Текст книги "Радио на службе у человека"
Автор книги: Н. Малов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 5 страниц)
2. РАДИОВЕЩАНИЕ
После изобретения электронной лампы оказалось возможным осуществить и радиотелефонную связь, т. е. передачу не условных сигналов, как в случае радио – телеграфирования, а самих звуков – слов, музыки и пр. Об этом подробно было рассказано на стр. 27.
Так как передающая радиостанция может излучать электромагнитные волны одновременно и с одинаковой силой по всем направлениям вдоль земной поверхности, то эти сигналы воспринимаются сразу сотнями тысяч радиослушателей.
Такие радиопередачи, имеющие колоссальное значение в жизни любого государства, называются широковещательным и (или радиовещательными), так как они обслуживают сразу огромное число слушателей.
Первой радиовещательной передачей в СССР был концерт, передававшийся Москвой 17 сентября 1922 г. Перед Великой отечественной войной число радиовещательных станций в СССР превышало сотню (среди них – самая мощная в мире для того времени – Московская радиостанция имени Коминтерна), а число зарегистри – рованных радиоприёмных пунктов превышало 5 миллионов.
Несколько сократившееся у нас во время войны радиовещание быстро восстанавливается. По пятилетнему плану в 1950 r. оно получит ещё больший размах, чем до войны, и охватит буквально всё население Советского Союза.
3. ПЕРЕДАЧА ИЗОБРАЖЕНИЙ HA РАССТОЯНИЕ
Следующим важным видом связи является так называемая «фототелеграфия», или передача изображений при помощи радиосигналов.
В фототелеграфии важнейшую роль играет прибор, называемый фотоэлементом. Этот прибор представляет собой стеклянный баллон (рис. 13), в который впаяны сетчатый электрод-анод (или просто кольцо из проволоки) и электрод-катод. Катод представляет собой пластинку, покрытую слоем особого металла, который способен терять электроны под влиянием освещения. К таким металлам относятся, например, натрий, литий, цезий. Часто слой этого металла просто наносится на внутреннюю стенку баллона.
Светочувствительный металлический слой – катод и сетчатый электрод – анод соединяются с электрической батареей таким образом, чтобы электроны шли на анод. Однако ток в фотоэлементе возникает лишь тогда, когда на его светочувствительный слой падает свет. Как уже было сказано, свет вырывает с поверхности катода электроны. Электрические силы, созданные батареей, заставляют освобождённые электроны лететь к сетчатому электроду; в результате, в фотоэлементе и возникает электрический ток.
Число вырываемых светом электронов зависит от силы освещения катода: чем больше сила света, тем больше число освобождённых электронов. А с изменением числа этих электронов изменяется и сила тока, возникающего в фотоэлементе. Таким образом, изменяя степень освещённости фотоэлемента, можно получить в нём соответственно меняющийся по силе электрический ток.
Как же происходит передача изображений с помощью радиосигналов?
Вспомните, что различные предметы по-разному отражают свет. Белая, гладкая поверхность, например, лист белой жести, очень сильно отражает световые лучи – она вся блестит отражённым светом.
Рис. 13. Схема фотоэлемента.
Чёрная же поверхность, например, чёрное сукно, наоборот, почти все лучи света поглощает. Благодаря этому, кстати сказать, чёрные предметы и нагреваются сильнее на солнце, чем белые.
Вот этой способностью предметов – различно отражать световые лучи – и пользуются в фототелеграфии. На передающей станции имеется барабан, на который надевается лист с рисунком, подлежащим передаче. Этот барабан вращается вокруг своей оси и B то же время медленно движется вдоль неё. Около барабана установлен фотоэлемент и сильный источник света, дающий тонкий световой пучок. Этот пучок падает на барабан и отражается им на фотоэлемент.
При движении барабана световой пучок падает на различные участки поверхности рисунка и, благодаря этому, по-разному отражается от них. Белые участки рисунка отражают свет лучше серых, серые – лучше чёрных. Таким образом, отражённый пучок света постоянно меняет свою яркость, он, как говорят, мигает. В таком виде световой пучок и падает на фотоэлемент. В фотоэлементе возникает ток. Сила этого тока будет так – же постоянно меняться – в соответствии с изменением яркости падающего на фотоэлемент света.
Ток в фотоэлементе действует на силу сигнала, излучаемого радиостанцией, подобно тому, как при передаче речи сила излучаемого радиостанцией сигнала меняется в соответствии с изменениями звука, произносимого перед микрофоном. Таким образом, передающая радиостанция излучает такие волны, которые в каждый момент соответствуют отражательным свойствам какого-либо участка рисунка.
На приёмной станции имеется такой же барабан, вращающийся в точности так же, как и барабан пере – дающей станции; на его поверхности находится лист фотографической бумаги. Барабан также освещается узким пучком света, сила которого меняется в соответствии с силой принимаемого сигнала – это достигается с помощью специальных электрических аппаратов. А сила принимаемого сигнала, как вы уже знаете, зависит оттого, на какую часть рисунка – тёмную или светлую – падает луч света на передающей станции. Таким образом, при вращении приёмного барабана на различные участки фотобумаги попадает свет различной яркости, в соответствии с распределением тёмных и светлых пятен на рисунке, находящемся на передающей станции. Поэтому отдельные участки фотобумаги после проявления её обычными фотографическими способами оказываются раз – лично почерневшими. Таким путём на бумаге воспроизводится передаваемый рисунок.
Фототелеграфия широко используется при срочной передаче различных фотографий и рисунков, для газет, а также для передачи подлинных текстов различных документов и подписей.
4. КАК ВИДЯТ НА РАССТОЯНИИ
В отличие от фототелеграфии, где изображение на приёмном барабане становится видимым только после проявления фотобумаги, при другом типе радиосвязи – телевидении (т. е. видении на расстоянии) в приёмнике получается изображение, которое видно непосредственно во время радиоприёма.
Рис. 14. Приёмная телевизионная трубка.
В этом случае на передающей станции так же, как и при фототелеграфии (но технически более сложным способом), создаются сигналы. Сила этих сигналов изменяется в соответствии со степенью освещённости отдельных участков рисунка или предмета, изображение которого передаётся. На приёмной станции сигналы воспринимаются и подаются в специальную так называемую разрядную стеклянную трубку (рис. 14). Внутренняя поверхность торца разрядной трубки покрыта специальным составом; он способен светиться при попадании на него электронов. Эту поверхность называют экраном. Вдоль оси трубки, под действием электрических сил, движется поток электронов в виде очень узкого электронного луча. Диаметр луча составляет лишь доли миллиметра. Этот луч, невидимый для человеческого глаза, попадает на экран трубки, который и начинает светиться. Свечение длится только то время, пока луч падает на тот или иной участок экрана. Яркость свечения зависит от силы электронного пучка, т. е. от количества электронов в пучке. Чем больше электронов падает на экран, тем сильнее он светится.
При помощи специальных приспособлений электронный луч заставляют пробегать по поверхности экрана, описывая на ней прямоугольник или квадрат. Это описывание квадрата происходит очень быстро – менее 20 раз в секунду. И нужно это вот для чего. Вспомните, что когда вы, смотрите на быстро вертящееся колесо со спицами, то отдельные спицы перестают быть видимыми – их изображения сливаются в сплошной диск. Точно так же и в нашем случае вся поверхность прямоугольника кажется наблюдателю светящейся, так как при достаточно быстром повторении освещения какой-либо части экрана отдельные свечения сливаются в постоянное свечение.
Как известно, эта способность глаза – сохранять в течение некоторого времени зрительное впечатление – используется и в кино, где на экране возникают друг за другом изображения отдельных фотографий – кадров. Кадры сменяются 24 раза в секунду. В результате глаз воспринимает слитное изображение. Так как каждая фотография немного отличается от предшествующей, то зритель и видит на экране движущиеся фигуры.
Чтобы лучше понять, как возникают изображения на экране трубки телевизионного приёмника (телевизора), проделайте такой опыт. Начертите на белой бумаге прямоугольник. Из левого верхнего угла проведите карандашом тонкую горизонтальную линию, нажимая на карандаш в разных местах с различной силой. Затем сдвиньте карандаш немного вниз и проведите таким же образом следующую линию, и так продолжайте до тех пор, пока линии не заполнят весь прямоугольник.
Теперь посмотрите, что у вас получилось. Вы видите, что поверхность прямоугольника покрылась некоторым узором.
Электронный пучок обегает экран так же, как ваш карандаш обходит прямоугольник. Принимаемые радиосигналы, о которых говорилось выше, изменяют силу электронного пучка, а вместе с ней и яркость свечения экрана. В результате, в различных частях экрана получается различное освещение; на экране образуются контуры того предмета, который находился перед фотоэлементом в передатчике. А так как электронный пучок обегает экран не менее 20 раз в секунду, то изображение видно всё сразу.
Так осуществляется передача изображений при помощи радио.
Современные приборы позволяют передавать не только изображения ярко освещённых предметов, находящихся в специальных комнатах (студиях) при радиостанции, но дают возможность вести передачу и при обычном дневном свете.
Телевидение представляет сравнительно новую отрасль радиотехники. До войны телевизионные передачи в СССР и за границей проводились только B отдельных крупных городах. В ближайшем будущем телевидение, несомненно, найдёт гораздо более широкое применение.
5. ДЛИНЫ РАДИОВОЛН
Какова же длина электромагнитных волн, применяющихся при передатчиках?
В первые годы развития радиосвязи применяли волны, длина которых равнялась нескольким километрам. Частота, соответствующая этим волнам, достигала сотни тысяч колебаний в секунду. Это число колебаний кажется нам очень большим. Действительно, оно во много раз превосходит привычные для нас частоты. Так, человеческое сердце совершает 100 000 ударов, примерно, в течение одних суток. Быстроходные машины (например, электрические моторы), вращение которых кажется нам чрезвычайно быстрым, обычно делают не более 50 оборотов в секунду; им потребовалось бы около 30 минут, чтобы сделать сто тысяч оборотов. Но для электромагнитных колебаний эта частота оказывается совсем небольшой.
По мере совершенствования радиопередатчиков учёные стали применять всё более высокие частоты, т. е. более короткие волны. Эти волны оказались удобными, потому что размеры антенн и электрических контуров получаются тем меньшими, чем короче длина волны. Кроме того, радиотелефония и телевидение на этих коротких волнах осуществляются с большим совершенством. Наконец, при использовании коротких волн одновременная работа многих радиостанций не мешает друг другу.
Эти и некоторые другие (более специальные) причины привели к тому, что уже перед второй мировой войной применялись волны длиной в несколько метров. Частота таких волн – около ста миллионов колебаний в секунду. За годы войны нашли применение ещё более короткие волны; их длина составляет всего несколько сантиметров. Источник таких волн совершает каждую секунду около десяти миллиардов колебаний! Человек должен был бы прожить 300 лет, чтобы его сердце успело сделать такое громадное число ударов.
V. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ПОМОГАЮТ УЧЁНЫМ
1. ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ РОСТ ТРАВЫ
После того как электромагнитные волны были применены для целей связи, они нашли широкое применение в целом ряде научных исследований.
Прежде всего следует указать, что с помощью радиотехники были значительно усовершенствованы различные способы измерений, применявшиеся в научных исследованиях. Так, например, оказалось возможным построить приборы для точного измерения малых изменений длины – радиомикрометры.
Идея радиомикрометра очень проста. Как было уже рассказано, период колебаний электрического контура зависит от размеров конденсатора, в частности, от расстояния между его пластинами. Если одну из пластин закрепить неподвижно, а другую соединить с предметом, размеры которого изменяются, то при этих изменениях будет меняться расстояние между пластинами, а с ним и период колебаний. Удаётся измерить очень малые изменения периода колебаний, не превышающие одной миллионной доли его значения; тем самым становятся доступными измерению очень малые изменения длины.
Радиомикрометр применяется для изучения изменения размера тел при их нагревании, при намагничивании и т. д. При помощи радиомикрометра удаётся наблюдать, как растёт трава!
2. РАДИОЧАСЫ
Специальные радиотехнические устройства могут длительно работать, создавая колебания строго определённого периода. Число этих колебаний можно точно подсчитать, а значит, и весьма точно измерить время. Так, если какое-то радиотехническое устройство работает с периодом 0,01 секунды, то, очевидно, что 10 тысяч колебаний, которые можно точно отсчитать, устройство совершит ровно в 100 секунд. Так были сконструированы радиочасы.
С помощью таких часов удалось сделать важное открытие, что наша Земля вращается вокруг своей оси не вполне равномерно, как до сих пор предполагалось. Период вращения Земли, т. е. полные сутки, испытывает небольшие изменения (правда, очень ничтожные, измеряемые десятимиллионными долями секунды, но важные с научной точки зрения).
3. ИЗУЧЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
Было установлено, что электромагнитные волны отражаются от верхних слоёв атмосферы (c высоты 100–300 километров).
Это отражение обусловлено присутствием в верхних слоях атмосферы электрически заряженных частиц (молекул, потерявших один или несколько электронов), называемых ионами, а также свободных электронов, оторвавшихся от молекул под влиянием солнечных лучей и по другим причинам.
Изучение этих слоёв атмосферы, так называемой ионосферы, представляет большой научный и практический (для целей надёжной радиосвязи) интерес. Это изучение производится теперь с помощью специальных радиосигналов, посылаемых в ионосферу.
Для изучения более низких слоёв атмосферы – на высотах от 20 до 30 километров – в атмосферу посылаются небольшие шарь|, наполненные водородом в газом, который легче воздуха. Шары снабжены закрытым парашютом, различными метеорологическими приборами (метеорология – наука о погоде) и радиопередатчиками, автоматически передающими по радио показания приборов на разных высотах. Эти сигналы принимаются на земле и расшифровываются. На некоторой высоте шар – его называют радиозондом – разрывается, раскрывается парашют, и приборы в целости медленно опускаются на землю.
Сведения, получаемые с помощью радиозондов, играют большую роль при изучении климата и для предсказаний погоды. С этой же целью применяются автоматические радиометеорологические станции, устанавливаемые в труднодоступных местностях: на вершинах гор, на ледниках, в малонаселённых районах и т. д. В течение многих недель эти станции передают по радио сигналы, соответствующие показаниям метеорологических приборов.
Изучая условия распространения электромагнитных волн различной длины во всевозможных веществах, удаётся получить целый ряд сведений о строении молекул этих веществ и о силах, заставляющих различные атомы объединяться в молекулы. Знание этих сил позволяет людям глубже проникать в тайны природы и более успешно подчинять её себе.
VI. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
1. РАДИОЗАКАЛКА ДЕТАЛЕЙ
Современная машиностроительная промышленность нуждается в быстрой и надёжной закалке различных металлических изделий. Обычные методы закалки – сильное нагревание и последующее быстрое охлаждение предмета – не всегда достигают цели. Ряд учёных и, в частности, советский физик Вологдин предложили производить закалку быстроменяющимися электрическими токами. Для этой цели изделие помещается внутрь катушки источника электромагнитных колебаний. При быстрых изменениях магнитных сил внутри катушки в изделии возникают быстроменяющиеся электрические токи. Эти токи обладают той особенностью, что они текут только в поверхностных слоях металлического изделия и вызывают сильное нагревание этих слоёв. В то же время более глубокие слои остаются совершенно холодными. Таким образом обеспечивается закалка на желаемую глубину. Эту закалку можно регулировать, подбирая надлежащую быстроту изменения токов в катушке источника. Равномерность глубины закалки получается очень хорошей. Об этом свидетельствует рис. 15, где изображена фотография разреза шестерни.
Рис. 15. Разрез шестерни, закалённой при помощи электромагнитных колебаний.
Разрез был подвергнут травлению, в результате которого граница закалённого слоя видна очень ясно (закалённый слой чернее остального металла). Для закалки требуются очень мощные радиопередатчики, представляющие целые крупные сооружения.
2. ОСВОБОЖДЕНИЕ МЕТАЛЛА ОТ ГАЗОВ
При производстве различных вакуумных приборов (из которых выкачан воздух), таких, как радиолампы, рентгеновские трубки и т. д., часто замечали, что B лампе, откачанной как будто очень хорошо, при работе всё-таки обнаруживается появление небольшого количества воздуха, в результате чего дорогостоящая лампа выходит из строя. Причина этого неприятного явления заключается в там, что металлические части, впаянные в лампу, всегда содержат некоторое количество воздуха, поглощённого металлом. При работе лампы металлические части нагреваются, часть воздуха освобождается из металла и выходит в баллон. Для устранения этого явления следует при изготовлении лампы сильно прогревать её металлические части во время выкачивания воздуха из баллона. Но как же это сделать, не повредив стеклянный баллон? Оказывается, в этом случае можно поместить лампу в катушку источника электромагнитных волн. Благодаря индукции металл нагревается (как и при закалке), а стекло, свойства которого резко отличаются от свойства металла, остаётся почти холодным. Нагретый металл освобождает поглощённый воздух, который и откачивается насосом. Этот процесс, называемый «обезгаживанием» (т. е., удалением газа), широко используется в электровакуумной промышленности.
3. РАДИОСВАРКА
Электромагнитные волны применяются также при электрической сварке металлов. Как известно, электросварка происходи. благодаря очень сильному разогреванию соприкасающихся металлов, когда по ним пропускают электрический ток. Для электросварки применяют ток, которым мы пользуемся в повседневной жизни. Этот ток меняется медленно: его период составляет 1/50 долю секунды. Но если в месте сварки одновременно с этим током пропустить быстроменяющийся ток, созданный маленьким переносным радиоаппаратом, то сварка происходит гораздо лучше и прочнее.
Современная техника часто требует сварки металлов со стеклом. Эта операция обычно происходит с трудом, а большие поверхности вообще не удавалось сваривать достаточно надёжно. Применение электромагнитных волн позволяет производить подобную сварку вполне надёжно и без особых трудностей.
Таким образом, электромагнитные волны не только улучшают прежние технические методы, но и позволяют создать совершенно новые.
4. В ПОИСКАХ РУДЫ
Некоторые электромагнитные волны способны хорошо распространяться в земле. Но если в толще земли имеются породы, содержащие металлы (руды), то условия распространения ухудшаются, так как сквозь руду эти волны проходить не могут. Изучая, как распространяются волны в том или ином участке земли, геологи – разведчики руд – имеют возможность обнаружить залегающие в глубине руды и даже определить приблизительные границы рудного месторождения. После этого производится бурение на нужную глубину, и свойства рудного месторождения изучаются более подробно.
Таким образом, радиоразведка, которая производится довольно быстро, позволяет избежать излишнего бурения, требующего значительного времени и больших затрат.
5. РАДИО СУШИТ ДЕРЕВО
В вещества, неспособные, в противоположность металлам, хорошо проводить постоянный электрический ток, электромагнитные волны могут проникать на значительную глубину. Если в подобных веществах (их называют диэлектриками), содержащих влагу, быстро изменять электрические силы, то в них происходит весьма значительное выделение тепла. При этом нагрев происходит одновременно во всей толще вещества.
Это даёт возможность использовать электромагнитные волны для сушки дерева. Скорость такой сушки в десятки раз больше скорости обычной тепловой сушки, так как прогрев идёт не с поверхности, а по всей толщине дерева. При радиосушке не представляет труда вызвать в глубоких слоях даже более сильный нагрев, чем на поверхности. Высыхание дерева происходит при такой сушке более равномерно, и в значительной степени исключается опасность, что деревянное изделие покоробится.
