Оксофрдского университета. В ходе демонстрации 

радио-сигнал был отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском 

корпусе и принят аппаратом в театре (40 м.). Изобретённый Лоджем 

радиоприёмник («Прибор для регистрации приёма электромагнитных волн») 

содержал радиокондуктор — «трубку Бранли», которому Лодж дал название 

когерер, источник тока, реле и гальванометр; для встряхивания когерера с целью 

периодического восстановления его чувствительности к «волнам Герца» 

использовался электрический звонок или механизм с молоточком-зацепом.  



7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-

Петербурге Александр Степанович Попов читает лекцию «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. При этом 

Попов внёс в конструкцию усовершенствования. В радиоприёмнике Попова 

молоточек, встряхивавший когерер, работал не от часового механизма, а от 

радиоимпульса. 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, под названием «грозоотметчик».  

Лето 1895 г. -  Маркони  добивается передачи радиосигнала на 1,5 км. Однако, 

никакими документами это не подтверждено.  



Сентябрь 1895 — по некоторым утверждениям, Попов присоединил к приёмнику 

телеграфный аппарат и получил телеграфную запись принимаемых 

радиосигналов. Однако никаких документальных свидетельств об опытах Попова 

с радиотелеграфией до декабря 1897 г. (то есть до опубликования патента и 

сообщений об успешных опытах  Маркони ) не существует. Версию о передаче 

Поповым радиограммы раньше  Маркони  измыслил В. С. Габель. 

2 июня 1896 г. —  Маркони  подаёт заявку на патент.  

2 сентября 1896 —  Маркони  демонстрирует своё изобретение на равнине 

Солсбери, передав радиограммы на расстоянии 3 км.  



1897 — Оливер Лодж изобрёл принцип настройки на резонансную частоту. Хотя 

Тесла и описал такое решение за несколько лет до него. 



1897- Французский предприниматель Эжен Дюкрете строит экспериментальный 

приёмник  беспроволочной  телеграфии по чертежам, предоставленным А. С. 

Поповым.  

2 июля 1897-  Маркони  получает британский патент № 12039, 

«Усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов в 

передающем аппарате». В общих чертах приёмник  Маркони  воспроизводил 

приёмник Попова, (с некоторыми усовершенствованиями), а его передатчик — 

вибратор Герца с усовершенствованиями Риги. Принципиально новым было то, 

что приёмник был изначально подключен к телеграфному аппарату, а передатчик 

соединён с ключом Морзе, что и сделало возможным радиотелеграфическую 

 связь.  Маркони  использовал антенны одной длины для приёмника и 

передатчика, что позволило резко снизить требования к  мощности передатчика; 

кроме того, детектор  Маркони  был гораздо чувствительнее детектора Попова, 

что признавал и сам Попов. 

6 июля 1897 —  Маркони  на итальянской военно-морской базе Специя передаёт 

фразу Viva l’Italia из-за линии горизонта — на расстояние 18 км. 



Ноябрь 1897 — строительство  Маркони  первой постоянной радиостанции на о. 

Уайт, соединённой с Бормотом (23 км.).  



18/30 декабря 1897- Попов на заседании Русского физико-химического общества, 

используя вибратор Герца и приёмник собственной конструкции, передаёт на 

расстояние 250 м первую в России радиограмму: «Генрих Герц».  

Январь 1898 — Первое практическое применение радио:  Маркони  передаёт (за 

обрывом телеграфных проводов из-за снежной бури) сообщения журналистов из 

Уэльса о неминуемой смерти Гладстона.  

Май 1898 —  Маркони  впервые применяет систему настройки на частоту.  


1898-  Маркони  открывает первый в Великобритании «завод  беспроволочного  

телеграфа» в Челмсфорде, Англия, на котором работают 50 человек.  



Конец 1898 — Эжен Дюкретэ (Париж) приступает к мелкосерийному выпуску 

приёмников системы Попова. Согласно мемуарам Дюкретэ, чертежи устройств он 

получил от А. С. Попова, благодаря интенсивной переписке.  

1898- присуждение А. С. Попову премии Русского Технического Общества в 1898 

г. «за изобретение приёмника электромагнитных колебаний и приборов для 

телеграфирования без проводов».  

3 марта 1899 — Радиосвязь впервые в мире была успешно использована в 

морской спасательной операции: с помощью радиотелеграфа спасены команда и 

пассажиры потерпевшего кораблекрушение парохода «Масенс» (Mathens).  

Май 1899- Помощники Попова П. Н. Рыбкин и Д. С. Троицкий обнаружили 

детекторный эффект когерера. На основании этого эффекта Попов 

модернизировал свой приёмник для приёма сигналов на головные телефоны 

оператора и запатентовал как «телефонный приёмник депеш».  



1899 - сэр Джагдиш Чандра Боз (Калькутта) изобрёл ртутный когерер.  

1900- Радиосвязь вновь, впервые в России, была успешно использована в 

морской спасательной операции. По инструкциям Попова была построена 

радиостанция на острове Гогланд, возле которого находился севший на мель 

броненосец береговой обороны Генерал-Адмирал Апраксин. Радиотелеграфные 

сообщения на радиостанцию острова Гогланд приходили с находящейся в 25 

милях передающей станции Российской Военно-Морской базы в Котке, которая 

телеграфной линией была связана с Адмиралтейством Санкт -Петербурга. 

Приборы, использовавшиеся в спасательной операции, были изготовлены в 

мастерских Эжена Дюкретэ. В результате обмена радиограммами ледоколом 

Ермак были также спасены финские рыбаки с оторванной льдины в Финском 

Заливе. 

1900-  Маркони  получает патент № 7777 на систему настройки радио («Oscillating 

Sintonic Circuit»).  



1900- Работы Попова отмечены Большой золотой медалью и Дипломом на 

международной электротехнической выставке в Париже. 



12 декабря 1901  Маркони  провёл первый сеанс трансатлантической радиосвязи 

между Англией и Ньюфаундлендом на расстояние 3200 км (передал букву S 

Азбуки Морзе). До того это считалось принципиально невозможным. Доселе 

исследователи истории науки спорят, можно ли такой результат (прием одиночной 



буквы!) вообще всерьёз считать фактом установления радиосвязи. В сегодняшней 

практике радиосвязи для подтверждения факта связи требуется много, много 

большее – как минимум правильный приём позывного из 6-9 символов. 

1905 -  Маркони  берёт патент на направленную передачу сигналов.  

1906- Реджинальд Фессенден и Ли де Форест совершают открытие амплитудной 

модуляции радиосигнала, что позволило передавать в эфире человеческую речь.  



1909 - Присуждение  Маркони  и Ф.Брауну Нобелевской премии по физике «в знак 

признания их заслуг в развитии  беспроволочной  телеграфии».  

Из  этой  исторической  справки  можно  увидеть,  что  первые  десятилетия 

истории  беспроводной  связи  исследователи  безбожно  путали  различные  виды  и 

способы  этой  связи,  прежде  чем  пришли  к  некоему  единомыслию.  Причем 

единомыслие  это  в  наши  дни  стало  настолько  «железобетонным»,  что  явно 

мешает  уже  дальнейшему  продвижению  в  познании  электрических  явлений. 

Встаёт интересный вопрос: так что же, все эти разнообразные виды беспроводной 

связи    имеют  совершенно  разную  природу,  абсолютно  различные  механизмы 

возникновения  и  передачи?  К  сожалению,  в  сегодняшней  физике  «де  факто» 

сформировалось  и  получило  распространение  именно  такое  отношение.  Причём 

оно  мирно  соседствует  с  прямо  противоположной  идеей  о  том,  что  вообще 

никаких  передающихся  на  расстояние  электрических  явлений  нет,  кроме 

«электромагнитных волн». Удивительно. Итак, обозрев вкратце историю открытия 

освоения  беспроводной  электрической  связи,  в  т.  ч.  связи  на  электромагнитных 

волнах,  как  явного  и  даже  «деспотичного»  лидера  в  этой  области,  обратимся 

теперь  к  вопросу,  что  же  такое  «электромагнитная  волна»  в  современном 

понимании, и что за этим термином усматриваем мы




  1   2   3


©emirb.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал