Проф. В. К. Лебединский
Радио интересует и волнует широчайшие массы населения всех стран. У нас, как раз в настоящее время, с запаздыванием на год или на два, на три года относительно Германии, Франции, Англии и особенно — Америки, радиолюбительство разливается широкою волною, захватывая все, даже самые отдаленные уголки территории Союза.
Действительно, трудно удержаться от попытки соорудить антенну и устроить приемник: кругом летят телеграммы, слова человеческой речи и звуки музыки со всех мест земного шара, летят сами собой, без "передачи" каким-нибудь телом, без проводов, и ты их не слышишь, не улавливаешь, пока не поставил радиоприемник, т.-е. пока не стал радиолюбителем.
Всего несколько лет тому назад ничего этого не было. Переговаривались между собой только радиостанции в тех случаях, когда необходима была радиосвязь в целях военных, лолитических или коммерческих. Два десятка лет раньше и для исключительных случаев надобности, и на небольшие расстояния, даже с громоздкими устройствами, хорошая, уверенная радиосвязь удавалась не всегда; а тридцать лет тому назад все это было вообще совершенно неизвестно. Не было известно никому, кроме одного человека, изобретателя беспроволочного телеграфа, Александра Степановича Попова.
История этого изобретения очень поучительна. Мысль, ведущая к нему, накоплялась с давних пор. За это время искусство наблюдать явления природы становилось все более утонченным; наконец, оно так усовершенствовалось, что стали уже подмечать явления, предсказываемые этою великою мыслью. И когда с этими явлениями достаточно близко ознакомились, когда стало возможным управлять ими, вызывать и прекращать их по желанию, ослаблять и усиливать, тогда эти явления можно было ввести в жизнь, и началась радиотехника.
Великая научная мысль получила жизненное применение. Это применение сначала было робким и соответствовало лишь малой доле того, о чем говорила мысль; техника нащупывала свои пути. Но затем она развернулась и так быстро идет по своей широкой дороге, особенно теперь, когда к ее основным руководителям примкнули миллионы радиолюбителей, что сама мысль уже отстает и лишь с затруднением схватывает, к чему приведет этот безостановочный прогресс радиотехники.
Итак, по трем ступенькам поднялись мы. Сперва — научная отвлеченная теоретическая мысль; затем — обращение к природе, подыскивание, нет ли в ней явлений, подтверждающих эту мысль, и изучение того, как они происходят, и в-третьих — техника, т.-е. действие, выход из пассивного состояния и быстрый ход вперед, окрыляемый успехом, пользою для жизни.
Такого резкого примера прохождения всех этих трех ступеней, какой дает история радиотехники, нет ни в какой другой области техники. Поэтому-то история изобретения телеграфа без проводов особенно поучительна.
Мы говорим об изобретении беспроволочного телеграфа, потому что радиотехника началась именно с телеграфа, называемого теперь радиотелеграфом.
И вся мощная современная электротехника, пользующаяся проводами, дающая электрическое освещение, электрические трамваи, электрические приводы для всевозможных машин, на заводах, электрическое отопление и вентиляцию, электрическую выплавку металлов из руд и всякие продукты электрохимического производства — все эти применения электричества, которыми мы окружены на улицах, на заводах и дома, все это началось тоже с телеграфа, только проволочного.
Изобретатель беспроволочного телеграфа воспользовался тем, что представляет собою телеграф проволочный в его простейшем виде, и вдохнул в него новую мысль. Поэтому нам необходимо познакомиться в общих чертах с действием проволочного телеграфа. Это применение электричества очень просто для понимания.
Если два города, напр. А и Л (рис. 1), соединены телеграфом, это значит, что между ними протянуты электрические провода, например, железные проволоки, по которым можно пускать ток. Для начала об'яснения предположим два провода; в них включена батарея Б. На одном конце такой линии имеется ключ К, которым можно замыкать или размыкать всю линию. Этот ключ должен быть единственным местом размыкания; по всей остальной своей длине линия не должна нигде прерываться; она должна представлять собою сплошной, непрерывный проводник. Об этой непрерывности нужно постоянно заботиться.
Как только мы замкнем ключ К, т.-е. а прикоснется к б, пойдет ток; это — дело батареи Б; еслибы ее не было, то, конечно, не пошло бы никакого тока. Она дает ток, прогоняет по всей линии электроны, пока только вся цепь БКЛБ замкнута. Электроны выходят из одного конца батареи, напр., левого и, пробегая по линии, как указано стрелками, справа вступают обратно в батарею. Для того линия и должна быть замкнута, чтобы совершалось такое круговращение электронов.
Если ключ К разомкнут, батарея гонит электроны с а на б, но лишь в некотором определенном количестве; пока электроны идут с а на б, идет ток, но это будет очень кратковременный ток, после которого наступит покой; а и б будут заряжены; а — положительно (сбежали электроны), б — отрицательно (избыток электронов).
У каждой батареи есть своя электронодвижущая сила (или коротко: ЭДС), от которой и зависит, сколько электронов при разомкнутой цепи сместится с а на б, при данном устройстве этого места размыкания; той же ЭДС определяется и тот постоянный ток, который идет, когда ключ замкнут, т.-е, ЭДС определяет, сколько электронов будет пробегать по данной линии за каждую секунду.
Если батарея начинает слабее действовать, ток сейчас же уменьшится, если линия замкнута; а в разомкнутой линии часть электронов с б немедленно возвратится на а; заряды на а и б уменьшатся.
Батарея не только движет электроны, но выпускает их с известной энергией, с известною способностью к работе. Пробежав по всей линии, электроны растратят свою энергию, совершат работу и потому возвращаются к батарее, уже лишенными энергии.
Электроны могут совершать разнообразные работы. Прежде всего, они нагревают тот провод, по которому проходят. Но, кроме того, они могут совершать механическую работу передвигать предметы. На втором конце телеграфной линии (Л на рис. 1), на приемной станции, их именно и заставляют это делать. Для этого здесь провод свивается спиралью на железном стержне Ж (сердечник). Электрический ток вообще намагничивает все вокруг себя, производит магнитное поле, но когда он протекает по катушке с железным сердечником, это намагничивание особенно сильно; в этом случае оно явственно и при слабом токе. Как только катушка с сердечником станет магнитом (электромагнитом), рычажок m своим верхним, тоже железным, концом притянется к ней, потому что железо притягивается к магниту; при этом он повернется вокруг оси O. В это время нижний конец и нажмет на бумажную ленту, которая особым часовым механизмом непрерывно прокатывается мимо n, и пока он нажат, он будет чертить на бумаге черту. Как только ток прекратится, катушка перестанет быть магнитом, m отскочит направо, и n перестанет проводить черту на бумаге.
Эта черта и есть сигнал, передаваемый из А в Б 1) электромагнитным телеграфом; помощью ее эти места оказываются связанными, они находятся в общении. Легко устроить так, чтобы и на станции Л был помещен ключ, а на станции А — кроме ее ключа также и приемник, печатающий черту. Тогда каждая из станций может быть и приемной и отправительной. Оба города — А и Л, связанные телеграфной линией, будут жить общей жизнью; каждый будет узнавать очень, быстро, что происходит в другом.
Конечно, сведения, касающиеся самых разнообразных дел, могут быть переданы только словами, состоящими из букв. При первых попытках устроить телеграф между станциями проводили столько проводов, сколько букв в человеческом языке (около 30); пуская ток в тот или иной провод, указывали этим, какая передается буква. Но тут выходило слишком много проводов. Морзе в 1837 г. замечательно остроумно придумал способ передавать все буквы, знаки препинания и цифры по одной и той же линии помощью длинных и коротких черт — тире и точек, т. е. более продолжительных (около ²/10 секунды) и менее продолжительных (около ¹/10 секунды) замыканий ключа. Эта азбука Морзе и до сих пор находится во всеобщем употреблении. В ней "а" обозначается так: · —, "б" — · · · и т. д. Месяца в 3—4 можно так освоиться с этой азбукой и наловчиться в должном порядке нажимать ключ коротко или продолжительно, чтобы передавать до 100 букв (около 20 слов) в минуту. Особенно искусные телеграфисты могут передавать до 120 букв в минуту. Изобретены способы быстродействующей телеграфии; при этих способах ключ нажимается не пальцем, работа которого не может превзойти некоторую предельную скорость, но механизмом; таким образом, доходят до 500—600 букв в минуту и более.
При подаче депеш по системе Морзе можно передать какую угодно мысль, пользуясь одной телеграфной линией. Но эта линия теперь почти всегда состоит не из двух проводов, как изображено на рис. 1, а только из одного. Это не значит, что электроны не возвращаются в батарею; они возвращаются, но через землю. Телеграфная проволока на двух своих концах припаивается к большим медным листам, которые погружаются в землю (рис. 2). Вторым проводом служит земля между этими листами. Открытие этой возможности воспользоваться землей, как проводником (Штейнгель, 1838 г,), произошло таким образом: первые телеграфные линии проводились вдоль путей железных дорог, которые тогда только что начали устраивать; для правильного и безопасного движения поездов особенно необходимо быстрое общение между станционными служащими; поэтому сюда прежде всего старались применить телеграф. Естественно, пришло в голову воспользоваться рельсами, вдоль которых тянулась телеграфная линия, как одним из ее проводов; оказалось, что это возможно, и притом даже тогда, когда рельсы не соединены между собой в стык, т.-е. представляют собою проводник, разомкнутый во множестве мест. Отсюда и возникла мысль, что обратным проводом, замыкающим телеграфную линию в этих опытах, служили не рельсы, но земля, т.-е., что земля может служить проводником.
Ток, идущий между медными листами в земле, избирает себе легчайший путь по мокрым местам, подпочвенным водам, там, где сопротивление ему меньше всего. Он сам найдет себе эти пути; необходимо лишь, чтобы те места, через которые он обязательно должен пройти по расположению приемной и отправительной станций, т.-е. места около погруженных в землю пластин, не представляли большого сопротивления. Лучше всего для этих пластин выбрать место, близкое к грунтовым водам.
При современном протяжении телеграфной сети на земле в 2.000.000 километров ненужность второго провода представляет собою большое сбережение в расходах.
Всякое явление в природе происходит насчет потраченной на него энергии, совершенной работы. Каждый элемент — точка и тире — каждой буквы Морзе требует затраты энергии. Для нас важна работа, затрачиваемая в линии; после нажатия ключа в ней работает батарея, посылая свои, готовые к работе, электроны. В самое первое мгновение они притягивают рычажок m (рис. 1) тем магнитным полем, которое сейчас же возникает, когда электроны задвигаются. Затем ток должен продолжаться, пока на ленте чертится знак, чтобы рычажок не отпал, так как намагничение исчезнет, как только прекратится ток; но знак чертится работою часового механизма на приемной станции, продвигающего ленту против трения со стороны пера n. Работа батареи, все время посылающей ток, расходуется бесполезно: этим током нагревается провод и земля, по которым идет ток. За время одной "точки" эта работа на длинной телеграфной линии равна приблизительно 1 килограммометру 2), тогда как работа притягивания стерженька m должна быть оценена в ¹/100 этой величины. Полезное действие (КПД) всей установки получается, если мы разделим эту последнюю работу на ту, которая ее по необходимости сопровождает, и которая, как мы указали, в 100 раз больше. Поэтому КПД равно ¹/100 или 1%.
Для тире этот КПД окажется еще раза в три меньшим, так как бесполезное нагревание в три раза продолжительней, а полезная работа батареи — та же самая.
Такой КПД должен быть считаем слишком низким. Хотелось бы, чтобы вся потраченная (100%) энергия шла на пользу, а не сотая или тысячная ее часть. Низкий КПД удорожает телеграфную связь, дорогую еще и потому, что необходима проводка линии на столбах, ремонт ее и обслуживание специально обученными рабочими. Телеграф не может быть общим, демократическим средством связи; частные лица пользуются им только в особо важных случаях, когда депеша может произвести другие сбережения, покрывающие плату за бесполезное нагревание проводов. Сообщения о жизни в других местах земли они получают не непосредственно из депеш, идущих от этих мест к ним на дом, но через несколько часов или на другой день или еще позднее, из газет и писем.
Я, как простой обыватель, так редко получаю телеграмму, как редко происходят в жизни какие-либо чрезвычайные происшествия и чаще всего — неприятные; поэтому, развертывая листок депеши, я ощущаю болезненное ожидание какого-либо несчастья.
Это все потому, что телеграфная связь очень дорога.
(назад)1) Так в тексте. Очевидно, имеется в виду Л. (примечание составителя). (назад)