Від перший електричних дзвінків до «дзвінкового» реле в радіо А. С. Попова

Хасапов Борис, Ян Шнейберг

Ямська пошта «делегує» терміни електрозв'язку

Широко відомий твір А.Н. Радищева «Подорож з Петербурга в Москву », виданий у 1790 р. За своїм назвам глави твори відповідають селищам і містам, розташованим на цьому тракті (раніше - велика поштова дорога). Якщо подивитися на карту, то багато селища (Тосно, Любань, Чудово та ін) відстоять один від одного на відстані 20-30 верст. У Росії завжди були погані дороги, тому швидкість пересування поштових кибиток була невеликою. Коні швидко втомлювалися, їм потрібно було дати відпочити, нагодувати і напоїти. Для цього на трактах через певний відстань влаштовувалися так звані станції, обладнані стайнями, заїжджий дворами, трактирами.

прибуваючи на станцію, екіпаж міняв коней і вирушав в дорогу в тій же самій кибитці. У такий спосіб можна було долати відстані в 5-6 разів швидше, ніж подорожуючи з одного упряжкою.

Цікаво, що в перших лініях електричного телеграфу приблизно такі ж способи були застосовані для створення далекої електрозв'язку, а «осколки» термінології мандрівників того часу збереглися в назвах суперсучасних пристроїв зв'язку: тракт зв'язку, радіостанція, станція космічного зв'язку.

Далеко не всім відомо, можливо навіть фахівцям-релейщікам, що слово реле походить від французького relayer - змінити, замінити. Так у Франції називалися проміжні станції кінного транспорту, які забезпечували постачання свіжих коней. Пізніше реле, що використовувалися для зміни режимів електричних кіл (включення, виключення), стали одним з основних пристроїв систем зв'язку, управління та автоматики.

Перший електричний сигналізатор

Як відомо, електрозв'язок відіграє найважливішу роль у житті сучасного суспільства. Потрібні зусилля тисяч людей, винахідників, інженерів і вчених, щоб досягти успіхів електрозв'язку, свідками яких ми є.

Потреба в засобах зв'язку виникла задовго до нашої ери. Ще в VI ст. до н.е. в Персії повідомлення від одного до іншого передавали звучними голосами раби, а для посилення звуку трохи пізніше стали застосовувати рупори. Гонг в Китаї, барабани в Африці, сигнальні багаття й смолоскипи, телескопи і підзорні труби - Все це широко використовувалося для передачі особливо важливих повідомлень. Значним досягненням стало створення у XVIII ст. оптичного семафорного телеграфу; зокрема, блискучі перемоги Наполеона багато в чому зобов'язані цього телеграфу. У Росії лінія оптичного телеграфу між Петербургом і Варшавою (1839) була найдовшою в Європі: на відстані 1200 км було встановлено 149 веж, їх обслуговували майже 2000 чоловік, сигнал доходив за 15 хвилин, а депеша, що складалася з 100 сигналів, за 35 хвилин.

Вивчення електростатичних явищ в середині XVIII ст. показало можливість ефективної передачі сигналів за допомогою електрики. У як сигналізаторів використовувалися різноманітні конструкції електріепременним атрибутом перший електроавтоматіческіх пристроїв і засобів зв'язку.

У деяких публікаціях можна зустріти твердження, ніби електричний дзвінок став вперше застосовуватися в конструкціях телеграфного апарата в середині XIX ст. Насправді електричні дзвінки з'явилися на століття раніше. Історія їх створення досить повчальна з точки зору спроб практичного використання знань про електрику.

Нерідко винаходу електричних «дзвіночків» приписують американському вченому Б. Франкліна. Повідомлення про його дослідах відносяться до 1747 Але вже в 1745 р. в Росії М.В. Ломоносов писав про свої спостереження «електричного дзвону »:« дзвіночки телефонувати скоро перестають, коли той, який наелектрен, не має сполучення з такими тілами, за якими електрична сила скоро простягається. Дзвонити не швидко перестають, коли з оными разом поставлю ». Очевидно, вчений з допомогою електричного дзвінка робив якісь спостереження, хоча точно відомо, що він не є його винахідником.

Родоначальник вчення про електрику в Росії

Г. В. Ріхман, приступаючи до своїх перших експериментів, вказав список літератури з іменами авторів, досліди яких з дзвіночками він повторював. Але імені винахідника звукового сигналізатора їм не вказується, може бути, воно і не було відомо.

Ріхман описує кілька створених ним «дзвіночків», що діяли на основі електростатичного індукції. В одній з них «залізний молоточок» вагою 12 грамів підвішувався на провідної нитки, з'єднаної з кондуктором електростатичного машини. Біля нього на скляній підставці встановлювався металевий дзвіночок вагою 300 грамів. При включенні електростатичного машини подібно до того, як натерта гребінець притягує листочки паперу, молоточок буде притягатися до дзвоника, який «видасть дзвін», а молоточок розрядиться, але, отримавши ще порцію заряду від машини, повторить цикл знову. Все це буде відбуватися, до тих пір, поки «... дзвіночок НЕ зарядиться до такого ступеня, що дзвінки припиняться ».

Далі Ріхман писав: «Молоточек,« пересуваючись у бік дзвони і б'ючи в нього частими ударами, виробляв пронизливий звук, а разом з тим породжував світло, видимий в темряві і навіть у сутінках ». Очевидно, це були іскри, що виникали при контакті молоточка з дзвінком. Учням було запропоновано також електростатичний дзвінок з п'ятьма дзвіночками. Очевидно, що видаються звуки були дуже різноманітні, так як кожен дзвіночок міг мати свій тон. Ріхман звернув увагу і на такий факт: «Повторюючи досліди неодноразово в присутності багатьох колег, я помітив не без задоволення, що звук дзвону може служити гарним дороговказом на присутність сильнішого електрики ». Можливо, цією властивістю користувалися вчені під час експериментів, адже ніяких вимірювальних приладів тоді не існувало.

«електрическая дзвонова гра» описана в книзі «Електричні досліди цікавості й подиву гідні, складені англінскім королівським мехаенной з німецької і видана в Москві в 1793 р. Мідні кульки, що висять на шовкових нитках, притягуються, а потім відштовхуються «маленькими дзвіночками», з'єднаними з електростатичного машиною. «Почни вертіти машину; то дзвіночки будуть безупинно дзвеніти, аж поки електричество тривати буде ».

У списку фізичних приладів Московського університету в початку XIX ст. було кілька дзвоників для «електричного дзвону». Наведемо дослівно вельми цікаве і дуже зрозумілий опис одного з приладів, дане професором Іваном Двігубскім в його підручнику «Фізика», виданому в Москві в 1825 р. в університетській друкарні (рис. 1).

«До мідному пруту AB, що має посередині гачок, прищепити на шовкових ниточках два металеві кульки і три дзвоника, з яких середній D повісь на шовковій нитці і повідом його з землею за допомогою мідної ланцюжка IH, а інші два G і F на металевих дротах.

Цей снаряд повісь на кондуктор, і коли бічні дзвіночки G і F будуть наелектризовані, то вони притягнутий до себе висять на шелковінках мідні кульки, повідомлять їм частина електрики, від чого кульки тому отскочат і будуть притягнуті середнім дзвіночком D, який забере в них частина електрики і повідомить його землі за допомогою ланцюжка IH. Через те кульки, торкнувшись середнього дзвоника, втратять свою електрику і знаходитимуться в природному стані, то знову будуть прітягіваеми дзвіночками G і F і знову отталківаеми, чому і буде чути від дзвіночків дзвін, до тих пір, поки буде в дії електрична машина ».

Електростатичний, електрохімічний, електромагнітний телеграф

Здатність електричного сигналу швидко поширюватися показала можливість його застосування в системах сигналізації.

У 1775 р. іспанський лікар Ф. Сальва спробував створити електростатичний телеграф. Для передачі літери пропонувалося використовувати окрему пару дротів, ізольованих один від одного паперовою стрічкою, просоченої смолою. Ізольовані жили укладалися паралельно і скручувались в пучок, нагадуючи сучасний кабель; це теж одна з заслуг Сальва. Він навіть передбачав, що кабель після спеціальної обробки буде непроникний для води і його можна прокладати «на дні морів». Є відомості, що відомий військовий інженер А. Бетанкур, використовуючи розряди лейденський банок, в 1786 спорудив за проектом Сальва телеграфну лінію між Мадридом і Аранхуес довжиною 42 км. Але достовірних підтверджень практичного використання телеграфу Сальва немає.

Після винаходу вольтова стовпа (1800) і відкриття явища електролізу води мюнхенський анатом С. Земмерінг в 1809 р. створив електролітичний (електрохімічний) телеграф. На приймальному пункті у великій посудину з водою опускалися позолочені кінці 25 проводів, кожен з яких означав певну літеру. При включенні на передавальному пункті вольтова стовпа навколо однієї з дротів виділялися бульбашки водню і кисню. Довжина лінії телеграфу становила близько 60 ненадійний в експлуатації, тому практичного застосування не отримав.

Відкриття Ерстед в 1819 р. дії електричного струму на магнітну стрілку поклало початок використанню нового явища для передачі сигналу. Першим ідею електромагнітного телеграфу висловив А. М. Ампер в 1820 р. Але він гадав, що кількість проводів і магнітних стрілок повинно бути дорівнює кількості букв в алфавіті. Природно, такий складний пристрій не мало перспектив для практичного використання, тим більше, що сам Ампер не займався проблемами телеграфу.

Проте було очевидно, що електромагнітний телеграф вигідно відрізняється від попередніх йому електростатичного та електрохімічного.

Після винаходу в 1820 році німецьким фізиком І. Швейггером перший електромагнітного індикатора електричного струму - «мультиплікатора», а в 1825 р. англійцем В. Стердженом - електромагніту з'явилися вже більш реальні передумови для створення електромагнітного телеграфу.

Перший практично придатний електромагнітний телеграф був розроблений в 1828-1832 роках російським ученим П. Л. шилінгів. Цей телеграф був заснований на візуальному прийомі кодових знаків і став вихідної конструкцією для подальших електромагнітних телеграфів, зокрема що пишуть, буквопечатающіх, стрілочних.

Видатний внесок у розвиток електромагнітної телеграфії було зроблено в середині XIX ст. відомими вченими - петербурзьким академіком Б. С. Якобі і американським академіком Дж. Генрі. Саме вони вперше запропонували оригінальні схеми дистанційного керування електромагнітними пристроями уздовж ліній телеграфу.

Реле на службі електрозв'язку

Одним з перших пристроїв автоматичного контролю й автоматичного сигналізації дослідники вважають так звану підводну «телеграфіческую міну»

Б. С. Якобі, створену ним в 1842-1843 роках. Ця міна не мала порохового заряду і використовувалася для сигналізації про проходження ворожих суден через лінії мінного загородження.

На березі встановлювався спеціальний телеграфний апарат, включений послідовно в ланцюг з джерелом струму, ртутним з'єднувачем та електричним запалом. Ртутний з'єднувач являв собою дві скляні трубки, вигнуті під кутом і наповнені ртуттю, в яку були вплавлени платинові зволікання. При зіткненні з кораблем прилад нахилявся в ту чи іншу сторону, при цьому відбувалося замикання ланцюга, і спрацьовував електричний запал. Тоді включений телеграфний апарат за допомогою встановлених «телеграфіческіх знаків» сигналізував відповідного наглядовій посту про зіткнення з судном.

У 1835 р. Дж. Генрі винайшов пристрій, що поклало початок техніці телеуправління. Ще в 1831-1832 роках він експериментально довів, що створений їм потужний електромагніт, що живиться від одного гальванічного елемента, утримував вантаж до 800 кг і міг спрацьовувати при довжині дроти (від джерела живлення) до 1600 м.

На схемі (рис. 2) дистанційного керування електромагнітом з Ор притягається до магніту A, ланцюг розривається, силовий «ущільнений магніт» 1 Б відпускає вантаж і при його падінні відбувається «... сильний механічний ефект, який можна використовувати, наприклад, для того, щоб на відстані у сотні миль і більше дзвонити у церковні дзвони ». Генрі також відзначав, що «за допомогою цього способу можна забезпечити передачу сигналів. Я вважаю тепер, що електромагнітний телеграф може знайти практичне застосування »(Курсив наш. - Авт.).

Генрі по праву можна вважати електромагнітного творцем викличного пристрої зі звуковим сигналом і винахідником електромеханічного реле та схеми з місцевою батареей2. Учений звернув увагу на те, що для передачі електричного сигналу на велику відстань доцільно на всьому протязі лінії рівномірно розташувати гальванічні джерела живлення з електромагнітами його конструкції. Телеграфіст, подаючи сигнал ключем, посилав електромагнітний імпульс до першого проміжного джерела живлення, де такий же електромагніт спрацьовував і створював ланцюг для наступного магніту. Лише в самому кінці ланцюга ставилося приймальний пристрій, яке харчувалося від своєї місцевої батареї. Все це дуже нагадувало роботу поштових станцій зі зміною коней.

У 1837 р. при прокладання телеграфної лінії Петербург - Царське Село довжиною 25 км Б. С. Якобі зіткнувся з проблемою втрати напруги і витоку струму, що порушувало стабільність роботи телеграфу. Вивчивши роботи Дж. Генрі з дистанційного управління гальванічної ланцюгом, він запропонував схему включення в телеграфну лінію контрбатареі, щоб полегшити роботу лінійного електромагніту, що приймає сигнал з лінії. Електромагніт повинен був тільки замкнути контакти робочого електромагніту, питомого від додаткової місцевої батареї. При цьому навіть витік струму в лінії не могла різко позначитися на роботі лінійного електромагніту, для включення якого потрібний відносно невеликий струм.

За твердженням біографа, Якобі вперше сформулював і реалізував принцип ретрансляції телеграфних сигналів за допомогою реле, відокремивши телеграфний лінію від схеми телеграфного апарата. Як відомо, принцип ретрансляції лежить в основі сучасних дальніх ліній зв'язку, у тому числі в радіорелейних лініях і супутникової зв'язку.

Представляє інтерес «поплавкові реле», яке встановлювалося гальванічним російськими командами при прокладанні підземних галерей для розміщення вибухових пристроїв. Нерідко мінера погрожували підземні води. Тому вони встановлювали спеціальний посуд з поплавцем, що при надходженні до галереї води піднімався, замикав електричний ланцюг, що включала електричний дзвінок, що попереджав мінерів про небезпеку затоплення.

Два реле в одному приладі

Одним з найбільш досконалих електромагнітних автоматичних пристроїв, придатних для здійснення бездротового зв'язку на значні відстані, був радіоприймач А. С. Попова, створений ним в 1895 р.

Ще в 1891 р. французький фізик Бранлі створив індикатор елетрубку, наповнену металевими тирсою і названу ним когерером. Під впливом електромагнітної хвилі тирсу злипалися, і трубка ставала провідником електрики. Для відновлення чутливості когерера Бранлі трусив його руками, а відомий англійський фізик О. Лодж придумав спеціальний годинниковий механізм, струшується когерер через певні проміжки часу.

Але як автоматизувати роботу когерера, щоб приходить електромагнітна хвиля сама ж і відновлювала його чутливість? Величезною заслугою А. С. Попова є успішне вирішення цієї складної для того часу завдання. В результаті численних експериментів він винайшов «Прилад для виявлення і реєстрації електричних коливань », що з'явився перший практично придатним радіоприймачем. На схемі (мал. 3) когерер AB горизонтально підвішений на легкій пружині, над ним поміщений електричний дзвінок. При дії електромагнітної хвилі спрацьовував когерер і замикав ланцюг нижнього електромагнітного реле. При замиканні контактів реле в ланцюг тієї ж батареї за допомогою дроту CD включалося другу верхнє «Дзвонкове» реле. Якір дзвінка притягувався, і молоточок ударяв по чашці дзвінка. Але при цьому (ось де проявився винахідницький талант А. С. Поповідань) розмикає електричний ланцюг дзвінка, молоточок опускався вниз, відновлюючи чутливість когерера. Прилад знову був готовий до прийому нової електромагнітної хвилі.

Як пізніше писав О. Лодж, «... Попов першим змусив сам сигнал викликати зворотну дію, і ... цим нововведенням ми зобов'язані Попову ». Після деякого удосконалення приладу та встановлення антени А. С. Попов здійснив радіозв'язок між двома морськими судами на відстані 5 км.

Італієць Г. Марконі, створивши в 1896 р. радіоприймач, в принципі аналогічний приладу Попова, зумів зацікавити ділові кола Великобританії, організував велике акціонерне товариство і в 1897-му провів передачу на відстані 16 км. У 1901 р., побудувавши потужний радіопередавач і складну антену, Марконі вперше передав радіосигналів через Атлантичний океан. Почалася нова епоха далекої бездротової електрозв'язку.

Список літератури

1. Електричні досліди, цікавості і подиву гідні, складені англінскім королівським механіком Георгом Адамсом. З німецького на російський мову перекладені, багатьма іншими відомостями доповнені ... Юхимом Войтяховскім. - М., 1793.

2. Фізика, видана Імператорського Московського Університету Професором фізики Іваном Двігубскім. - Изд. 3. - М., 1825.

3. Ріхман Г. В. Праці з фізики. - М.: АН СССР, 1956.

4. Родіонов В. М. Зародження радіотехніки. - М.: Наука, 1985.

5. Цверава Г. К. Джозеф Генрі. - Л.: Наука, 1983.

6. Яроцький А. В. Борис Семенович Якобі. - М.: Наука, 1988.

7. Веселовський О. М., Шнейберг Я. А. Нариси з історії електротехніки. - М.: Изд. МЕІ, 1993.

8. Шарля Д. Л. Хет-трик у матчі з Атлантикою: Серія видань «Історія радіозв'язку та радіотехніки». Вип. 2. Міжнародним 2002.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.connect.ru/