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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Funktelegraf. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Radiotelegraph ist ein Mittel zum Senden (Empfangen) von Textinformationen per Funk. Buchstaben des Alphabets werden durch eine Kombination aus Punkten und Strichen (Morsecode) dargestellt. Derzeit wird diese Technologie hauptsächlich von Amateur-Enthusiasten sowie in den Signalen verschiedener Funkfeuer und seltener in der offiziellen Kommunikation verwendet.
Die drahtlose Funktelegraphie gilt zu Recht als die größte Erfindung des späten XNUMX. Jahrhunderts, die eine neue Ära in der Geschichte des menschlichen Fortschritts einleitete. So wie der alte elektrische Telegraf den Grundstein für die Elektrotechnik legte, diente die Schaffung des Funktelegrafen als Ausgangspunkt für die Entwicklung der Funktechnik und dann der Elektronik, deren grandiose Erfolge wir heute überall sehen. In der Geschichte dieser beiden Erfindungen lässt sich eine weitere interessante Parallele feststellen: Die Erfinder des Telegraphen, Semering und Schilling, waren die ersten Erfinder, die versuchten, die neu entdeckte Kuriosität – den elektrischen Strom – zum Wohle des Menschen und die Bedienung zu nutzen der Radiotelegrafen Popov und Marconi basierte auf dem neu entdeckten Phänomen der elektromagnetischen Strahlung. Wie damals, so war auch heute die Kommunikationstechnik die erste, die neueste Errungenschaften der Wissenschaft forderte und nutzte. In einem elektrischen Telegrafen ist der Signalträger ein elektrischer Strom. In der Funktelegrafie handelt es sich bei diesen Trägern um elektromagnetische Wellen, die sich mit großer Geschwindigkeit im Weltraum ausbreiten und selbst keine Leitungen benötigen. Die Entdeckung des elektrischen Stroms und die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen liegen genau hundert Jahre auseinander, und an ihrem Beispiel kann man sehen, welche erstaunlichen Erfolge die Physik in diesem Jahrhundert erzielt hat. Wenn der elektrische Strom, wie wir uns erinnern, ganz zufällig von Galvani entdeckt wurde, dann manifestierten sich elektromagnetische Wellen zuerst als Ergebnis eines völlig zielgerichteten Experiments von Hertz, der genau wusste, wonach und wie er suchen musste, denn schon zwanzig Jahre zuvor Seine bemerkenswerte Entdeckung, die Existenz elektromagnetischer Wellen, wurde vom großen englischen Physiker Maxwell mit mathematischer Präzision vorhergesagt. Um das Prinzip der Funktelegraphie zu verstehen, erinnern wir uns daran, was ein elektrisches Feld und was ein magnetisches Feld ist. Nehmen wir einen Plastikball und reiben ihn mit einem Wolltuch ab - danach erlangt der Ball die Fähigkeit, kleine Papierstücke und Müll anzuziehen. Es wird, wie sie gewöhnlich sagen, elektrifiziert, dh es erhält eine bestimmte elektrische Ladung auf seiner Oberfläche. In einem der vorherigen Kapitel wurde bereits berichtet, dass diese Ladung negativ und positiv sein kann und zwei gleich geladene Kugeln sich mit einer bestimmten Kraft abstoßen und zwei Kugeln mit entgegengesetzter Ladung sich anziehen. Warum passiert das? Faraday schlug einmal vor, dass jede Kugel um sich herum eine Art unsichtbare Störung erzeugt, die er das elektrische Feld nannte. Das Feld einer geladenen Kugel wirkt auf eine andere Kugel und umgekehrt. Gegenwärtig wird Faradays Hypothese von der Wissenschaft akzeptiert, obwohl nichts über die Natur dieses Feldes bekannt ist, was es als solches ist. Neben der Tatsache, dass das elektrische Feld existiert, sind nur zwei seiner unbestrittenen Eigenschaften offensichtlich: Es breitet sich im Weltraum um jeden geladenen Körper mit einer enormen, wenn auch endlichen Geschwindigkeit von 300000 km / s aus und wirkt auf jeden anderen elektrisch geladenen Körper ein findet sich in diesem Feld wieder und zieht es mit einer bestimmten Kraft an oder stößt es weg. Eine Variation dieses Effekts kann als elektrischer Strom betrachtet werden. Wie bereits erwähnt, ist jeder elektrische Strom eine gerichtete Bewegung geladener Teilchen. Bei Metallen ist dies beispielsweise die Bewegung von Elektronen und bei Elektrolyten die Bewegung von Ionen. Was bringt diese Teilchen dazu, sich in eine Richtung zu bewegen? Die Antwort ist bekannt: Diese Kraft ist das elektrische Feld. Wenn der Stromkreis im Leiter über seine gesamte Länge von einem Pol der Stromquelle zum anderen geschlossen wird, entsteht ein elektrisches Feld, das auf geladene Teilchen wirkt und sie zwingt, sich auf eine bestimmte Weise zu bewegen (z. B. in einem Elektrolyten positiv geladene Ionen werden von der Kathode angezogen und negativ geladene von der Anode). Vieles, was über das elektrische Feld gesagt wurde, kann dem magnetischen Feld zugeschrieben werden. Jeder hat sich mit metallischen Dauermagneten auseinandergesetzt und weiß um deren Eigenschaft, sich anzuziehen und abzustoßen, je nachdem welche Pole – gleich oder entgegengesetzt – sie aufeinander gerichtet sind. Die Wechselwirkung von Magneten erklärt sich aus der Tatsache, dass um jeden von ihnen ein Magnetfeld entsteht und das Feld eines Magneten auf einen anderen Magneten wirkt und umgekehrt. Es wurde bereits festgestellt, dass im Raum um jede sich bewegende Ladung herum ein Magnetfeld entsteht, und jeder elektrische Strom (der – wir wiederholen dies noch einmal – ein gerichteter Strom geladener Teilchen ist) erzeugt ein Magnetfeld um sich selbst herum. Auch das gegenteilige Phänomen wurde diskutiert – das Phänomen der elektromagnetischen Induktion, wenn ein sich änderndes Magnetfeld einen elektrischen Strom in Leitern induziert. Aber warum entsteht dieser Strom und warum tritt er nur auf, wenn sich das Magnetfeld ändert? Versuchen wir, das herauszufinden. Nehmen wir den oben bereits besprochenen Transformator, bei dem es sich um zwei Spulen handelt, die auf einen Kern gelegt sind. Indem wir die Primärwicklung des Transformators an das Netzwerk anschließen, erhalten wir einen Strom in der Sekundärwicklung. Dies bedeutet, dass sich die Elektronen in der Sekundärwicklung in eine Richtung zu bewegen begannen, dh eine Art Kraft auf sie einzuwirken begann. Was ist die Natur dieser Kraft? Lange Zeit steckten Wissenschaftler und Elektrotechniker vor dieser Frage in einer Sackgasse. Da sie bereits Transformatoren verwendeten, konnten sie die Prozesse, die in ihnen stattfanden, nicht vollständig verstehen. Es war nur offensichtlich, dass dieses Phänomen nicht allein durch die Wirkung eines Magnetfelds erklärt werden konnte. Eine interessante Hypothese, die dieses und viele andere elektrische Phänomene erklärt, wurde 1864 von dem berühmten englischen Physiker Maxwell aufgestellt. Um es zu verstehen, stellen wir fest, dass der Prozess, der in der Sekundärwicklung eines Transformators abläuft, dem sehr ähnlich ist, der in jedem Leiter eines geschlossenen Stromkreises beobachtet wird – und hier und da kommen die Elektronen in einer gerichteten Bewegung. Im Leiter des Stromkreises geschieht dies jedoch unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Vielleicht entsteht auch in der Sekundärwicklung des Trafos ein elektrisches Feld? Aber wo kommt es her? In einem geschlossenen Stromkreis tritt ein elektrisches Feld auf, da eine Stromquelle (Batterie oder Generator) darin enthalten ist. Aber im Sekundärkreis des Transformators gibt es bekanntlich keine externen Stromquellen. Maxwell schlug vor, dass das elektrische Feld hier unter dem Einfluss eines sich ändernden Magnetfelds entsteht. Er ging weiter und begann zu argumentieren, dass diese beiden Felder eng miteinander verwandt sind, dass jedes sich ändernde magnetische Feld ein elektrisches Feld erzeugt und jedes sich ändernde elektrische Feld ein magnetisches Feld erzeugt und dass sie überhaupt nicht ohne einander existieren können und sich repräsentieren , sozusagen ein einzelnes elektromagnetisches Feld. Maxwells Theorie kann durch das folgende einfache Beispiel erklärt werden. Stellen Sie sich vor, dass eine geladene Kugel an einer Feder aufgehängt ist. Wenn wir ihn nach unten ziehen und dann loslassen, beginnt der Ball um einen Gleichgewichtspunkt herum zu schwingen. Angenommen, diese Schwingungen treten mit einer sehr hohen Frequenz auf (das heißt, der Ball hat Zeit, mehrere hundert oder sogar tausend Mal in einer Sekunde zu steigen und zu fallen). Jetzt messen wir die Größe der elektrischen Feldstärke an einem Punkt in der Nähe des Balls. Offensichtlich ist es kein konstanter Wert: Wenn sich der Ball nähert, nimmt die Spannung zu, wenn er sich entfernt, nimmt sie ab. Die Periode dieser Änderungen wird offensichtlich gleich der Schwingungsperiode der Kugel sein. Mit anderen Worten entsteht an dieser Stelle ein elektrisches Wechselfeld. Gemäß der Hypothese von Maxwell müssen wir annehmen, dass dieses sich ändernde elektrische Feld um sich herum ein Magnetfeld erzeugt, das sich mit der gleichen Periodizität ändert, und dass letzteres das Auftreten eines elektrischen Wechselfelds bereits in größerer Entfernung von der Ladung verursacht, und so weiter. So entsteht im Raum um die Kugel ein System sich periodisch ändernder elektrischer und magnetischer Felder. Aus einer oszillierenden Ladung mit einer Geschwindigkeit von 300000 km/s entsteht eine sogenannte elektromagnetische Welle, die in alle Richtungen läuft. Bei jeder neuen Schwingung der Kugel wird eine weitere elektromagnetische Welle ins All abgestrahlt. Wie viele Vibrationen, so viele Wellen. Aber egal wie viele Wellen pro Zeiteinheit ausgesandt werden, ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit ist streng konstant. Wenn wir davon ausgehen, dass die Kugel eine Schwingung pro Sekunde ausführt, befindet sich in dieser Zeit der "Kopf"-Teil der Welle in einer Entfernung von 300000 km von der Strahlungsquelle. Wenn die Frequenz 1000000 Schwingungen pro Sekunde beträgt, werden alle diese Wellen den Raum in 1 Sekunde füllen, wenn man in einer geraden Linie von der Strahlungsquelle 300000 km entfernt zählt. Der Anteil jeder einzelnen Welle hat einen Weg von 300 m. Somit steht die Länge jeder Welle in direktem Zusammenhang mit der Schwingungsfrequenz des Systems, das sie erzeugt hat. Beachten Sie, dass diese Welle sozusagen alle Bedingungen für ihre Ausbreitung in sich trägt. Obwohl jedes dichte Medium seine Stärke mehr oder weniger schwächt, kann sich eine elektromagnetische Welle im Prinzip in Luft und Wasser ausbreiten, Holz, Glas und menschliches Fleisch durchdringen. Das beste Medium dafür ist jedoch Vakuum. Sehen wir uns nun an, was passiert, wenn sich im Ausbreitungsweg einer elektromagnetischen Welle ein Leiter befindet. Offensichtlich wirkt das elektrische Feld der Welle auf die Elektronen des Leiters, die sich dadurch gerichtet zu bewegen beginnen, dh im Leiter tritt ein elektrischer Wechselstrom mit der gleichen Schwingungsperiode auf und die gleiche Frequenz wie das elektrische Feld, das es erzeugt hat. Damit ist es möglich, das von Faraday entdeckte Phänomen der elektromagnetischen Induktion zu erklären. Es ist klar, dass unser Beispiel einigermaßen ideal ist. Unter realen Bedingungen ist das von einer oszillierenden geladenen Kugel emittierte elektromagnetische Feld sehr schwach und seine Intensität in großer Entfernung ist praktisch Null. Der im Sekundärleiter induzierte Strom wird so gering sein, dass kein Gerät ihn registriert. Aus diesem Grund erhielt seine Theorie zu Lebzeiten von Maxwell keine experimentelle Bestätigung. Viele Wissenschaftler teilten seine Ansichten und suchten nach einer Möglichkeit, elektromagnetische Wellen zu erkennen. Experimente in dieser Richtung wurden zum Ausgangspunkt für die Entwicklung der Funktechnik. Erst 1886 führte der deutsche Physiker Hertz ein Experiment durch, das Maxwells Theorie bestätigte. Um elektromagnetische Wellen anzuregen, verwendete Hertz ein Gerät, das er Vibrator nannte, und zur Erkennung - ein weiteres Gerät - einen Resonator.
Der Hertz-Vibrator bestand aus zwei gleich langen Stäben, die an den Klemmen der Sekundärwicklung der Induktionsspule befestigt waren. An den einander zugewandten Enden der Stäbe wurden kleine Metallkugeln verstärkt. Wenn der induktive Strom durch die Sekundärwicklung der Spule floss, sprang ein Funke zwischen den Kugeln über und elektromagnetische Wellen wurden in den umgebenden Raum emittiert. Der Resonator von Hertz bestand aus einem ringförmig gebogenen Draht, an dessen beiden Enden zusätzlich Metallkugeln verstärkt waren. Unter Einwirkung eines magnetischen Wechselfeldes einer elektromagnetischen Welle wurde im Resonator ein elektrischer Wechselstrom induziert, wodurch zwischen den Kugeln eine Entladung auftrat. So wurde während der Entladung im Vibrator ein Funkensprung zwischen den Resonatorkugeln beobachtet. Dieses Phänomen konnte nur auf der Grundlage der Maxwellschen Theorie erklärt werden, so dass dank der Erfahrung von Hertz die Existenz elektromagnetischer Wellen eindeutig bewiesen war. Hertz war der erste Mensch, der elektromagnetische Wellen bewusst kontrollierte, aber er stellte sich nie die Aufgabe, ein Gerät zu schaffen, das eine drahtlose Funkkommunikation ermöglichte. Die Experimente von Hertz, deren Beschreibung 1888 erschien, interessierten jedoch Physiker auf der ganzen Welt. Viele Wissenschaftler begannen nach Wegen zu suchen, um den Sender und Empfänger elektromagnetischer Wellen zu verbessern. Der Hertzsche Resonator war ein Gerät mit sehr geringer Empfindlichkeit und konnte daher die vom Vibrator ausgesandten elektromagnetischen Wellen nur innerhalb des Raumes auffangen. Zuerst gelang es Hertz, über eine Entfernung von 5 und dann - 18 m zu übertragen. 1891 entdeckte der französische Physiker Edouard Branly, dass Metallspäne in einer Glasröhre nicht immer den gleichen Widerstand aufweisen, wenn ein elektrischer Strom durch sie geleitet wird. Wenn in der Nähe der Röhre elektromagnetische Wellen auftraten, beispielsweise durch einen Funken, der mit einer Ruhmkorff-Spule erhalten wurde, fiel der Widerstand des Sägemehls schnell und wurde erst nach leichtem Schütteln wiederhergestellt. Branly wies darauf hin, dass diese ihre Eigenschaft genutzt werden kann, um elektromagnetische Wellen zu detektieren.
1894 benutzte der englische Physiker Lodge erstmals die Branly-Röhre, die er „Coherer“ (von lat. coheare – verbinden, binden) nannte, um den Durchgang elektromagnetischer Wellen zu registrieren. Dadurch konnte die Empfangsreichweite auf mehrere zehn Meter erhöht werden. Um die Empfindlichkeit des Kohärers nach dem Durchgang elektromagnetischer Wellen wiederherzustellen, installierte Lodge ein kontinuierlich arbeitendes Uhrwerk, das ihn ständig schüttelte. Tatsächlich musste Lodge nur einen Schritt machen, um einen Radioempfänger zu bauen, aber er tat diesen Schritt nicht. Die Idee der Möglichkeit, elektromagnetische Wellen für Kommunikationszwecke zu nutzen, wurde erstmals vom russischen Ingenieur Popov vorgestellt. Er wies darauf hin, dass den gesendeten Signalen eine bestimmte Dauer gegeben werden kann (z. B. können einige Signale länger, andere kürzer gemacht werden) und Meldungen per Morsecode drahtlos übertragen werden können. Sinnvoll war dieses Gerät allerdings nur, wenn eine stabile Funkübertragung über große Distanzen möglich war. Nachdem Popov die Röhren von Branly und Lodge studiert hatte, machte er sich daran, einen noch empfindlicheren Kohärer zu entwickeln. Am Ende gelang es ihm, einen sehr empfindlichen Kohärer mit Platinelektroden herzustellen, die mit Eisenspänen gefüllt waren.
Das nächste Problem bestand darin, den Prozess des Schüttelns des Sägemehls nach dem Zusammenkleben zu verbessern, das durch den Durchgang einer elektromagnetischen Welle verursacht wurde. Der von Lodge verwendete Uhrmechanismus zur Wiederherstellung der Empfindlichkeit des Kohärers sorgte nicht für einen zuverlässigen Betrieb der Schaltung: Ein solches Schütteln war unregelmäßig und konnte zu verpassten Signalen führen. Popov suchte nach einer automatischen Methode, mit der die Empfindlichkeit des Kohärers erst wiederhergestellt werden kann, nachdem das Signal empfangen wurde. Nachdem Popov viele Experimente durchgeführt hatte, erfand er eine Methode zum periodischen Schütteln des Kohärers mit Hilfe eines elektrischen Glockenhammers und verwendete ein elektrisches Relais, um den Stromkreis dieser Glocke einzuschalten. Das von Popov entwickelte Schema war hochempfindlich, und bereits 1894 konnte er damit Signale in einer Entfernung von mehreren zehn Metern empfangen. Während dieser Experimente machte Popov darauf aufmerksam, dass die Reichweite des Empfängers merklich zunimmt, wenn ein vertikaler Draht an den Kohärer angeschlossen wird. So wurde die Empfangsantenne erfunden, mit der Popov die Betriebsbedingungen des Empfängers erheblich verbesserte. Bis 1895 hatte er den ersten Radioempfänger der Geschichte geschaffen. Dieser Funkempfänger war wie folgt angeordnet. Das empfindliche Rohr mit Metallspänen (Kohärer) wurde in horizontaler Position verstärkt; Ein Stück Draht, das eine Empfangsantenne war, wurde an einem Ende der Röhre befestigt, und ein geerdeter Draht wurde am anderen Ende befestigt. Der Stromkreis der Batterie wurde durch einen Kohärer und ein elektromagnetisches Relais geschlossen: Aufgrund des hohen Widerstands des Sägemehls in der Röhre (bis zu 100000 Ohm) reichte der Strom im Batteriekreis nicht aus, um den Anker des Relais anzuziehen. Sobald die Röhre jedoch elektromagnetischen Wellen ausgesetzt wurde, klebte das Sägemehl zusammen und der Widerstand der Röhre wurde deutlich reduziert. Der Strom im Stromkreis stieg an und der Anker des Relais wurde angezogen. In diesem Fall wurde der zweite Stromkreis geschlossen und der Strom durch die Wicklungen des Glockenrelais geleitet, wodurch die Glocke in Aktion trat. Der Hammer schlug auf die Glocke, und die Kette öffnete sich. Der Hammer kehrte unter der Wirkung einer Feder in seine ursprüngliche Position zurück und schlug auf das Rohr, wobei das Sägemehl geschüttelt wurde. Damit wurde die Röhre wieder empfindlich für elektromagnetische Wellen gemacht.
Am 7. Mai 1895 demonstrierte Popov den Betrieb seines Radioempfängers während eines Berichts auf einem Treffen der Russischen Physikalischen und Chemischen Gesellschaft. Die Quelle elektromagnetischer Schwingungen in seinen Experimenten war der Sendevibrator von Hertz, nur in Popovs Sender war die Funkenstrecke zwischen Antenne und Erde eingeschaltet. Im Januar 1896 wurde in der Zeitschrift dieser Gesellschaft ein Artikel von Popov veröffentlicht, der seinen Nachfolger beschreibt. Dann befestigte Popov einen Morse-Telegrafenapparat an seinem Schema und gab die Aufzeichnung auf Band ein. Das Ergebnis war der weltweit erste Funktelegraf – ein Sender und Empfänger mit der Aufzeichnung von Signalen im Morsecode.
Schauen wir uns sein Gerät genauer an. Zwischen die Batterie und die Primärwicklung der Ruhmkorff-Spule wurde eine Morse-Telegrafentaste geschaltet. Wenn dieser Schlüssel geschlossen war, floss der Gleichstrom der Batterie durch die Windungen der Wicklung. Der Leistungsschalter mit hoher Frequenz schloss und öffnete den Stromkreis, wodurch (siehe Kapitel "Transformator") der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wurde. Durch elektromagnetische Induktion wurde in der Sekundärwicklung der Ruhmkorff-Spule ein Hochspannungswechselstrom induziert. Diese Wicklung wurde zu einer Funkenstrecke geschlossen. Somit erzeugte jedes Schließen der Telegrafentaste Funkenströme in der Funkenstrecke. Kurze oder längere Stromkreise erzeugten kurze und lange Funkenströme, die den Punkten und Strichen des Morsecodes entsprachen. Ein Pol des Ableiters wurde geerdet, der andere mit einer Antenne verbunden, die die vom Ableiter erzeugten elektromagnetischen Wellen in den umgebenden Raum abstrahlte. Einige dieser Wellen treffen auf die Empfangsantenne und induzieren darin einen schwachen Wechselstrom. Außerdem entsprach die Dauer jedes empfangenen Stromimpulses exakt der Dauer des Funkenstreckensignals. Das Gerät des Empfängers war fast das gleiche wie beim Vorgängermodell: Der Kohärer war an eine Batterie und einen Elektromagneten angeschlossen, dessen Relais unter Verwendung einer lokalen Batterie anstelle einer Glocke einen im Stromkreis enthaltenen Morseschreibapparat betätigte. Solange der Kohärer keinen elektromagnetischen Wellen ausgesetzt war, war sein Widerstand so groß, dass kein Strom in der Kohärerschaltung floss. Wenn elektromagnetische Wellen auf den Kohärer einwirkten, nahm sein Widerstand stark ab und die Stromstärke im Stromkreis stieg so stark an, dass der Elektromagnet seinen Anker anzog und den Telegraphenkreis einschaltete. Diese Anziehung hörte nicht auf, solange die elektromagnetischen Wellen auf den Kohärer einwirkten. Gleichzeitig mit dem Schließen des Stromkreises trat ein Hammer in Aktion, der den Kohärer traf. Der Widerstand des letzteren nahm zu. Wirkten die Wellen jedoch weiter, so nahm der Widerstand sofort wieder ab und der Zustand des geringen Widerstands hielt trotz des Schüttelns an. Während dieser ganzen Zeit zeichnete der Telegrafenapparat eine Linie auf das Band. Und erst als der Einfluss elektromagnetischer Wellen aufhörte, zeigte sich der Schütteleffekt und der Widerstand stieg auf den vorherigen Wert - das Gerät wurde ausgeschaltet, bis eine neue Welle auftauchte. So wurden Punkte und Striche auf das Telegraphenband gezeichnet, die den Signalen der gesendeten Depesche entsprachen. Am 24. März 1896 demonstrierte Popov seine Ausrüstung auf einem Treffen der Russischen Physikalischen und Chemischen Gesellschaft und sendete Signale über eine Entfernung von 250 m. Das weltweit erste Radiogramm bestand aus zwei Wörtern „Heinrich Hertz“. Gleichzeitig mit Popov schuf der junge Italiener Guglielmo Marconi seine radiotelegraphische Installation. Seit seiner Kindheit interessierte er sich leidenschaftlich für Elektrizität und interessierte sich dann für die Idee eines drahtlosen Telegrafen. 1896 baute er einen Sender und einen Empfänger zusammen, die im Design denen von Popov sehr ähnlich waren. Im selben Jahr brachte Marconi seine Erfindung nach England. Seine Mutter war Engländerin, und dank ihrer Verbindungen wurde er auf den britischen Inseln gut aufgenommen. 1896 erhielt Marconi ein englisches Patent für seinen Radiotelegraphen (dies war das erste Patent für eine drahtlose Telegraphie; somit gilt Marconi formal zu Recht als Erfinder des Radios, da er sein eigenes Patent als Erster patentieren ließ). Erfindung). Im Juni 1897 wurde eine Aktiengesellschaft gegründet, um Marconis Erfindung anzuwenden. Mit 23 zeigte er erstaunlichen Einfallsreichtum und Unternehmungsgeist. Von den ersten Schritten an erhielt sein Unternehmen eine solide finanzielle Basis. Wann immer es möglich war, versuchte Marconi, die Vorteile eines neuen drahtlosen Kommunikationsmittels zu demonstrieren. So sollten im Juni 1898 traditionelle Segelregatten im Raum Dublin stattfinden. Diese Rennen haben schon immer die Aufmerksamkeit aller auf sich gezogen. Marconi ging nach Dublin und vereinbarte mit einer der großen irischen Zeitungen, dass er ihr von einem Dampfer im Regattagebiet aus alle Informationen, die für die Öffentlichkeit von Interesse sein könnten, per Funk zur Veröffentlichung in Sonderausgaben der Zeitung übermitteln würde. Das Erlebnis war ein voller Erfolg. Marconi leitete mehrere Stunden lang die Übertragung, die von der Redaktion akzeptiert wurde. Die so gewonnenen Informationen waren allen anderen voraus, und die Zeitung steigerte ihre Auflage erheblich. Auch für Marconi war dies ein großer Erfolg: In kurzer Zeit verdoppelte sich das Aktienkapital seiner Firma auf 200 britische Pfund. Dies gab ihm die Gelegenheit, seinen Funktelegrafen schnell zu verbessern. Wenige Jahre später war er Popov in seinen Entwicklungen bereits deutlich voraus. Einer der Hauptbestandteile der ersten Funkempfänger war der Kohärer. Es ist daher natürlich, dass die Hauptbemühungen der Erfinder, die versuchten, die Empfindlichkeit von Empfangsgeräten zu erhöhen, genau auf ihre Verbesserung gerichtet waren. Marconi machte als erster auf eine wichtige Eigenschaft eines Kohärers aufmerksam, nämlich auf die Abhängigkeit seiner Wirkung von der Größe der an ihn angelegten hochfrequenten Schwingungsspannung. Um die Energie des Magnetfelds, das durch den vernachlässigbar kleinen in der Antenne induzierten Strom erzeugt wird, vollständig zu sammeln, musste es verstärkt werden. Marconi hat einen einfachen und genialen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen. 1898 baute er in seinen Radio-Jigger (was "Sortierer" bedeutet) einen Hochfrequenztransformator ein, dessen Primärwicklung an denselben Stromkreis wie die Antenne angeschlossen war und dessen Sekundärwicklung an den Kohärer angeschlossen war. Im selben Jahr meldete Marconi ein Patent für dieses System an.
Die Leiter a und b bezeichnen hier den Antennenkreis, in den die Primärwicklung des Jiggers c aufgenommen wurde. Durch die Transformation stieg die Spannung des schwachen Antennenstroms im Sekundärkreis deutlich an. Vom Jigger d ging das Signal zum Kohärer j, an den die Batterie b' angeschlossen war, und zum Relais K, das den Telegraphenapparat einschaltete, wie es in den vorherigen Schaltungen der Fall war. Diese einfache Neuerung ermöglichte es, die Empfindlichkeit der ersten Funkempfangsstationen um ein Vielfaches zu steigern. Die Übertragungsreichweite stieg sofort von 30 auf 85 Meilen. Im selben Jahr machte Marconi einen Transfer über den Ärmelkanal. Ein weiterer äußerst wichtiger Schritt zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Empfängers wurde 1899 von Rybkin, Popovs engstem Mitarbeiter, gemacht. Bei einem der von ihm durchgeführten Experimente stellte sich heraus, dass die Instrumente aufgrund der Entfernung nicht funktionierten. Da Rybkin sich ihrer vollständigen Funktionsfähigkeit nicht sicher war, versuchte er, anstelle eines Relais und eines Telegrafenapparats einen gewöhnlichen Telefonhörer in die Kohärenzschaltung einzubauen, und stellte fest, dass jede Entladung am Bahnhof ein leichtes Knistern im Telefon verursacht, so dass jede Abfertigung möglich war problemlos über das Ohr empfangen werden. Das Auffallendste dabei war, dass der Kohärer mit dieser Aufnahme nicht geschüttelt werden musste. Dieses damals noch nicht ganz verstandene Phänomen wurde erst einige Jahre später erklärt. Tatsache ist, dass, wenn der Kohärer normalerweise als variabler Widerstand arbeitete, der sich infolge des Sinterns von Metallkörnern fast von unendlich auf einen relativ kleinen Wert änderte, er in diesem Schema auf einer völlig anderen Grundlage wirkte und nichts mehr war als ein Detektor im modernen Sinne dieses Wortes, also ein Gerät, das Strom nur in eine Richtung leitete, einseitig leitfähig war und (gleichgerichteten) Wechselstrom in einen pulsierenden Gleichstrom umwandelte. Die vom Detektor gleichgerichteten vernachlässigbaren Antennenströme reichten völlig nicht aus, um das Telegrafenrelais zu betätigen, aber sie konnten auf ein sehr empfindliches Gerät einwirken - die Telefonhörermembran, die wie bei einem gewöhnlichen Telefon schwache Schallwellen erzeugte. Wenn Sie das Telefon an Ihr Ohr halten, können Sie lange und kurze Knistergeräusche hören, die den Punkten und Strichen des Morsecodes entsprechen. Das Empfangsgerät mit dem Übergang zum Telefon wurde stark vereinfacht. Es gab keinen Mechanismus zum Aufzeichnen von Telegrafenzeichen, die Batterie wurde reduziert und die Notwendigkeit, Metallpulver ständig zu schütteln, verschwand. Führten bei den bisherigen Empfängern, die mit einem Registriergerät arbeiteten, Störungen durch Blitzentladungen oft zu Fehlauslösungen des Relais und verfälschten die Aufzeichnungen, so bot der Ohrempfang bei bekannter Geschicklichkeit des Telegrafisten mehr Möglichkeiten, gegen wechselnde Telegrafenzeichen korrekt zu isolieren den Hintergrund eines chaotischen Knisterns von Interferenzen. Der bedeutendste Vorteil des neuen Empfängers war jedoch seine größere Empfindlichkeit. Der nächste Schritt in der Verbesserung von Funkempfängern war mit einer Erhöhung ihrer Selektivität verbunden, da die allerersten Versuche, vom Experiment zur praktischen Anwendung elektromagnetischer Wellen zur Übertragung von Signalen über eine Entfernung zu gelangen, mit aller Schärfe zeigten, dass die Weiterentwicklung der Diese neue Art der Kommunikation und ihre weite Verbreitung wären nur möglich, wenn effektive Methoden gefunden würden, die es ermöglichen, mehrere Sendestationen gleichzeitig in der Luft zu betreiben. Für den Fall mit einer kabelgebundenen Verbindung wurde dieses Problem dann sehr einfach gelöst. Es genügte, jedes der irgendwo befindlichen Empfangsgeräte mit seinen Einzeldrähten mit der entsprechenden Sendeanlage zu verbinden. Doch was hätte man bei drahtloser Übertragung tun sollen? Die Experimente der ersten Stationen von Popov und Marconi zeigten sofort alle Mängel der damals verwendeten Ausrüstung in dieser Hinsicht. Der Empfang von Signalen im Versorgungsgebiet zweier gleichzeitig arbeitender Stationen erwies sich aufgrund gegenseitiger Beeinflussung als völlig unmöglich. Ein Ausweg wurde in der Übertragung von Funktelegrafensignalen durch Wellen unterschiedlicher Länge gefunden, wobei das Phänomen der Resonanz genutzt wurde, um sie im Empfangsgerät zu isolieren.
Um das Wesen dieser Methode zu verstehen, betrachten wir die Eigenschaften einer Induktionsspule und eines Kondensators genauer. Stellen Sie sich eine Spule mit vielen Windungen vor, durch die ein Wechselstrom fließt. Ein sich ändernder elektrischer Strom erzeugt, wie bereits erwähnt, ein sich änderndes Magnetfeld im umgebenden Raum, das wiederum ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt. Dieses elektrische Feld induziert einen elektrischen Strom in den Windungen der Spule, der auf die Hauptspule gerichtet ist - es tritt ein Phänomen auf, das als Selbstinduktion bezeichnet wird. Nach außen zeigt sich dieser Effekt insbesondere darin, dass beim Schließen des Stromkreises der Strom in jeder Spule nicht sofort seinen Maximalwert erreicht, sondern mit einer gewissen Verzögerung gegenüber beispielsweise einem herkömmlichen geraden Leiter. Wenn das Netz geöffnet wird, induziert das sich ändernde elektrische Feld einen Strom in der Spule, der in Richtung mit dem Hauptstrom übereinstimmt, und daher bleibt der Strom in der Spule für einige Zeit nach dem Abschalten der Stromversorgung erhalten. Diese Eigenschaft der Spule, ohne äußere Einwirkung den Strom zu verzögern und gewissermaßen für einige Zeit in sich zu halten, wird durch einen besonderen Wert namens Induktivität gekennzeichnet. Jede Spule hat ihre eigene Induktivität, deren Wert von der Größe des Leiters und seiner Form, aber nicht vom fließenden Strom abhängt. Der Kondensator besteht normalerweise aus zwei Platten, die sich sehr nahe gegenüberliegen, aber durch ein Dielektrikum getrennt sind, dh eine Substanz, die keinen elektrischen Strom überträgt. Die Platten eines Kondensators werden seine Platten genannt. Wenn Sie die Kondensatorplatten an die Pole einer Gleichstromquelle (z. B. an eine elektrische Batterie) anschließen, sammelt sich auf ihnen eine elektrische Ladung, die auch nach dem Abklemmen der Batterie erhalten bleibt. Die Fähigkeit eines Kondensators, eine Ladung zu speichern, wird durch seine elektrische Kapazität bestimmt. Jeder Kondensator hat seine eigene Kapazität, und sein Wert hängt von der Fläche der Platten, dem Abstand zwischen ihnen und den Eigenschaften des sie trennenden Dielektrikums ab. Wenn die Kondensatorplatten mit einem Stück Draht verbunden sind, erfolgt eine schnelle Entladung - die Elektronen von der Platte, auf der sie im Überschuss vorhanden waren, fließen zu einer anderen, auf der sie nicht ausreichten, woraufhin die Ladung jeder der Platten ansteigt Null. Nun, was ist, wenn der Kondensator nicht auf sich selbst entladen wird, sondern über eine Induktionsspule? In diesem Fall wird ein sehr interessantes Phänomen beobachtet. Stellen Sie sich einen geladenen Kondensator vor, an dessen Platten eine Spule befestigt ist. Offensichtlich beginnt sich der Kondensator zu entladen, und im Stromkreis tritt ein elektrischer Strom auf, aber seine Stärke erreicht nicht sofort seinen Maximalwert, sondern nimmt aufgrund des Phänomens der Selbstinduktion in der Spule allmählich zu. In dem Moment, in dem der Kondensator vollständig entladen ist, erreicht der Strom in der Spule seinen Maximalwert. Was wird passieren? Trotz der Tatsache, dass beide Platten des Kondensators bereits eine Ladung von Null haben, wird der Stromfluss durch die Spule fortgesetzt, da der Strom in der Spule aufgrund der gleichen Selbstinduktion nicht sofort stoppen kann. Es ist, als würde sich die Spule für einige Augenblicke in eine Stromquelle verwandeln und den Kondensator auf die gleiche Weise aufladen, wie es eine elektrische Batterie getan hat. Erst jetzt werden die Ladungen der Platten umgekehrt - die vorher negativ geladene wird positiv und umgekehrt. Dadurch wird der Kondensator wieder aufgeladen, wenn der Strom in der Spule Null ist. Im selben Moment beginnt es jedoch erneut, sich durch die Spule zu entladen, und der gesamte Vorgang wiederholt sich in der entgegengesetzten Richtung. Gäbe es keine unvermeidlichen Stromverluste, könnte eine solche Wiederaufladung beliebig lange dauern. Das beschriebene Phänomen wird als elektrische Schwingung bezeichnet, und das Kondensator-Spulen-System, in dem diese Schwingungen auftreten, wird als Schwingkreis bezeichnet. Je nachdem, wie oft der Kondensator in einer Sekunde Zeit hat, sich wieder aufzuladen, spricht man von der einen oder anderen Schwingungsfrequenz. Die Schwingfrequenz steht in direktem Zusammenhang mit den Eigenschaften des Schwingkreises, hauptsächlich der Induktivität der Spule und der Kapazität des Kondensators. Es ist zu beachten, dass je kleiner diese Werte sind, desto größer die Frequenz der Schwingungen in der Schaltung ist, dh der Kondensator hat Zeit, sich öfter in einer Sekunde aufzuladen. Wie alle Schwingungen (z. B. Schwingungen eines Pendels) hören Schwingungen im Kondensator-Spulen-System, wenn sie nicht von außen unterstützt werden, irgendwann auf, da die anfängliche Energie für die Erwärmung der Drähte und die elektromagnetische Strahlung aufgewendet wird. Das bedeutet, dass mit jeder Schwingung der maximale Strom in der Spule und die maximale Spannung an den Kondensatorplatten immer kleiner werden. Genau wie die Schwingung eines Pendels in einer mechanischen Uhr können elektrische Schwingungen jedoch aufrechterhalten werden, indem beispielsweise ein Kondensator an eine externe Wechselstromquelle angeschlossen wird. Aber auch Wechselstrom ändert, wie wir uns erinnern, mit einer bestimmten Frequenz seinen Wert, hat also eine eigene Schwingungsfrequenz. Jedem Schwingkreis ist es nicht gleichgültig, welche Schwingungsfrequenz der Strom hat, der ihn speist. Hat dieser Strom beispielsweise eine zu große oder zu kleine Schwingfrequenz im Vergleich zur Schwingfrequenz des Stromkreises selbst, so wird die Stromstärke und deren Spannung im Schwingkreis niemals groß (da dieser äußere Einfluss stört). mit seinen eigenen Schwingungen mehr als helfen). In Fällen jedoch, in denen die Schwingungsfrequenz des externen Stroms nahe der Eigenschwingungsfrequenz des Stromkreises liegt, beginnen die Stromstärke und die Spannung des Stromkreises zu steigen und erreichen ihr Maximum, wenn diese Frequenzen vollständig zusammenfallen. In diesem Fall spricht man von einer Resonanz des Schwingkreises. Resonanz ist besonders ausgeprägt in Schaltungen mit niedrigem Widerstand. Dabei kann die Spannung über dem Kondensator und der Spule um ein Vielfaches größer sein als die externe Versorgungsspannung. Es gibt eine Art Spannungsstoß oder Spannungsstoß. Das Phänomen der elektrischen Resonanz wurde verwendet, um eine selektive Funkkommunikation zu implementieren. Marconi war einer der ersten, der die Schwingkreise der Sende- und Empfangsstation auf die gleiche Frequenz abstimmte. Insbesondere nutzte er dazu seinen Jigger, baute parallel zu dessen Sekundärwicklung einen Kondensator ein und erhielt so einen Schwingkreis. Auch die Schaltung der Sender wurde geändert, indem in den Antennenkreis Induktionsspulen und Kondensatoren eingebaut wurden, so dass jede Sendestation Signale mit einer bestimmten Wellenschwingungsfrequenz aussenden konnte. Da nun mehrere Funkstationen mit jeweils eigener Frequenz Nachrichten aussendeten, erregten die von ihnen ausgesandten Wellen Wechselströme unterschiedlicher Frequenz in der Empfangsantenne. Der Empfänger wählte aber nur solche Signale aus, deren Frequenz mit der Eigenschwingungsfrequenz seines Schwingkreises übereinstimmte, denn nur in diesem Fall wurde das Resonanzphänomen beobachtet. Der Jigger in dieser Schaltung arbeitete als Filter und verstärkte keinen Antennenstrom (wie zuvor), sondern vereinzelte den Strom der Frequenz, auf die dieser Empfänger abgestimmt war. Seit dieser Zeit sind Schwingkreise ein fester Bestandteil sowohl von Empfangs- als auch von Sendegeräten geworden.
Zu Beginn des 1901. Jahrhunderts beschäftigten sich mehrere Dutzend Wissenschaftler in vielen Ländern begeistert mit der drahtlosen Telegrafie. Die größten Erfolge waren jedoch immer noch mit dem Namen Marconi verbunden, der zweifellos einer der prominentesten Funkingenieure dieser Zeit war. Nach einer Reihe von Experimenten zur Übertragung über große Entfernungen machte Marconi eine bemerkenswerte Entdeckung - es stellte sich heraus, dass die Wölbung der Erdkugel die Bewegung elektromagnetischer Wellen nicht im geringsten stört. Dies veranlasste ihn, mit der Telegrafie über den Ozean zu experimentieren. Bereits 1800 fand die erste transatlantische Funkübertragung der Geschichte statt, bei der Marconis Assistent Fleming den Buchstaben „S“ von der englischen Station in Poldu im Morsecode an Marconi, der sich auf der anderen Seite des Atlantiks befand, übermittelte , auf der Insel Neufundland, erhielt es in einer Entfernung von XNUMX Meilen. Der nächste wichtige Punkt bei der Verbesserung von Empfängern war die Schaffung neuer Wellenfallen (Detektoren). Branlys Kohärer spielte in den Anfangsjahren der Funkkommunikation eine wichtige Rolle. Er war jedoch zu launisch und schwer zu handhaben. Außerdem musste es ständig geschüttelt werden, um die Reaktionsfähigkeit auf das nächste Funksignal wiederherzustellen. Eine der zentralen Aufgaben war die Schaffung eines "selbstjustierenden" Kohärers. Der erste Versuch in diese Richtung wurde 1899 von Popov mit einem Telefon unternommen. Der zweite ist Marconi, der seinen Magnetdetektor zu Beginn des XNUMX. Jahrhunderts konstruierte.
Das Funktionsprinzip des Magnetdetektors basierte auf dem Phänomen der sogenannten Hysterese. Tatsache ist, dass Eisen in der Regel zeitverzögert magnetisiert wird. Die Magnetisierung kann jedoch verstärkt werden, wenn im Moment der Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes eine merkliche Erschütterung der Eisenmoleküle verursacht wird. Dies kann durch einen mechanischen Schock oder einen kurzen Impuls eines anderen Magnetfelds erfolgen. Dieses Phänomen wurde von Marconi genutzt. In seinem Magnetdetektor war ein endloses Band aus weichem Eisendraht über zwei Rollenscheiben gespannt, bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von fünf Zoll pro Sekunde und führte in einem kleinen Glasröhrchen unter den Polen von zwei Permanentmagneten hindurch. Die Primär- und Sekundärwicklungen wurden auf dieses Rohr gewickelt, und die Primärwicklung wurde mit dem Antennenkreis verbunden, und die Sekundärwicklung wurde mit dem Telefon verbunden. Unter den Polen des Magneten hindurchgehend, wurde das Eisenband zuerst in einer und dann in der entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Die Ummagnetisierung selbst erfolgte unter den gleichnamigen mittleren Doppelpolen, jedoch nicht sofort in dem Moment, in dem das Band unter ihnen hindurchgeführt wurde, sondern etwas verzögert (aufgrund der oben erwähnten Eigenschaft von Eisen). Das Bild der von den Polen ausgehenden und im Eisendraht eingeschlossenen Magnetlinien war verzerrt, und die Magnetlinien schienen vom Draht in Bewegungsrichtung mitgenommen zu werden. Das während des Durchgangs des empfangenen Funksignals in der Primärwicklung gebildete hochfrequente Magnetfeld schwächte sofort das Hysteresephänomen im Eisendraht und erzeugte darin eine stoßartige Remagnetisierung. Die Konfiguration der Kraftlinien änderte sich dramatisch und sie wurden in der Position installiert, die für sie charakteristisch ist, wenn der Draht stillsteht. Diese plötzliche Verschiebung der Kraftlinien erzeugte einen augenblicklichen Strom in der Sekundärwicklung, der ein Geräusch im Telefon verursachte. Das Gerät musste nicht geschüttelt werden und war immer bereit, das nächste Signal zu empfangen. In denselben Jahren wurden andere Arten von Detektoren von anderen Funkingenieuren vorgeschlagen. Seit dieser Zeit begann die rasante Entwicklung der Funktechnik. 1902 führte Marconi mit seinem Magnetdetektor eine Reihe bemerkenswerter Experimente auf dem italienischen Kriegskreuzer Carlo Alberto durch. Während der Reise von Italien nach England und Russland konnte er in einer Entfernung von 2000 km von Poldu, wo sich die Sendestation befand, völlig frei empfangen. Im November desselben Jahres, 1902, wurden offizielle Funkverbindungen zwischen den Vereinigten Staaten und England hergestellt. Präsident Roosevelt und König Edward VIII. tauschten Funksprüche zur Begrüßung aus. Und im Oktober 1907 eröffnete die Firma Marconi die erste Funktelegrafenstation der Geschichte, die Nachrichten von Europa nach Amerika übermittelte. Das Interesse an dieser Neuheit war riesig – am ersten Tag wurden 14 Wörter übertragen. Autor: Ryzhov K.V.
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