Фрэнсис Ролт-Уилер - Как мальчик Хюг сам построил радиостанцию

Волны света и радио распространяются с одинаковой скоростью, но имеют ли они одинаковую длину?

— Нет, длина волны Герца может быть от 25 миль от гребня к гребню до одного дюйма, а самая длинная световая волна короче самой короткой радиоволны в 10.000 раз.

— Даже меньше, мой мальчик. Обыкновенный желтый свет (натрия) имеет волну длиной в одну тридцатитысячную дюйма. Знаешь ли ты, что такое частота?

— Количество волн в секунду.

— Почти так, но не совсем. Это скорость волны, умноженная на длину ее.

— Что такое частота электромагнитных волн?

Хюг чувствовал, что должен уметь ответить, но не мог.

— Это трудный вопрос, — признал Торн. — потому что три таких различных вещи, как радиоволны, лучистые тепловые волны и световые волны все являются формой радиолучей. Переменный электрический ток со скоростью 60 в секунду дает волны такой частоты.

Частота радиоволн может быть: от 10.000 до 3.000.000 в секунду; тепловых волн: от 5.000.000.000.000 до 200.000.000.000.000 в сек.; световых волн: от 400.000.000.000.000 до 1.000.000.000.000.000 в секунду.

Частота Х-лучей в триста раз больше самой большей частоты световой волны, а эманации радия имеют в семьдесят раз большую частоту, чем Х-лучи.

— Очень важно запомнить, Хюг, что мы не особенно хорошо еще знакомы с электромагнитными волнами. Есть волны ниже радиоволн, свойства которых мы еще не знаем. Между радио и тепловыми волнами есть множество неизвестных волн в миллион раз больше радиоволн. Между тепловыми и световыми волнами есть промежуток в частоте в два миллиона миллионов, промежутки между световыми и Х-лучами, и между Х-лучами и лучами радия еще больше. Наши знания электромагнитных волн очень малы, многое надо еще открыть. Есть работа для нового Герца.

Заметь еще, Хюг. Эти волны могут превращаться одни в другие. Эманации радия могут быть приведены к частоте X-лучей, которые могут принимать такую форму, что дают свет. Световые лучи легко изменить так, чтобы они давали тепло, и они могут с помощью селена и электрического тока быть превращены в звуковые волны, так что можно слышать свет звезд. Звуковые волны в телефоне превращаются в электрические и снова в звуковые. Волны большой частоты могут быть превращены в волны малой частоты, и это ежедневно делается в беспроволочном телеграфе; радиоволны уменьшаются так, чтобы они были доступны для слуха.

— А знаешь ли ты, что такое ширина волн?

— Да, отчасти. В волне водяной, т. е. волне на поверхности, это глубина волны от гребня до углубления между волнами, но в радиоволнах это наибольшее отклонение от состояния покоя.

— Это доказывает, что ты неправильно определил ширину водяной волны. Ширина — половина расстояния от гребня к углублению. Старайся быть точным.

— Ну, а что ты знаешь о форме волн?

Мальчик покачал головой.

— Не думаешь ли ты, что все волны имеют одинаковую форму? Ничего подобного. Как работал бы тогда телефон или фонограф? Только благодаря форме волн мы можем различать звуки. Каждый вид электромагнитных волн имеет разную форму: это очень важно в беспроволочном телефоне, ты еще о нем не знаешь. Но разницу между непрерывными и прерывающимися рядами ты знаешь?

— Об этом была статья в журнале, но я не особенно хорошо понял ее.

— Я тебе объясню, в чем дело. Когда бросают в воду камешек, получается не одна волна, а целый ряд мелких волн. Если бросать дальше камни, целый ряд их, совершенно одинаково с первым, или если поверхности воды будет касаться вибрирующий предмет, получится непрерывный, постоянный ряд волн. Если бросать камешки через неправильные промежутки времени, или если вибрирования касающегося воды предмета будут прерываться, получится прерывающийся ряд волн.

Удар по клавише рояля даст ослабевающий ряд волн, а нажимание клавиши органа — непрерывный. Мандолина дает ослабевающий ряд волн, скрипка — непрерывный. Разряды конденсаторов дают ослабевающие волны, а альтернаторы высокой частоты, дуга Паульсена и катодная лампа (со всем этим придется тебе познакомиться и как можно скорее) дают непрерывные или, как говорят, незатухающие волны.

Незатухающие волны имеют большие преимущества, важные для радио. Точка в радиотелеграфе длится одну двадцатую секунды. При искровом разряде с тысячью раз в секунду в каждой точке будет 50 рядов с 40 волнами в каждом ряду или всего 2.000 волн. При передаче же незатухающими волнами, в точке будет 10.000 волн, т. е. в пять раз больше. Прерывающиеся ряды имеют всего одну волну полной мощности, остальные же ослабевают, тогда как незатухающие волны все имеют одинаковую мощность и дают, приблизительно, в 5 раз больше энергии. Таким образом, сила передачи точки незатухающими волнами больше передачи ее затухающими в 25 раз, а энергии для передачи нужно немногим больше. Кроме того, незатухающие волны чисты и дают колебания только в соответствии с электрическими данными цепи; затухающие же волны расплывчаты.

— Искровой разряд не дает непрерывных волн?

— Нет. Поэтому-то Маркони и пришлось работать по другой системе, предложенной впервые Вином и разработанной Флемингом.

Идея состояла в том, чтобы сделать как раз обратное непрерывным волнам, т. е. в том, чтобы ослабевающий ряд волн еще больше ослабить, и сделать это так быстро, чтобы можно было принимать в расчет только первый толчок. Вин достигал этого посредством того, что у него искра в металлической цепи получалась не между шариками, а между металлическими пластинками. Он брал ряд из 10 металлических пластинок, отстоящих друг от друга на 1/50 дюйма; вследствие охлаждения металлических поверхностей искра получалась настолько ослабленной, что антенна получала чистое возбуждение.

Разрядник Вина.

Флеминг еще усовершенствовал это: у него металлические пластинки с искровым промежутком вращались в масле, так что была устранена возможность возникновения дуги между концами промежутка.

Маркони сделал большой шаг вперед по сравнению с Вином и Флемингом своим изобретением дискового разрядника, вращающегося с большой скоростью; стальной диск с выступающими по обе стороны шпеньками вращается с большой скоростью между двумя другими дисками, вращающимися в свою очередь под прямым углом к нему, и включенными в одну цепь с конденсатором.

Каждый раз, когда шпенек проходит под двумя большими дисками, создавая небольшой искровой промежуток, в цепи диск — конденсатор — трансформатор создаются колебания. Скорость вращения среднего диска так велика, что он разрывает цепь конденсатора, немедленно прекращает колебания в конденсаторе и возбуждает в антенне колебание одной частоты. В следующей стадии изобретения Маркони диск был гладкий; он был устроен по тому же принципу, но без шпеньков и приспособлен к посылке незатухающих волн. С помощью этого прибора впервые удалось телеграфировать через Атлантический океан.