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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Radiotelegrafia. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Radiotelégrafo é um meio de transmitir (receber) informações de texto via rádio. As letras do alfabeto são representadas por uma combinação de pontos e traços (código Morse). Atualmente, esta tecnologia é utilizada principalmente por entusiastas amadores, bem como nos sinais de diversos radiofaróis e, menos frequentemente, em comunicações oficiais.
A radiotelegrafia sem fio é justamente considerada a maior invenção do final do século XNUMX, que abriu uma nova era na história do progresso humano. Assim como o antigo telégrafo elétrico lançou as bases para a engenharia elétrica, a criação do radiotelégrafo serviu de ponto de partida para o desenvolvimento da engenharia de rádio e depois da eletrônica, cujos grandiosos sucessos agora vemos em toda parte. Outro paralelo interessante pode ser observado na história dessas duas invenções: os criadores do telégrafo, Semering e Schilling, foram os primeiros inventores que tentaram utilizar a curiosidade recém-descoberta - a corrente elétrica, em benefício do homem, e o funcionamento do Os telégrafos de rádio de Popov e Marconi foram baseados no fenômeno recém-descoberto da radiação eletromagnética. Como então, agora, a tecnologia da comunicação foi a primeira a exigir e usar as mais recentes conquistas da ciência. Em um telégrafo elétrico, o portador do sinal é uma corrente elétrica. Na radiotelegrafia, esse portador são ondas eletromagnéticas que se propagam no espaço em grande velocidade e não requerem fios para si mesmas. A descoberta da corrente elétrica e a descoberta das ondas eletromagnéticas estão separadas por exatamente cem anos, e por seu exemplo pode-se ver que sucessos impressionantes a física alcançou durante este século. Se a corrente elétrica, como lembramos, foi descoberta por Galvani por acaso, então as ondas eletromagnéticas se manifestaram pela primeira vez como resultado de um experimento completamente proposital de Hertz, que sabia perfeitamente o que e como deveria procurar, porque vinte anos antes Sua notável descoberta, a existência de ondas eletromagnéticas com precisão matemática foi prevista pelo grande físico inglês Maxwell. Para entender o princípio da radiotelegrafia, vamos lembrar o que é um campo elétrico e o que é um campo magnético. Vamos pegar uma bola de plástico e esfregá-la com um pano de lã - depois disso, a bola adquirirá a capacidade de atrair pequenos pedaços de papel e lixo. Ele, como costumam dizer, ficará eletrificado, ou seja, receberá uma certa carga elétrica em sua superfície. Em um dos capítulos anteriores já foi relatado que essa carga pode ser negativa e positiva, e duas bolas igualmente carregadas se repelirão com uma certa força, e duas bolas com cargas opostas se atrairão. Por que isso está acontecendo? Certa vez, Faraday sugeriu que cada bola cria em torno de si algum tipo de perturbação invisível, que ele chamou de campo elétrico. O campo de uma bola carregada atua sobre outra bola e vice-versa. Atualmente, a hipótese de Faraday é aceita pela ciência, embora nada se saiba sobre a natureza desse campo, o que é como tal. Além do fato de que o campo elétrico existe, apenas duas de suas propriedades indubitáveis são óbvias: ele se propaga no espaço em torno de qualquer corpo carregado com uma velocidade enorme, embora finita, de 300000 km/s e atua sobre qualquer outro corpo eletricamente carregado que se encontra neste campo, atraindo-o ou afastando-o com certa força. Uma variação desse efeito pode ser considerada uma corrente elétrica. Como já mencionado, qualquer corrente elétrica é um movimento direcionado de partículas carregadas. Por exemplo, nos metais, esse é o movimento dos elétrons e, nos eletrólitos, o movimento dos íons. O que faz com que essas partículas se movam ordenando em uma direção? A resposta é conhecida: essa força é o campo elétrico. Quando o circuito é fechado no condutor ao longo de todo o seu comprimento de um pólo da fonte de energia ao outro, surge um campo elétrico que atua sobre as partículas carregadas, fazendo com que elas se movam de uma certa maneira (por exemplo, em um eletrólito, positivamente íons carregados são atraídos para o cátodo e os carregados negativamente para o ânodo). Muito do que foi dito sobre o campo elétrico pode ser atribuído ao campo magnético. Todo mundo já lidou com ímãs metálicos permanentes e conhece sua propriedade de atrair e repelir uns aos outros, dependendo de quais pólos - semelhantes ou opostos - eles são direcionados um para o outro. A interação dos ímãs é explicada pelo fato de que um campo magnético surge ao redor de qualquer um deles, e o campo de um ímã atua sobre outro ímã e vice-versa. Já foi observado que um campo magnético surge no espaço ao redor de cada carga em movimento, e qualquer corrente elétrica (que - repetimos novamente - é um fluxo direcionado de partículas carregadas) gera um campo magnético em torno de si. O fenômeno oposto também foi discutido - o fenômeno da indução eletromagnética, quando um campo magnético variável induz uma corrente elétrica nos condutores. Mas por que essa corrente surge e por que ela ocorre apenas quando o campo magnético muda? Vamos tentar descobrir isso. Vamos pegar o transformador já discutido acima, que são duas bobinas colocadas em um núcleo. Ao conectar o enrolamento primário do transformador à rede, obteremos uma corrente no enrolamento secundário. Isso significa que os elétrons no enrolamento secundário começaram a se mover em uma direção, ou seja, algum tipo de força começou a agir sobre eles. Qual é a natureza dessa força? Por muito tempo, cientistas e engenheiros elétricos ficaram em um impasse diante dessa questão. Já usando transformadores, eles não conseguiam entender completamente os processos que ocorriam neles. Era óbvio que esse fenômeno não poderia ser explicado apenas pela ação de um campo magnético. Uma hipótese interessante explicando este e muitos outros fenômenos elétricos foi apresentada em 1864 pelo famoso físico inglês Maxwell. Para entendê-lo, notamos que o processo que ocorre no enrolamento secundário de um transformador é muito semelhante ao observado em qualquer condutor de um circuito elétrico fechado - e aqui e ali os elétrons entram em movimento direcionado. Mas no condutor do circuito, isso acontece sob a influência de um campo elétrico. Talvez um campo elétrico também surja no enrolamento secundário do transformador? Mas de onde vem? Em um circuito fechado, um campo elétrico aparece devido à inclusão de uma fonte de corrente (bateria ou gerador) nele. Mas no circuito secundário do transformador, como você sabe, não há fontes externas de corrente. Maxwell sugeriu que o campo elétrico surge aqui sob a influência de um campo magnético variável. Ele foi mais longe e começou a argumentar que esses dois campos estão intimamente relacionados um com o outro, que qualquer campo magnético variável gera um campo elétrico, e qualquer campo elétrico variável gera um campo magnético, e que eles não podem existir um sem o outro, representando , por assim dizer, um único campo eletromagnético. A teoria de Maxwell pode ser explicada pelo seguinte exemplo simples. Imagine que uma bola carregada está suspensa por uma mola. Se a puxarmos para baixo e depois a soltarmos, a bola começará a oscilar em torno de algum ponto de equilíbrio. Suponha que essas oscilações ocorram com uma frequência muito alta (ou seja, a bola tem tempo para subir e descer várias centenas ou mesmo milhares de vezes em um segundo). Agora vamos medir a magnitude da força do campo elétrico em algum ponto perto da bola. Obviamente, não é um valor constante: quando a bola se aproxima, a tensão aumenta, quando se afasta, diminui. O período dessas mudanças será obviamente igual ao período de oscilações da bola. Em outras palavras, um campo elétrico alternado surge neste ponto. Seguindo a hipótese de Maxwell, devemos supor que esse campo elétrico variável gerará em torno de si um campo magnético variável com a mesma periodicidade, e este último causará o aparecimento de um campo elétrico alternado já a uma distância maior da carga, e assim por diante. Assim, um sistema de campos elétricos e magnéticos que mudam periodicamente aparecerá no espaço ao redor da bola. A chamada onda eletromagnética é formada, correndo em todas as direções a partir de uma carga oscilante a uma velocidade de 300000 km / s. A cada nova oscilação da bola, outra onda eletromagnética é irradiada para o espaço. Quantas vibrações, quantas ondas. Mas não importa quantas ondas sejam emitidas por unidade de tempo, a velocidade de sua propagação é estritamente constante. Se assumirmos que a bola faz uma oscilação por segundo, durante esse tempo a parte "cabeça" da onda estará a uma distância de 300000 km da fonte de radiação. Se a frequência for de 1000000 de oscilações por segundo, todas essas ondas preencherão o espaço em 1 segundo, contando em linha reta a distância da fonte de radiação a 300000 km. A parcela de cada onda individual terá um caminho de 300 m. Assim, o comprimento de cada onda está diretamente relacionado à frequência de oscilação do sistema que a gerou. Observe que essa onda, por assim dizer, tem todas as condições para sua propagação em si mesma. Embora cada meio denso enfraqueça sua força em um grau ou outro, uma onda eletromagnética pode, em princípio, se propagar no ar e na água, passar pela madeira, vidro, carne humana. No entanto, o melhor meio para isso é o vácuo. Agora vamos ver o que acontece se houver um condutor no caminho de propagação de uma onda eletromagnética. Obviamente, o campo elétrico da onda atuará sobre os elétrons do condutor, que, como resultado, começarão a se mover de forma direcionada, ou seja, uma corrente elétrica alternada aparecerá no condutor, tendo o mesmo período de oscilação. e a mesma frequência do campo elétrico que o gerou. Assim, é possível dar uma explicação para o fenômeno da indução eletromagnética descoberto por Faraday. É claro que nosso exemplo é um tanto ideal. Em condições reais, o campo eletromagnético emitido por uma bola carregada oscilante será muito fraco, e sua intensidade a grande distância é praticamente zero. A corrente induzida no condutor secundário será tão pequena que nenhum dispositivo a registrará. Por esta razão, durante a vida de Maxwell, sua teoria não recebeu confirmação experimental. Muitos cientistas compartilharam seus pontos de vista e estavam procurando uma maneira de ajudar a detectar ondas eletromagnéticas. Experimentos nesse sentido tornaram-se o ponto de partida para o desenvolvimento da engenharia de rádio. Somente em 1886 o físico alemão Hertz realizou um experimento confirmando a teoria de Maxwell. Para excitar as ondas eletromagnéticas, Hertz usou um aparelho que chamou de vibrador, e para detecção - outro aparelho - um ressonador.
O vibrador Hertz consistia em duas hastes de mesmo comprimento, que eram presas às braçadeiras do enrolamento secundário da bobina de indução. Nas extremidades das hastes voltadas uma para a outra, pequenas bolas de metal foram reforçadas. Quando a corrente indutiva passava pelo enrolamento secundário da bobina, uma faísca saltava entre as bolas e ondas eletromagnéticas eram emitidas no espaço circundante. O ressonador de Hertz consistia em um fio dobrado em um anel, em ambas as extremidades do qual as bolas de metal também eram reforçadas. Sob a ação de um campo magnético alternado de uma onda eletromagnética, uma corrente elétrica alternada foi induzida no ressonador, como resultado da qual ocorreu uma descarga entre as esferas. Assim, durante a descarga no vibrador, foi observado um salto de faísca entre as esferas do ressonador. Este fenômeno só poderia ser explicado com base na teoria de Maxwell, de modo que, graças à experiência de Hertz, a existência de ondas eletromagnéticas foi claramente comprovada. Hertz foi a primeira pessoa a controlar conscientemente as ondas eletromagnéticas, mas nunca se propôs a criar um dispositivo que permitisse a comunicação de rádio sem fio. No entanto, os experimentos de Hertz, cuja descrição apareceu em 1888, interessaram físicos de todo o mundo. Muitos cientistas começaram a procurar maneiras de melhorar o emissor e o receptor de ondas eletromagnéticas. O ressonador hertziano era um aparelho de baixíssima sensibilidade e, portanto, só podia captar as ondas eletromagnéticas emitidas pelo vibrador dentro da sala. Primeiro, a Hertz conseguiu transmitir a uma distância de 5 e depois - 18 m. Em 1891, o físico francês Edouard Branly descobriu que limalhas de metal colocadas em um tubo de vidro nem sempre apresentam a mesma resistência quando uma corrente elétrica passa por elas. Quando as ondas eletromagnéticas apareciam perto do tubo, por exemplo, a partir de uma faísca obtida por meio de uma bobina de Ruhmkorff, a resistência da serragem caía rapidamente e só era restabelecida após serem levemente sacudidas. Branly apontou que essa propriedade deles pode ser usada para detectar ondas eletromagnéticas.
Em 1894, o físico inglês Lodge usou pela primeira vez o tubo de Branly, que chamou de "coherer" (do latim coheare - ligar, ligar) para registrar a passagem das ondas eletromagnéticas. Isso possibilitou aumentar o alcance de recepção para várias dezenas de metros. Para restaurar a sensibilidade do coesor após a passagem das ondas eletromagnéticas, Lodge instalou um mecanismo de funcionamento contínuo que o sacudia constantemente. Na verdade, Lodge só teve que dar um passo para criar um receptor de rádio, mas ele não deu esse passo. Pela primeira vez, a ideia da possibilidade de usar ondas eletromagnéticas para fins de comunicação foi apresentada pelo engenheiro russo Popov. Ele destacou que os sinais transmitidos podem ter uma certa duração (por exemplo, alguns sinais podem ser mais longos, outros mais curtos) e, usando o código Morse, os despachos podem ser transmitidos sem fios. No entanto, este dispositivo só fazia sentido se fosse possível obter uma transmissão de rádio estável a longa distância. Tendo estudado os tubos de Branly e Lodge, Popov começou a desenvolver um coesor ainda mais sensível. No final, ele conseguiu criar um coesor muito sensível com eletrodos de platina preenchidos com limalha de ferro.
O próximo problema foi melhorar o processo de sacudir a serragem após a colagem causada pela passagem de uma onda eletromagnética. O mecanismo de relógio usado por Lodge para restaurar a sensibilidade do coesor não forneceu operação confiável do circuito: tal agitação era errática e poderia levar a sinais perdidos. Popov estava procurando um método automático que permitisse que a sensibilidade do coesor fosse restaurada somente depois que o sinal fosse recebido. Tendo feito muitos experimentos, Popov inventou um método para agitar periodicamente o coesor com a ajuda de um martelo de sino elétrico e usou um relé elétrico para ligar o circuito deste sino. O esquema desenvolvido por Popov era altamente sensível e já em 1894 ele foi capaz de usá-lo para receber sinais a uma distância de várias dezenas de metros. Durante esses experimentos, Popov chamou a atenção para o fato de que o alcance do receptor aumenta visivelmente se um fio vertical for conectado ao coesor. Assim, a antena receptora foi inventada, com a qual Popov fez melhorias significativas nas condições de operação do receptor. Em 1895, ele havia criado o que foi o primeiro receptor de rádio da história. Este receptor de rádio foi organizado da seguinte forma. O tubo sensível com limalhas metálicas (coherer) foi reforçado na posição horizontal; um pedaço de fio, que era uma antena receptora, foi preso a uma extremidade do tubo, e um fio aterrado foi preso à outra extremidade. O circuito elétrico da bateria foi fechado através de um coesor e um relé eletromagnético: devido à alta resistência da serragem no tubo (até 100000 ohms), a corrente no circuito da bateria era insuficiente para atrair a armadura do relé. Mas assim que o tubo foi exposto a ondas eletromagnéticas, a serragem grudou e a resistência do tubo foi significativamente reduzida. A corrente no circuito aumentou e a armadura do relé foi atraída. Nesse caso, o segundo circuito foi fechado e a corrente foi direcionada através dos enrolamentos do relé da campainha, como resultado da ação da campainha. O martelo atingiu o sino e a corrente se abriu. O martelo voltou à sua posição original sob a ação de uma mola e atingiu o tubo, sacudindo a serragem. Assim, o tubo tornou-se novamente sensível às ondas eletromagnéticas.
Em 7 de maio de 1895, Popov demonstrou o funcionamento de seu receptor de rádio durante um relatório em uma reunião da Sociedade Russa de Física e Química. A fonte das oscilações eletromagnéticas em seus experimentos era o vibrador transmissor de Hertz, apenas no transmissor de Popov o centelhador era ligado entre a antena e o solo. Em janeiro de 1896, um artigo de Popov descrevendo seu sucessor foi publicado no jornal desta sociedade. Então Popov anexou um aparelho de telégrafo Morse ao seu esquema e registrou a gravação em fita. O resultado foi o primeiro radiotelégrafo do mundo - um transmissor e receptor com a gravação de sinais em código Morse.
Vamos dar uma olhada em seu dispositivo. Uma chave de telégrafo Morse foi conectada entre a bateria e o enrolamento primário da bobina de Ruhmkorff. Quando esta chave era fechada, a corrente contínua da bateria passava pelas voltas do enrolamento. O disjuntor com alta frequência fechou e abriu o circuito, como resultado (consulte o capítulo "Transformador") a corrente contínua foi convertida em corrente alternada. Devido à indução eletromagnética, uma corrente alternada de alta tensão foi induzida no enrolamento secundário da bobina de Ruhmkorff. Este enrolamento foi fechado para um centelhador. Assim, cada fechamento da chave telegráfica gerava correntes de faíscas no centelhador. Circuitos curtos ou longos produziam correntes curtas e longas de faíscas que correspondiam aos pontos e traços do código Morse. Um pólo do pára-raios foi aterrado e o outro foi conectado a uma antena, que irradiava as ondas eletromagnéticas geradas pelo pára-raios para o espaço circundante. Algumas dessas ondas atingem a antena receptora e induzem uma corrente alternada fraca nela. Além disso, a duração de cada pulso de corrente recebido correspondia exatamente à duração do sinal do centelhador. O dispositivo do receptor era quase o mesmo do modelo anterior: o coesor era conectado a uma bateria e um eletroímã, cujo relé, usando uma bateria local, acionava um aparelho de escrita Morse incluído no circuito em vez de uma campainha. Desde que o coesor não fosse exposto a ondas eletromagnéticas, sua resistência era tão grande que nenhuma corrente fluía no circuito coesor. Quando as ondas eletromagnéticas agiam no coesor, sua resistência diminuía bastante e a força da corrente no circuito aumentava tanto que o eletroímã atraiu sua armadura, ligando o circuito do telégrafo. Essa atração não parou enquanto as ondas eletromagnéticas atuavam no coesor. Simultaneamente com o fechamento do circuito, um martelo entrou em ação, que atingiu o coesor. A resistência deste último aumentou. No entanto, se as ondas continuaram a agir, a resistência imediatamente diminuiu novamente e o estado de pequena resistência continuou apesar do tremor. Todo esse tempo o aparelho de telégrafo traçou uma linha na fita. E somente quando a influência das ondas eletromagnéticas cessou, o efeito de agitação se manifestou e a resistência aumentou para o valor anterior - o aparelho foi desligado até que uma nova onda aparecesse. Assim, pontos e traços eram desenhados na fita telegráfica, correspondendo aos sinais do despacho que estava sendo enviado. Em 24 de março de 1896, Popov demonstrou seu equipamento em uma reunião da Sociedade Russa de Física e Química e transmitiu sinais a uma distância de 250 m. O primeiro radiograma do mundo consistia em duas palavras "Heinrich Hertz". Simultaneamente com Popov, o jovem italiano Guglielmo Marconi criou sua instalação radiotelegráfica. Desde a infância, ele se interessou apaixonadamente por eletricidade e depois se interessou pela ideia de um telégrafo sem fio. Em 1896, ele montou um transmissor e um receptor, muito semelhantes em design aos inventados por Popov. No mesmo ano, Marconi trouxe sua invenção para a Inglaterra. Sua mãe era uma inglesa e, graças às conexões dela, ele foi bem recebido nas Ilhas Britânicas. Em 1896, Marconi recebeu uma patente inglesa para seu radiotelégrafo (esta foi a primeira patente obtida para a telegrafia sem fios; assim, do ponto de vista formal, Marconi é justamente considerado o inventor do rádio, pois foi o primeiro a patentear seu invenção). Em junho de 1897, uma sociedade anônima foi organizada para aplicar a invenção de Marconi. Aos 23 anos, ele mostrou incrível engenhosidade e iniciativa. Desde os primeiros passos, seu empreendimento recebeu uma sólida base financeira. Sempre que possível, Marconi procurou demonstrar os benefícios de um novo meio de comunicação sem fio. Assim, em junho de 1898, as tradicionais corridas de vela deveriam ocorrer na área de Dublin. Essas corridas sempre atraíram a atenção de todos. Marconi foi a Dublin e combinou com um dos principais jornais irlandeses que lhe transmitiria pelo rádio de um navio a vapor na área de corridas, todas as informações de que o público pudesse se interessar para publicação em edições especiais do jornal. A experiência foi um sucesso total. Por várias horas, Marconi liderou a transferência, que foi aceita pelos editores. As informações obtidas dessa forma estavam à frente de todas as outras, e o jornal aumentou significativamente sua circulação. Para Marconi, isso também foi um grande sucesso: em pouco tempo, o capital social de sua empresa dobrou, chegando a 200 mil libras esterlinas. Isso lhe deu a oportunidade de melhorar rapidamente seu radiotelegrafo. Alguns anos depois, ele já estava significativamente à frente de Popov em seus desenvolvimentos. Um dos principais elementos dos primeiros receptores de rádio foi o coesor. É natural, portanto, que os principais esforços dos inventores que buscaram aumentar a sensibilidade dos aparelhos receptores tenham sido direcionados justamente para o seu aperfeiçoamento. Marconi foi o primeiro a chamar a atenção para uma importante propriedade de um coesor, a saber, a dependência de sua ação na magnitude da tensão de oscilação de alta frequência aplicada a ele. Para coletar totalmente a energia do campo magnético criado pela corrente insignificantemente pequena induzida na antena, foi necessário amplificá-la. Marconi encontrou uma maneira simples e engenhosa de resolver esse problema. Em 1898, ele incluiu em seu jigger de rádio (que significa "classificador") - um transformador de alta frequência, cujo enrolamento primário estava conectado ao mesmo circuito da antena e o enrolamento secundário estava conectado ao coesor. No mesmo ano, Marconi obteve uma patente para este esquema.
Os condutores a e b aqui designam o circuito da antena no qual o enrolamento primário do jigger c foi incluído. Como resultado da transformação, a tensão da corrente fraca da antena no circuito secundário aumentou significativamente. Do jigger d, o sinal ia para o coesor j, ao qual estava ligada a bateria b' e o relé K, que ligava o aparelho telegráfico, como nos circuitos anteriores. Esta simples inovação permitiu aumentar várias vezes a sensibilidade das primeiras estações receptoras de rádio. O alcance da transmissão aumentou imediatamente de 30 para 85 milhas. No mesmo ano, Marconi fez uma transferência através do Canal da Mancha. Outro passo extremamente importante para aumentar a sensibilidade do receptor foi dado em 1899 por Rybkin, o assistente mais próximo de Popov. Em um dos experimentos realizados por ele, descobriu-se que, devido à distância, os instrumentos não funcionavam. Não tendo certeza de sua completa capacidade de manutenção, Ribkin tentou incluir um receptor de telefone comum no circuito coesor em vez de um relé e um aparelho de telégrafo e descobriu que cada descarga na estação causa um leve estalo no telefone, de modo que qualquer despacho pudesse ser facilmente recebido de ouvido. O mais impressionante aqui foi que o coesor, com essa inclusão, não precisava ser sacudido. Esse fenômeno, na época não totalmente compreendido, foi explicado apenas alguns anos depois. O fato é que, se o coesor geralmente funcionava como uma resistência variável, que, como resultado da sinterização de grãos metálicos, mudava quase do infinito para um valor relativamente pequeno, nesse esquema ele agia em uma base completamente diferente e nada mais era do que um detector no sentido moderno da palavra, ou seja, um dispositivo que passava corrente em apenas uma direção, tinha condutividade unilateral e transformava a corrente alternada (retificada) em uma corrente contínua pulsante. As desprezíveis correntes de antena retificadas pelo detector eram completamente insuficientes para acionar o relé do telégrafo, mas eram capazes de atuar em um dispositivo muito sensível - a membrana do receptor telefônico, gerando ondas sonoras fracas da mesma forma que em um telefone comum. Colocando o telefone no ouvido, você podia ouvir estalos longos e curtos, correspondentes aos pontos e traços do código Morse. O dispositivo receptor com a transição para o telefone foi bastante simplificado. Não havia mecanismo para registrar sinais de telégrafo, a bateria diminuiu e a necessidade de agitação constante do pó metálico desapareceu. Se no receptor anterior, que funcionava em um aparelho de gravação, a interferência de descargas de raios muitas vezes levava a falsos disparos do relé e distorcia os registros, então a recepção de ouvido com uma habilidade conhecida do telegrafista dava mais oportunidades para isolar corretamente os sinais de telégrafo alternados contra o fundo de um crepitar caótico de interferência. Mas a vantagem mais significativa do novo receptor foi sua maior sensibilidade. O próximo passo no aperfeiçoamento dos receptores de rádio foi associado a um aumento em sua seletividade, já que as primeiras tentativas de passar de experimentos para o uso prático de ondas eletromagnéticas para transmissão de sinais à distância mostraram com toda a sua nitidez que o desenvolvimento posterior de esse novo tipo de comunicação e seu uso generalizado só seriam possíveis no caso de serem encontrados métodos eficazes que permitissem a operação simultânea de várias estações transmissoras no ar. Para o caso com uma conexão com fio, esse problema foi resolvido de maneira muito simples. Bastava conectar cada um dos dispositivos receptores localizados em qualquer ponto com seus fios individuais à instalação de transmissão correspondente. Mas o que deveria ter sido feito no caso da transmissão sem fio? Os experimentos das primeiras estações de Popov e Marconi revelaram imediatamente todas as imperfeições a esse respeito do equipamento usado na época. A recepção de sinais na área de cobertura de duas estações operando simultaneamente acabou sendo completamente impossível devido à interferência mútua. Uma saída foi encontrada na transmissão de sinais radiotelegráficos por ondas de vários comprimentos, utilizando o fenômeno da ressonância para isolá-los no aparelho receptor.
Para entender a essência desse método, vamos considerar com mais detalhes as propriedades de uma bobina indutiva e de um capacitor. Imagine uma bobina com um grande número de voltas, através da qual passa uma corrente alternada. Uma corrente elétrica variável, como mencionado anteriormente, gera um campo magnético variável no espaço circundante, que por sua vez cria um campo elétrico variável. Este campo elétrico induz uma corrente elétrica nas espiras da bobina, direcionada para a principal - ocorre um fenômeno chamado auto-indução. Externamente, esse efeito se manifesta, em particular, no fato de que quando o circuito é fechado, a corrente em qualquer bobina não atinge seu valor máximo imediatamente, mas com algum atraso em comparação, por exemplo, com um condutor reto convencional. Quando a rede é aberta, o campo elétrico variável induz uma corrente na bobina que coincide em direção com a principal e, portanto, a corrente na bobina permanece por algum tempo após o desligamento da energia. Esta propriedade da bobina de retardar e, por assim dizer, reter a corrente em si por algum tempo sem qualquer influência externa é caracterizada por um valor especial chamado indutância. Cada bobina tem sua própria indutância, cujo valor depende do tamanho do condutor e de sua forma, mas não depende da corrente que flui. Quanto ao capacitor, geralmente é composto por duas placas localizadas bem próximas uma da outra, mas separadas por um dielétrico, ou seja, uma substância que não transmite corrente elétrica. As placas de um capacitor são chamadas de placas. Se você conectar as placas do capacitor aos pólos de uma fonte CC (por exemplo, a uma bateria elétrica), uma carga elétrica se acumulará nelas, que permanecerá mesmo depois que a bateria for desconectada. A capacidade de um capacitor de armazenar uma carga é determinada por sua capacitância elétrica. Cada capacitor tem sua própria capacitância, e seu valor depende da área das placas, da distância entre elas e das propriedades do dielétrico que as separa. Se as placas do capacitor estiverem conectadas com um pedaço de fio, ocorrerá sua descarga rápida - os elétrons da placa onde estavam em excesso fluirão para outra onde não foram suficientes, após o que a carga de cada uma das placas será zero. Bem, e se o capacitor não for descarregado em si mesmo, mas através de uma bobina de indução? Neste caso, observa-se um fenômeno muito interessante. Imagine um capacitor carregado com uma bobina presa às suas placas. Obviamente, o capacitor começará a descarregar e uma corrente elétrica aparecerá no circuito, mas sua força não atingirá imediatamente seu valor máximo, mas aumentará gradualmente devido ao fenômeno de auto-indução na bobina. No momento em que o capacitor estiver completamente descarregado, a corrente na bobina atingirá seu valor máximo. O que vai acontecer? Apesar de ambas as placas do capacitor já terem carga zero, o fluxo de corrente pela bobina continuará, pois devido à mesma autoindução, a corrente na bobina não pode parar instantaneamente. É como se a bobina se transformasse por alguns momentos em uma fonte de corrente e carregasse o capacitor da mesma forma que uma bateria elétrica. Só que agora as cargas das placas são invertidas - a que antes estava carregada negativamente se torna positiva e vice-versa. Como resultado, quando a corrente na bobina for zero, o capacitor será carregado novamente. No entanto, no mesmo momento, ele começará a descarregar novamente pela bobina e todo o processo será repetido na direção oposta. Se não houvesse perdas inevitáveis de eletricidade, essa recarga poderia levar um tempo arbitrariamente longo. O fenômeno descrito é chamado de oscilações elétricas, e o sistema capacitor-bobina no qual essas oscilações ocorrem é chamado de circuito oscilatório. Dependendo de quantas vezes em um segundo o capacitor tem tempo para recarregar, eles falam sobre uma ou outra frequência de oscilação. A frequência de oscilação está diretamente relacionada às propriedades do circuito oscilatório, principalmente a indutância da bobina e a capacitância do capacitor. Percebe-se que quanto menores esses valores, maior a frequência de oscilações no circuito, ou seja, o capacitor tem tempo para recarregar mais vezes em um segundo. Como quaisquer oscilações (por exemplo, oscilações de um pêndulo), as oscilações no sistema capacitor-bobina, se não forem suportadas do lado de fora, acabarão parando, pois a energia inicial será gasta no aquecimento dos fios e na radiação eletromagnética. Isso significa que a cada oscilação, a corrente máxima na bobina e a tensão máxima nas placas do capacitor serão cada vez menores. No entanto, assim como a oscilação de um pêndulo em um relógio mecânico, as oscilações elétricas podem ser mantidas, por exemplo, conectando um capacitor a uma fonte externa de corrente alternada. Mas a corrente alternada, como lembramos, também muda seu valor com uma certa frequência, ou, em outras palavras, tem sua própria frequência de oscilação. Qualquer circuito oscilatório não é indiferente à frequência de oscilação da corrente que o alimenta. Se, por exemplo, essa corrente tiver uma frequência de oscilação muito grande ou muito pequena em comparação com a frequência de oscilação do próprio circuito, a intensidade da corrente e sua tensão no circuito oscilatório nunca serão grandes (já que essa influência externa interferirá com suas próprias oscilações mais do que ajudá-los). No entanto, nos casos em que a frequência de oscilações da corrente externa está próxima da frequência natural de oscilações do circuito, a intensidade da corrente e a tensão da corrente do circuito começam a aumentar e atingem seu máximo quando essas frequências coincidem completamente. Neste caso, diz-se que o circuito oscilatório está em ressonância. A ressonância é especialmente pronunciada em circuitos com baixa resistência. Nesse caso, a tensão no capacitor e na bobina pode ser muitas vezes maior que a tensão de alimentação externa. Há uma espécie de surto ou surto de tensão. O fenômeno da ressonância elétrica foi usado para implementar comunicações de rádio seletivas. Marconi foi um dos primeiros a sintonizar os circuitos oscilatórios das estações transmissoras e receptoras na mesma frequência. Para isso, em particular, ele utilizou seu jigger, incluindo um capacitor em paralelo com seu enrolamento secundário e assim obtendo um circuito oscilatório. O circuito dos transmissores também foi alterado pela inclusão de bobinas indutivas e capacitores no circuito da antena, de modo que cada estação transmissora pudesse transmitir sinais com uma determinada frequência de oscilação de onda. Como agora várias estações de rádio estavam transmitindo mensagens, cada uma com sua própria frequência, as ondas emitidas por elas excitavam correntes alternadas de várias frequências na antena receptora. Mas o receptor escolheu apenas aqueles sinais cuja frequência coincidisse com a frequência natural de oscilação de seu circuito oscilatório, pois somente neste caso o fenômeno de ressonância foi observado. O jigger neste circuito funcionava como um filtro e não amplificava nenhuma corrente de antena (como era antes), mas destacava entre eles a corrente da frequência em que o determinado receptor estava sintonizado. Desde então, os circuitos ressonantes tornaram-se parte integrante dos dispositivos de recepção e transmissão.
No início do século 1901, várias dezenas de cientistas em muitos países estavam entusiasticamente engajados na telegrafia sem fio. No entanto, os maiores sucessos ainda estavam associados ao nome de Marconi, que, sem dúvida, foi um dos mais destacados engenheiros de rádio da época. Após uma série de experimentos de transmissão a longas distâncias, Marconi fez uma descoberta impressionante - descobriu-se que a protuberância do globo não interfere em nada no movimento das ondas eletromagnéticas. Isso o levou a experimentar a telegrafia através do oceano. Já em 1800, ocorreu a primeira transmissão de rádio transatlântica da história, durante a qual o assistente de Marconi, Fleming, transmitiu a letra "S" da estação inglesa em Poldu em código Morse, e Marconi, que estava do outro lado do Oceano Atlântico , na ilha de Newfoundland, recebeu-o a uma distância de XNUMX milhas. O próximo ponto importante na melhoria dos receptores foi a criação de novas armadilhas de ondas (detectores). Coherer de Branly desempenhou um papel importante nos primeiros anos de comunicações de rádio. No entanto, ele era muito caprichoso e difícil de lidar. Além disso, precisava ser constantemente sacudido para restaurar a capacidade de responder ao próximo sinal de rádio. Uma das tarefas centrais foi a criação de um coesor "auto-ajustável". A primeira tentativa nesse sentido foi feita em 1899 por Popov com um telefone. O segundo é Marconi, que projetou seu detector magnético no início do século XX.
O princípio de funcionamento do detector magnético foi baseado no fenômeno da chamada histerese. O fato é que geralmente o ferro é magnetizado com algum atraso no tempo. No entanto, a magnetização pode ser aumentada se, no momento da exposição a um campo magnético externo, for causado um tremor perceptível das moléculas de ferro. Isso pode ser feito por choque mecânico ou um pulso curto de outro campo magnético. Este fenômeno foi usado por Marconi. Em seu detector magnético, um cinto sem fim de fio de ferro macio foi esticado sobre dois discos de rolos, movendo-se a uma velocidade de cinco polegadas por segundo e passando sob os pólos de dois ímãs permanentes dentro de um pequeno tubo de vidro. Os enrolamentos primário e secundário foram enrolados neste tubo, e o enrolamento primário foi conectado ao circuito da antena e o secundário foi conectado ao telefone. Passando sob os pólos do ímã, a fita de ferro foi magnetizada primeiro em uma e depois na direção oposta. A própria reversão da magnetização ocorreu sob os pólos duplos médios de mesmo nome, mas não imediatamente no momento em que a fita passou sob eles, mas um pouco atrasado (devido à propriedade do ferro mencionada acima). A imagem das linhas magnéticas emanadas dos pólos e fechadas no fio de ferro estava distorcida, e as linhas magnéticas pareciam ser levadas pelo fio na direção do movimento. O campo magnético de alta frequência formado dentro do enrolamento primário durante a passagem do sinal de rádio recebido enfraqueceu instantaneamente o fenômeno de histerese no fio de ferro e produziu remagnetização de choque nele. A configuração das linhas de força mudou drasticamente, e elas foram instaladas na posição que lhes é característica quando o fio está estacionário. Esse deslocamento súbito das linhas de força criou uma corrente instantânea no enrolamento secundário, que provocou um som no telefone. O dispositivo não exigia agitação e estava sempre pronto para receber o próximo sinal. Nos mesmos anos, outros tipos de detectores foram propostos por outros engenheiros de rádio. Desde então, começou o rápido desenvolvimento da engenharia de rádio. Em 1902, usando seu detector magnético, Marconi realizou uma série de experimentos notáveis no cruzador de guerra italiano Carlo Alberto. Durante a viagem da Itália para a Inglaterra e Rússia, ele estava totalmente livre para receber a uma distância de 2000 km de Poldu, onde estava localizada a estação transmissora. Em novembro do mesmo ano, 1902, foram estabelecidas comunicações oficiais de rádio entre os Estados Unidos e a Inglaterra. O presidente Roosevelt e o rei Eduardo VIII trocaram radiogramas de saudação. E em outubro de 1907, a firma Marconi abriu ao público em geral a primeira estação radiotelegráfica da história, transmitindo mensagens da Europa para a América. O interesse por essa novidade acabou sendo enorme - 14 mil palavras foram transmitidas no primeiro dia. Autor: Ryzhov K.V.
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