"Радиолюбитель", №10, июль, 1925 год, стр. 214-215

Электромагнитные волны

В. Шульгин

Приблизив к зажженной электрической лампе московского городского тока один из полюсов магнита, мы заметим, что нити лампы придут в колебание, говорящее о том, что вокруг нитей создается переменное магнитное поле, ибо московский ток — переменный и имеет 50 "периодов", т.-е. поле меняется 50 раз в секунду (рис. 1).

Рис. 1. Нить лампы накала, питающейся переменным током, колеблется при приближении к ней магнита.

Такой ток может быть источником весьма длинных электромагнитных волн, которые со скоростью света излучаются из них, — разносятся по всем направлениям в мировом эфире. Вычислив длину этих волн по очень простой формуле: X = c/n, где c есть скорость света, а n — частота перемен, найдем X = 6.000 километрам; следовательно, одна волна простирается от Москвы до середины Сибири. Такие длинные волны не годятся для целей сигнализации, а потому на радиостанциях применяются волны всего лишь в тысячи и сотни метров длиной. Так, длина волны московской телефонной радиостанции им. Коминтерна — 1450 метров, следовательно, переменный ток, "снующий" в антенне и "отшнуровывающийся" в мировой эфир, имеет частоту

Несмотря на эту большую частоту перемен, волны, посылаемые нашими радиостанциями, являются все же гигантами, по сравнению с электромагнитными волнами иного рода, иных "станций", также колыхающих мировой эфир.

Это — волны света.

Максвелл¹) теоретически построил, а целый ряд экспериментаторов подтвердил электромагнитную теорию света. По этой теории свет солнца, звезд, зажженной свечи является также ни чем иным, как электромагнитными волнами. Они взбудораживают сетчатую оболочку глаза и создают в нашем мозгу впечатление того "прекрасного мира", который нас окружает, они же действуют на фотографическую пластинку, ибо взбудораживают и самые молекулы бромистого серебра.

Световые волны — очень короткие волны.

Зажжем свечу на нашем столе, и мы будем иметь своего рода "радиостанцию", только с чрезвычайно короткими волнами, а, следовательно, с огромной частотой колебаний. Наиболее длинные из видимых глазом волн — красного цвета — имеют размер всего лишь 0,4 микрона, т.-е. 0,0004 миллиметра, следовательно, частота того переменного тока, какой возникает в атоме светящегося тела, будет не 50 периодов, как у московского тока, и не двести тысяч, как у радио, а 75 · 10¹³ периодов²).

Такое число колебаний дает внутриатомный "переменный ток" светящегося тела. Солнце — вот могучая радиостанция — источник коротких электромагнитных волн. Первый, кто догадался зажечь костер с целью предупредить свое племя о приближающейся опасности, был в сущности первым "радиотехником".

Для поддержания колебаний при передаче и приеме электромагнитных волн служат колебательные контура с катушкой самоиндукции и конденсатором емкости.

Для длинных волн катушка берется с большим числом витков, для коротких — с малым.

Чем меньше витков имеет включенная в контур самоиндукция, тем короче волна контура; для очень коротких волн можно ограничиться лишь одним витком, для еще более коротких волн можно взять два куска проволоки и расположить их на некотором расстоянии друг от друга. И такой "колебательный контур" обладает своей, правда, малой емкостью и самоиндукцией, а следовательно и своей длиной волны.

Нечего говорить о том, что по техническим соображениям мы не можем создать колебательных контуров, имеющих емкость, и самоиндукцию, настроенных на такую короткую волну, как световая, и не можем создать для них передатчиков и приемников обычного теперь для нас типа.

В обстановке лаборатории проф. П. И. Лебедеву удавалось получать электромагнитные волны длиной лишь в несколько миллиметров. Но и для этого "генератора" нужно было взять колебательный контур, состоящий лишь из двух прямых кусочков платиновой проволоки в несколько миллиметров длиной.

Рис. 2. Радиопрожектор.

Атмосфера более проницаема для таких коротких волн, чем для длинных: длинные волны не могут проникнуть сквозь верхние слои атмосферы, где очень высокий потенциал, а короткие могут: свет и тепло от солнца к нам проникают. Поэтому вопрос о "межпланетных передачах" можно разрешить только при помощи коротких волн. Главное же их преимущество перед длинными волнами для "земных" целей в том, что их легче всего практически пустить по одному заданному направлению, подобно пучку лучей прожектора. Вот одна из попыток устроить такой репродуктор. Во впадине параболического "зеркала", в качестве которого служат 40 параллельных проволок (рис. 2), отстоящих друг от друга на несколько десятков сантиметров, помещается передатчик с длиной волны всего лишь в 10 метров. Параболический рефлектор может вращаться во все стороны. Антенною служат два круговых пучка параллельных проводов. Прием волн возможен только в направлении отверстия зеркала. Таким образом, после увлечения длинными в тысячи метров волнами возвращаются к опытам Гертца с короткими волнами, только для передачи служат более совершенные аппараты с катодными лампами, а длины волн испытываются в несколько десятков метров. Экспериментами с короткими волнами занят Маркони и целый ряд заграничных радиолюбителей. Еще летом в заграничных журналах появилось сообщение о том, что одному французскому радиолюбителю удалось установить связь с американцами на длине волны в 109 метров, для чего понадобилась мощность в 500 ватт, т.-е. всего лишь около ¾ лошадиной силы³)!

Итак, короткие волны и передача по одному определенному направлению — вот проблема, которая должна быть разрешена в ближайшем будущем. Довольно, в самом деле, бороздить мировой эфир, когда это не нужно для "радиовещания".

И только при пучках лучей, имеющих заданное направление, быть может, удастся сдать в архив столбы и проволоки, или они останутся доживать свой век, как иногда остаются шоссе рядом с железной дорогой. Наряду с "птицей-тройкой", вернее (в наше время) автомобилем, мчится железный конь, параллельно паутине из проводов потянутся пучки электромагнитных волн, невидимых и неосязаемых. Радиопередатчик будущего, несомненно, будет похож на угломерный инструмент — теодолит. Направляя прожектор по данному градусному отсчету на лимбе, мы из Москвы посылаем пучок лучей на Харьков, Оренбург, Иркутск, Архангельск. Какие широкие, вместе с тем, перспективы для развития геодезии и картографии!

Но, кроме коротких волн радио и световых, есть ряд еще более коротких электромагнитных волн. Сюда относятся волны ультрафиолетового спектра и Рентгена. В ультрафиолетовых лучах мы встречаемся с такой ничтожной длиной, кяк 20 миллимикронов, т.-е. 0,00002 миллиметра, а частота колебаний, следовательно, достигает такой колоссальной цифры, как 15·10¹⁵ раз в секунду.

Рис. 3. Получение ультрафиолетовых лучей при помощи ртутной дуговой лампы.

Ультрафиолетовые лучи имеются в солнечном спектре и в спектре вольтовой дуги. Их лучше всего можно получить в лампе из тугоплавкого и устойчивого к переменам температуры кварцевого стекла, имеющей в общем вид, представленный на рисунке 3. Оба отростка ее наполнены ртутью, внизу впаяны платиновые проволоки; из лампы выкачан воздух. Включаем А и В в цепь тока последовательно с реостатом, наклоняем немного лампу, чтобы ртуть из одного колена начала переливаться в другое; тогда вспыхнет вольтовая дуга из паров ртути, богатая ультрафиолетовыми лучами. Частые колебания этих "темных" лучей вредно влияют на глаза и сильно действуют на фотографическую пластинку. Лучи Рентгена обладают еще более короткими волнами, достигающими длины в 0,000000017 миллиметра, а следовательно, такой "умопомрачительной" частоты, как 18·10¹⁸ раз в секунду (приблизительно). Они получаются в известных трубках Рентгена от бомбардировки электронов, исходящих от "катода" в металлическую пластинку "антикатода".

В настоящее время вместо обычной трубки Рентгена входит в употребление усовершенствованная трубка Кулиджа (рис. 4). Она также имеет "катод" и "антикатод". Только в ней источником электронов является накаленная нить, которая во время работы трубки питается током батареи, подобно нити обыкновенной электрической лампы. Нить окружена молибденовым колпачком, направляющим электроны к антикатоду. В этих трубках имеется такое сильное разряжение газа, что и высокое напряжение на концах не может преодолеть сопротивления трубки, и ток в ней не проходит. Стоит только накалить нить катода, как он станет испускать электроны, которые направятся к антикатоду и, притягиваясь к нему с большой силой, будут ударять в него — "бомбардировать", возбуждая в материале антикатода колебания, служащие источником лучей Рентгена. Ослабляя накал нити, мы уменьшаем мощность лучей, усиливая — увеличим ее, так как соответственно изменим число вылетающих из нити электронов.

Рис. 4. Трубка Кулиджа.

Такую же роль источника электронов играет накаленная нить в другом остроумном изобретении последних лет — катодной лампе.

Итак, начав от частоты московского переменного тока в 50 периодов в секунду и длинных (в 6.000 километров) электромагнитных волн, мы приходим к частоте в 18 квадриллионов в секунду.

И гиганты радиостанций, столь длинные, что огибают горы, и волны рентгеновских лучей в несколько долей миллимикрона — столь короткие, что проходят сквозь промежутки между атомами, имеют по всем данным одну и ту же электромагнитную природу.

Такова же природа и γ лучей, испускаемых радиоактивными веществами. Они — те же рентгеновские лучи с наиболее короткой волной, а следовательно наиболее проникающие.