МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт радиоэлектроники
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Введение в специальность»
на тему «Рождение радиосвязи»
Специальность 210400
Выполнил: студент гр. 07-12
И.С. Борисов
Проверил:
А.И. Громыко
Красноярск
2007
Введение
7 мая 1995 г. состоялось празднование знаменательной даты - 100-летия изобретения радио. В период подготовки к этому событию обострились приоритетные споры . Они велись давно, с конца прошлого столетия, и для них существуют объективные основания. Радио - первое техническое средство, пригодное для беспроволочной связи, родилось в итоге многочисленных научных исследований и технических изысканий ученых и инженеров: М. Фарадея, Дж. Максвелла, Г. Герца, Э. Бранли, О. Лоджа, В. Крукса, Н. Теслы, Д. Пойнтинга, Н: А. Умова, О. Хевисайда, И. Томсона, Т. Эдисона, И. И. Боргмана, А. Долбира, В. Приса, А. Риги, Д. Боса, А. Слаби, О. Д. Хвольсона, А. С. Попова, Г. Маркони и др. Каждый из них внес вклад в общий процесс развития идей, представлений или технических решений, связанных с осуществлением беспроволочной телеграфии. И так как до сих пор не сформулирован четкий критерий того, что может считаться изобретением радио, многим из названных деятелей науки и техники или даже всем в совокупности приписывается нередко это достижение.
Для того, чтобы прояснить вопрос о том, кого следует считать изобретателем радио, необходимо рассмотреть выполненные в этой области работы под углом зрения роли их авторов в решении изобретательской задачи создания первого технического средства радиосвязи, поскольку в таком ключе эти работы в целом в историко-технических исследованиях еще не рассматривались.
Начало предыстории радио следует искать в период, когда появились первые представления об электромагнитном поле, механизме его возникновения и распространения, а также первые искусственные устройства для возбуждения и регистрации этого поля.
Работы М. Фарадея и Д. Максвелла как основа для создания беспроводной связи.
Вторая половина 19 века характерна концентрацией производства и ростом монополий, борьбой за новые рынки сбыта и вывозом капитала за границу. Особая роль при этом выпадала морскому транспорту, для которого настоятельно требовалась дальняя беспроводная связь, и поисками в этом направлении были заняты многие ученые и изобретатели. Работы некоторых из них - Вилкинса, Белла, Эдисона и других - заложили определенную основу беспроволочного телеграфирования, но настоящий прорыв произошел лишь после работ Герца, подтвердивших на практике существование электромагнитных волн, теоретически предсказанных Фарадеем и Максвеллом.
Краеугольным камнем науки об электромагнетизме стало открытие в 1831 году М. Фарадеем (1791-1867) электромагнитной индукции. С именем Фарадея связан переломный этап классической физики с отходом от господствовавшей в 18 веке методологии метафизики и механицизма и переходом к идеям целостности физического мира и всеобщей связи явлений в их диалектическом развитии.
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1891 года в пригороде Лондона Ньюингтоне в семье кузнеца. Бедность родителей не позволила ему получить законченное начальное образование, и в возрасте 13 лет его послали для обучения к переплетчику - владельцу книжной лавки. Вначале он только разносил газеты, затем освоил мастерство переплетчика.
Работая с книгами, он много читал, особенно интересуясь материалами по химии и физике. К прочитанному относился критически и старался опытами проверить познанные закономерности. Так формировался искусный экспериментатор, который до конца жизни так и не знал ни алгебры, ни геометрии.
Другой формой самообразования стали посещения сначала случайных, а затем тематических публичных лекций в открытом в 1800г. Британском Королевском институте. Здесь он увлёкся лекциями знаменитого химика Гемфри Дэви (1779-1829) и сумел в 1813г. стать его лаборантом. В приёмном протоколе со слов Дэви записана такая характеристика: "Его данные кажутся хорошими, его характер активный и бодрый, а образ действия разумный".
В 1813-1815гг. Фарадей в качестве полупомощника-полуслуги совершил с Дэви и его женой большое путешествие по охваченной войной Европе. Поездка профессора Дэви носила научно-просветительский характер, и Фарадей познакомился со многими учёными, встречался с Ампером, Вольтой и другими. "Я научился понимать своё невежество, - писал он другу, - стыжусь своих разнообразных недостатков и желаю воспользоваться теперь случаем исправить их".
Исследовательская работа по химии была успешна, Фарадей начал печатать статьи. В 1824г. он избирается членом Лондонского Королевского общества, в 1825г. назначается директором лаборатории химии и в 1827г. избирается профессором химии, а после смерти Дэви занимает его пост. В эти годы он вместе с Дэви ведёт опыты по сжижению газов, изучению сплавов стали, разрабатывает технологию производства оптических стёкол. В 1825г. он открывает бензол, один из важнейших углеводородов. Однако главные успехи были впереди.
В 1821 году Фарадей узнаёт об опытах Эрстеда и Ампера по отклонению магнитной стрелки вблизи провода с током. Уже через несколько месяцев он доказывает существование вокруг проводника кольцевых магнитных силовых линий, то есть фактически формулирует "правило буравчика". В его рабочем дневнике появляется запись новой задачи: "Превратить магнетизм в электричество".
Для решения сложнейшей по тем временам задачи потребовалось 10 лет непрекращающихся экспериментов. Фарадей произвел огромное количество опытов, но всё время терпел неудачу. Первый успех пришел лишь в 1831 году. В одном из опытов использовался кольцевой сердечник из магнитомягкого железа с двумя изолированными обмотками. Выводы одной из них замыкались проводником, возле которого располагалась магнитная стрелка. В момент подключения к другой обмотке гальванической батареи стрелка отклонялась. По сути, своими опытами Фарадей положил начало использованию трансформатора, хотя переменный ток тогда еще не был известен. Почти такая же методика и в то же время была применена и у Джозефа Генри (1797-1878), но Генри опубликовал результаты позже Фарадея, статья которого вышла в конце 1831 года.
В других опытах магнитная стрелка отсутствовала, а концы вторичной обмотки не замыкались, а лишь очень близко располагались, образуя разрыв в доли миллиметра. При замыкании и размыкании ключа, управляющего током в первичной обмотке, в этом малом промежутке проскакивала электрическая искра. Так была открыта электромагнитная индукция.
Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошел богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:
- Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?
- А для чего годится только что родившийся ребёнок? - ответил рассердившийся Фарадей. На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели, и прежде всего, Вернер фон Сименс (1816-1892), изобретший в 1866г. динамомашину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.
В 30-е годы Фарадей изобретает простейшую динамомашину, вводит понятия "магнитные силовые линии" и формулирует закон электромагнитной индукции: "Всякий раз, как проводник пересекается магнитными силовыми линиями, в нём возбуждается электродвижущая сила и, если проводник замкнут, в нём возникает электрический ток". "Правило правой руки" хорошо иллюстрирует этот закон.
С ноября 1831г. Фарадей начал систематически печатать свои "Экспериментальные исследования по электричеству", составившие 30 серий более чем из 3000 параграфов. Это великолепный памятник его научного творчества.
Результаты опытов свидетельствовали о существовании нового вида материи - электромагнитных волн. Но как это доказать? Экспериментальная техника и теоретические разработки в области электричества и магнетизма находились в зачаточном состоянии. Кроме того, в физике господствовала теория "дальнодействия", согласно которой тела действуют друг на друга мгновенно на любом расстоянии. Волновая же теория ломала это представление, и общество было не готово её воспринять. Тогда Фарадей схитрил и 12 декабря 1832года. сдал на хранение в архив Королевского общества запечатанное письмо, в котором сообщалось, что оно написано с целью закрепления даты открытия в случае его экспериментального подтверждения. Конверт был вскрыт лишь в 1938г году, 106 лет спустя.
Поразительны своей проницательностью основные мысли письма: электрическая индукция распространяется подобно волнам с конечной скоростью, световые явления не отличаются от электрической индукции, для анализа указанных явлений следует использовать теорию колебаний. Эти интуитивные мысли полностью перекликаются с идеями электромагнитной теории, разработанной много позднее Максвеллом и подтверждённой опытами Герца.
В последующие годы учёный занимается электрохимией, вводит термины "анод", "катод", "электрод", "электролит" и другие. Исследует диэлектрики. Наряду с проведением интенсивных экспериментальных работ Фарадей консультирует промышленников, читает научно-популярные лекции в Королевском институте, делает доклады, ведёт еженедельные собрания - "пятницы". Помня о молодёжи, он пишет свою любимую книгу "Химическая история свечи", хотя ему исполнилось уже 70 лет. Во всём мире её принято считать классическим образцом научно-популярной литературы.