При электрическом постоянном токе, получаемом, например, из первичной или вторичной батареи (аккумуляторов), ток имеет постоянное направление и постоянную силу. Другое явление имеет место при переменном токе — его направление и сила изменяются периодически. Поэтому, если постоянный ток изобразится прямой линией, то переменный ток можно изобразить волнообразной линией, как об этом нам известно по рис. 4. Он может быть возбужден с помощью ручного индуктора, который применяется в небольших городах в телефонных аппаратах и служит для вызова станции и абонентов. Он состоит из системы постоянных магнитов (рис. 5), между полюсами которых помещается обвитый изолированной медной проволокой кусок железа двойного Т-образного сечения, так-называемый якорь (см. рис. 6), который приводится во вращение с помощью рукоятки с зубчатой передачей.
При вращении якоря витки медной проволоки пересекают то большее, то меньшее количество находящихся между полюсами магнита силовых линий, результатом чего в бедных проволоках будет индуцироваться электричество, напряжение которого будет тем сильнее, чем больше будет количество пересекаемых витками якоря магнитных силовых линий (в 1 сек.). Если мы рассмотрим определенную точку медной обмотки, то найдем что в точке, где количество силовых линий при вращении якоря в этот момент не изменяется, напряжение будет равно нулю. Это соответствует точке А (рис. 4). При дальнейшем вращении якоря на 90° напряжение указанного пункта обмотки достигает своего положительного наивысшего значения (обычно около +40 V), которому на линии волн соответствует точка В, при дальнейшем вращении на 90° падает снова до нуля (точка С, рис. 4).
Здесь наступает изменение знака напряжения. При дальнейшем вращении на 90° оно получает отрицательное значение в достигает его максимума (около —40 V) после дальнейшего вращения на 90° (точка D) и, наконец, опять падает до нуля (точка Е) при последнем вращении на 90°.
Теперь это полное колебание (иначе называемое двойным) окончено. Итак, мы имеем в заключении: в А — напряжение равно нулю; В = напряжение +40 V; С = 0, D —40 V, Е = напряжение 0. Между указанными пунктами напряжение постоянно меняется: возрастает или уменьшается. Кривая напряжения ручного индуктора вследствие неравномерности вращения рукоятки не является ни в коем случае такой идеально точной, как волнообразная линия на рис. 4, но она всегда то поднимается периодически, то опускается. Если переменный ток возбуждается для целей освещения или передачи силы, то на тех же основаниях применяют магниты электрических машин, якорь которых приводится в равномерное вращение при помощи мотора; вместо постоянных магнитов обычно употребляют электромагниты. Часто предпочитают при этих машинах переменного тока вращать не якорь с обмотками, но магнитные полюсы (ротор или полюсное колесо), в то время, как обмотки употребляются в кольцеобразной формы кожухе — статоре. Намагничивание ротора производится через возбуждение, подводящее постоянный ток, который возникает или на роторе или, как это бывает при машинах с высокой частотой, на статоре. Кривая напряжения этих машин естественно гораздо равномернее, чем в ручных. индукторах, и приближается к изображенной на рис. 4 линии волн.
Таким образом, при ручном индукторе, как и при машинах переменного тока, изменение напряжения соответствует некоторому волнообразному процессу. В обоих случаях существуют также предположения об электромагнитных волнах. Но переменные токи протекают при их распространении по предназначенному для них металлическому проводу, причем возможны явления индукции в соседних проводах и так-называемый Skin—эффект, т.-е. стремление тока протекать не по всему сечению проводника, а преимущественно по поверхности его (это заметно тем сильнее, чем больше частота переменного тока). Другое происходит с электромагнитными волнами, открытыми немецким физиком Генрихом Герцем. Чтобы изложить это — лучше обратимся еще раз к свойствам переменного тока (рис. 4). Как мы уже видели, напряжение изменяется от А до Е от нуля до наивысшего положительного значения — В, потом до нуля — С, отрицательного наивысшего — В и снова до нуля — Е. Полное изменение тока по диаграмме, представленной кривой АЕ происходит в промежуток времени, называемый периодом данного колебания тока. Число периодов в одну секунду называется частотой. Городской переменный ток имеет обычно частоту, равную 50, т.-е. в 1 секунду происходит 50 перемен тока соответствующих кривой АЕ. Отдельные части кривой АВС, СDЕ, ЕFG и т. д. часто называют «переменами». Частота зависит, главным образом, от числа полюсов и от скорости вращения ротора. Увеличением этого числа полюсов можно увеличить частоту до границы, обусловливаемой исключительно механическими причинами. При этом обнаруживается, что переменные токи с очень высокой частотой, например, до 20.000 периодов в секунду обладают свойством излучать в пространство особые свободные электромагнитные волны — волны Герца. Поэтому, чтобы возбудить подобные волны, необходимо стремиться к повышению частоты переменного тока. Эфир также, как вода или воздух, есть только среда для распространения колебаний. Эти электромагнитные волны распространяются в мировом эфире так же, как водяные в воде или звуковые в воздухе, и принято думать, что эфир представляет из себя неосязаемую тонкую материю, которая заполняет все газообразные, жидкие и твердые тела и также существует в безвоздушном пространстве.
Вообразим себе (рис. 4) выходящую из точки А незатухающую электромагнитную волну; тогда кривая АE (соответственно периоду переменного тока) представит из себя полную волну или полное колебание. Прямая линия АСЕ — есть длина волны и вертикальная линия а — амплитуда волны или колебание. Скорость распространения волн Герца в воздухе около 300.000 клм. в 1 секунду (такова же скорость света). Если теперь волны, распространяющиеся в пространстве, имеют частоту 24.000 в 1 секунду, то, чтобы они могли расположиться на пути в 300.000 клм. в секунду, они должны обладать длиной волны
Существует, следовательно, такое соотношение:
Герц открыл первый, что такие электромагнитные волны исходят от электрической искры. Доказательство электрических волн было Герцем осуществлено следующим образом. Он пользовался для возбуждения волн искрами от Румкорфовой катушки, проскакивавшими между двумя металлическими прутами и на пути распространения волн ставил согнутую почти в замкнутый круг проволоку, концы которой находились на несколько миллиметров друг от друга. Как только перескакивали искры от индуктора, тотчас же показывались маленькие искры между двумя концами согнутой проволоки. Эти искры, появлявшиеся в проволочном кругу, который не находился в каком-либо соединении с индуктором, и был удален от него на несколько метров, доказывали существование распространявшихся волн.
Теоретически говоря, для того, чтобы использовать Герцовские волны для сношений, достаточно производить искры индуктора с ритмом определенного телеграфного сигнала, а на приемной станции поставить какой-либо улавливающий аппарат, обнаруживающий возникающие волны.
Волны, исходящие от электрических искр, являются сильно затухающими и имеют таким образом форму, представленную на рис. 3. Слабо затухающие волны удалось получить с помощью особых искрогасящих разрядников. Для передачи речи, как это можно судить по рис. 2, надо иметь незатухающие волны; их возбуждают машины высокой частоты, дуговые передатчики и ламповые передатчики, с которыми мы познакомимся ниже.
