"Радиолюбитель", №3-4, февраль, 1926 год, стр. 61-62
Сделать радиоприемник из подручного материала — гордость всякого радиолюбителя. Разве заслуга, в самом деле, купить приемник, прочитать или выслушать инструкцию, как "настраиваться", как находить точку кристалла и, в лучшем случае, следовать ей со слепой верой в то, что приемник не выдаст, а передана станции имени Коминтерна не с‘ест какой-нибудь другой, менее мощной передачи? Но после нескольких неудач счастливый собственник начинает проявлять некоторое возбуждение: рукоятки вращаются все яростнее, детектор не устанавливается, а тычется в точку, клеммы скрипят в клещах радиолюбительских пальцев, ищущих предательства в частях перепуганного аппарата. Наконец, применяется "оперативное" лечение со вскрытием полости; отвертка разоблачает внутренность приемника. Вот катушка: витки проволоки, похожей на ту, из которой делается звонковая проводка. Вот еще какой-то сложенный на манер папиросной бумаги в книжке приборчик, будто бы "конденсатор". Еще кое-что менее примечательное. Неизвестно, с чего начинать операцию ремонта. Пустяки, но замысловатые! Вот эти витки проволоки — что с ними делать, зачем они?
Они намотаны так, что составляют целую катушку. Эта катушка носит названне катушки самоиндукции. Первое, что приходит в голову, — это то, что провод смотан в катушку для экономии места, в роде виток. Больше на первый взгляд ничего не скажешь, — думает радиолюбитель. Такая катушка обладает известными электрическими и магнитными свойствами, которые мы сейчас исследуем.
Найдется ли у вас обыкновенный компас, или, еще проще, намагниченная стальная иголка (рис. 1), подвешенная на нити или укрепленная на острие иглы так, чтобы она могла поворачиваться? Всем известно, что с помощью компаса, с помощью такой магнитной стрелки можно узнать страны света: один конец ее неизменно устремлен на север (этот конец называется южным полюсом магнита), другой — на юг (это — северный полюс магнита). Нужны специальные усилия, чтобы повернуть стрелку в сторону. Для этого, например, достаточно приблизить к ней обыкновенный подковообразный стальной магнит; или достаточно поднести стрелку к проводнику, по которому идет электрический ток от элемента; тогда стрелка станет под прямым углом (поперек) к проводнику (рис. 2). Наконец, если в отверстие катушки поместить компас и пропустить через катушку ток, то стрелка опять-таки отклонится.
Все эти опыты наводят на размышления. Так, — рассуждаете вы, — раз один из концов стрелки, скажем, тот, который показывает север, поворачивается к какому-то полюсу магнита, значит — это южный полюс, ибо известно, что только южный полюс магнита может притягивать к себе северный полюс стрелки компаса. Но как же и отчего происходит это притяжение одного полюса, например, северного, другим южным, и наоборот? На первый вопрос наука дает ответ, но ответить на второй она затрудняется. Из опыта видно, что в магните сосредоточена некоторая сила. Так вот, природа этой силы нам неизвестна. Но ведь неизвестна нам достаточно и природа электрического тока и многое другое. Однако, специальные магниты (так называемые электромагниты), имеют большое практическое значение в электротехнике и в промышленности, и электрический ток несет великую службу перед человечеством, хотя и носит до сих пор маску неизвестности. И это возможно потому, что человек изучил законы действия этих неизвестных ему сил.
Вот как рассуждает человек. Южный полюс магнита поворачивает к себе северный полюс стрелки. Не видно при этом никакой вещественной нити, которая бы тянула конец стрелки к магниту. Но для удобства эти нити можно себе представить; ими можно мысленно заселить все пространство, окружающее магнит, каждая из этих линий выходит из одного полюса и входит в другой (рис. 3). Эта линия показывает, по какому пути действует сила магнита; она, можно сказать, сигнализирует, предупреждает, что, если на нее попадает какой-нибудь маленький магнитик, то она укажет ему, как он должен расположиться. Каждая такая линия обозначает скрытую силу магнитного действия. Эти линии располагаются гуще к полюсам и все реже по мере удаления от них. Пространство, заполненное этими силовыми линиями, называется магнитным полем.
Что же значит отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока, идущего по прямому проводу, как мы это видели на рис. 2? Оно свидетельствует о том, что проводник с током действует подобно магниту и что вокруг проводника тоже существуют магнитные линии. Мы можем убедиться с помощью нашей стрелки, как расположены эти магнитные линии. Окажется, что они расположены кольцами вокруг провода (рис. 4).
Прохождение по проводу тока сопровождается, таким образом, намагничиванием пространства вокруг этого провода. В момент, когда в проводе только еще появляется ток, вокруг провода разбегаются кольца магнитных линий — все дальше и дальше, — пока ток не установится. Когда ток установился, эти магнитные кольца застывают неподвижно. Если батарейку разомкнуть, то, вместе с исчезновением тока, исчезают магнитные кольца, сбегаясь к проводу и сжимаясь так, как будто они сделаны из упругой резины.
Электрический ток вызывает магнитное действие, но многое в природе, как говорят, обратимо; поэтому возможно обратное: магнитное поле можно использовать для возбуждения тока, если проводник двигать в гуще магнитных линий. При этом обязательно, чтобы силовые линии пересекали проводник. Неподвижные магнитные кольца не производят этого действия.
Поэтому ток в проводнике можно получить, если двигать возле него магнит (рис. 5).
Проделаем другой опыт (рис. 6): при помощи ключа будем то пропускать то прекращать ток в проводе А; при этом вокруг этого провода магнитные линии будут то возникать, расширяясь вокруг провода А, то исчезать, возвращаясь к нему. Тогда в другом каком-нибудь замкнутом проводнике Б, расположенном рядом с первым, будет возникать наведенный электрический ток, так как силовые линии первого провода пересекают в своем движении второй провод. Этот наведенный ток носит название "индуктированного" тока, и все описанное явление называется индукцией.
Таким образом, магнитное поле можно взять в работу, лишь бы только оно находилось в непрестанном движении. Но это будет тогда, когда ток, который вызывает эти магнитные линии, будет каждое мгновение менять свою величину. Таков так называемый переменный ток: таким током освещается, например, Москва. Изменения этого тока происходят таким образом. В некоторый момент тока в проводах совершенно нет. Потом он наростает, идя по одному из двух имеющихся проводов от электростанции к вам в лампу и возвращаясь по второму проводу; дойдя до наибольшей силы, он уменьшается и в некоторый момент (1/100 секупды после первого исчезновения) он опять исчез в проводе; затем он наростает снова, но уж в обратном направлении достигает наибольшей величины и снова исчезает и т. д. Тот ток, который принимает радиоприемник, также переменный, но направление его в проводе меняется не 100, а несколько сот тысяч и даже миллионов раз в 1 секунду. Трудно себе представить, какие частые "взлеты" будет делать магнитное поле вокруг провода! Миллионы рая в 1 секунду выбрасываются в пространство пачки магнитных линий!
Вернемся к опыту с двумя проводами, расположенными рядом. В первый пускается электрический ток от элемента. Магнитные круги разошлись так, как разбегаются круги по тихой воде, когда погрузишь в нее камень. Круги пересекают второй провод, как если бы над поверхностью взволнованвой воды торчал столб: волны обовьют его и пойдут дальше. Но доля энергии, затраченной на бросание камня или на то, чтобы вызвать и погнать волны, воспринята столбом. Так, если он стоит непрочно, а волна большая, он свалится и поплывет. Также и второй провод поглощает своим индуктированным током энергию магнитных колец и обессиливает ток в первом проводе; таким образом, нарастание тока в первом проводе происходит медленее, нежели это произошло бы в отсутствие второго провода, если бы магнитные круги распространялись, так сказать, в чистом поле. Но та энергия, которая взята от магнитных линий вторым проводом, в нем не пропадет, если, конечно, она не используется в нем для каких-нибудь надобностей. Эта энергия, что называется, "про черный день". Когда ток в первом проводе начнет пропадать, второй провод двинет свой запасец и продлит существование этого тока. (Уже после, как камень будет извлечен из воды и должна будет наступить гладь, тяжелый столб будет покачиваться на волнах). Одним словом, всякий провод, помещенный рядом с нашим первым, через который мы пропускаем ток от источника, действует так, как будто он служит гирей, подвешенной к телеге: труднее раскатить, но если раскатить, то труднее остановить. Такое свойство носит название инерции.
В электротехнике же это свойство особенно ясно выражено в так называемых катушках самоиндукции. Как раз такую катушку вы найдете в любом приемнике и любом передатчике. Сверните витком прямой провод с идущим в нем током. Все магнитные круги пройдут через отверстие витка. Мало того: главное в том, что эти круги теперь будут охватывать не только свой виток, но и соседние (рис. 7). В этих соседних витках магнитные круги будут индуктировать токи, а нам известно, к чему это приведет: к сглаживанию толчков тока как при его наростании, так и при уничтожении. Это свойство катушки и называется самоиндукцией. Самоиндукция тем больше, чем больше число витков катушки, чем больше витки и чем гуще они намотаны.
В заключение: зачем это нужно? Для примера возьмите грузовик, автомобиль и мотоциклетку. Они служат для различных целей. От первого не требуется большой быстроты — он должен быть силен, прочен и устойчив; второй легче и более быстроходен; третья — чем легче, тем лучше и — максимум скорости. Вы читаете программу: "ст. Коминтерн 1.450 метров. Станция МГСПС 450 метров". Это значит, что ток, даваемый на первой волне, изменяется медленно, тяжело — это грузовик. Ток станции МГСПС подвижнее, больше чем в три раза. 660.000 раз в 1 секунду он поворачивается в проводе туда и сюда. Его легкость — легкость и быстрота мотоциклетки. Наш приемник не должен поэтому затруднять, прохождение этого быстрого тока большой электрической тяжестью (инерцией), какой является катушка самоиндукции с очень большим числом витков. Поэтому, если переход от длинной волны к короткой вы можете сделать изменением витков катушки, то действуйте по правилу: больше волна, больше витков и наоборот.
Роль самоиндукции в радиоприборах станет яснее, когда познакомимся с тем, что такое колебательный контур.