|
диэлектрика, их разделяющего. Если обкладки конденсатора соединить кусочком
проволоки, то произойдет его быстрая разрядка — электроны с той пластины, где
они находились в избытке, перетекут на другую, где их не хватало, после чего
заряд каждой из обкладок будет равен нулю.
Ну а если конденсатор разряжать не сам на себя, а через индукционную
катушку? В этом случае наблюдается очень интересное явление. Представим себе
заряженный конденсатор, к обкладкам которого присоединили катушку. Очевидно,
конденсатор начнет разряжаться, и в цепи появится электрический ток, однако
сила его не достигнет сразу максимального значения, а будет увеличиваться
постепенно вследствие явления самоиндукции в катушке. В тот момент, когда
конденсатор полностью разрядится, сила тока в катушке достигнет максимальной
величины. Что же получится? Несмотря на то что обе пластины конденсатора уже
будут иметь нулевой заряд, протекание тока через катушку продолжится, поскольку
вследствие той же самоиндукции ток в катушке не может прекратиться мгновенно.
Катушка словно превратится на несколько мгновений в источник тока и будет
заряжать конденсатор точно так же, как это делала электрическая батарея. Только
теперь заряды пластин меняются местами — та, которая, до этого была
отрицательно заряженной, становится положительной, и наоборот. В результате,
когда ток в катушке будет равен нулю, конденсатор окажется снова заряженным. Он,
впрочем, в то же мгновение опять начнет разряжаться через катушку, и весь
процесс повторится в обратном направлении. Если бы не было неизбежных потерь
электроэнергии, такая перезарядка могла бы происходить сколь угодно долго.
Описанное явление называют электрическими колебаниями, а систему
конденсатор — катушка, в которой происходят эти колебания, — колебательным
контуром. В зависимости от того, сколько раз за одну секунду конденсатор успеет
перезарядиться, говорят о той или иной частоте колебаний. Частота колебаний
напрямую связана со свойствами колебательного контура, прежде всего,
индуктивностью катушки и емкостью конденсатора. Замечено, что чем меньше эти
величины, тем больше частота колебаний в контуре, то есть конденсатор успевает
большее число раз перезарядиться за одну секунду.
Как и любые колебания (например, колебания маятника), колебания в системе
конденсатор — катушка, если их не поддерживать извне, со временем прекратятся,
так как первоначальная энергия будет расходоваться на нагрев проводов и
электромагнитное излучение. Это означает, что с каждым колебанием максимальная
величина тока в катушке и максимальное напряжение на обкладках конденсатора
будут все меньше и меньше. Однако точно так же, как колебание маятника в
механических часах, электрические колебания можно поддерживать, если, к примеру,
подключить конденсатор к внешнему источнику переменного тока. Но переменный
ток, как мы помним, тоже изменяет свою величину с определенной частотой, или,
говоря другими словами, имеет собственную частоту колебаний. Любой
колебательный контур не безразличен к тому, какую частоту колебания имеет
питающий его ток. Если, к примеру, этот ток имеет слишком большую или слишком
маленькую частоту колебания по сравнению с частотой колебания самого контура,
то сила тока и его напряжение в колебательном контуре никогда не будут большими
(поскольку это внешнее воздействие будет больше мешать его собственным
колебаниям, чем помогать им). Однако в тех случаях, когда частота колебаний
внешнего тока близка к собственной частоте колебаний контура, сила тока и
напряжение контурного тока начинают возрастать и достигают своего максимума при
полном совпадении этих частот. В этом случае говорят, что колебательный контур
находится в резонансе. Особенно ярко проявляется резонанс в контурах с
небольшим сопротивлением. В этом случае напряжение на конденсаторе и катушке
может во много раз превосходить внешнее напряжение питающего тока. Происходит
своего рода всплеск или бросок напряжения.
Явление электрического резонанса и было использовано для осуществления
избирательной радиосвязи. Маркони одним из первых стал настраивать
колебательные контуры передающей и принимающей станций на одну и ту же частоту.
Для этого он, в частности, использовал свой джиггер, включая параллельно его
вторичной обмотке конденсатор и получая таким образом колебательный контур.
Схема передатчиков также была изменена включением в цепь антенны индуктивных
катушек и конденсаторов, так что каждая передающая станция могла передавать
сигналы с определенной частотой колебания волны. Поскольку теперь несколько
радиостанций передавали сообщения каждая со своей частотой, то излучаемые ими
волны возбуждали в приемной антенне переменные токи различных частот. Но
приемник выбирал только те сигналы, частота которых совпадала с собственной
частотой колебания его колебательного контура, ведь только в этом случае
наблюдалось явление резонанса. Джиггер в этой схеме работал как фильтр и
усиливал не любой антенный ток (как это было прежде), а выделял среди них ток
той частоты, на которую был настроен данный приемник. С этого времени
резонансные контуры стали неотъемлемой частью как приемных, так и передающих
устройств.
В начале XX века уже несколько десятков ученых во многих странах с
увлечением занимались беспроволочным телеграфом. Однако наибольшие успехи
попрежнему были связаны с именем Маркони, который, несомненно, был одним из
самых выдающихся радиотехников этого времени. После ряда опытов передачи на
большие расстояния Маркони сделал поразительное открытие — оказалось, что
выпуклость земного шара нисколько не мешает движению электромагнитных волн. Это
подтолкнуло его к эксперименту по телеграфированию через океан. Уже в 1901 году
состоялась первая в истории трансатлантическая радиопередача, во время которой
помощник Маркони, Флеминг, передал с английской станции в Польдю кодом Морзе
букву "S", а Маркони, находившийся на другом берегу Атлантического океана, на
|
|