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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Radiotelegrafo. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Radiotelegrafo: un mezzo per trasmettere (ricevere) informazioni di testo via radio. Le lettere dell'alfabeto sono rappresentate da una combinazione di punti e trattini (codice Morse). Attualmente, questa tecnologia è utilizzata principalmente da appassionati amatoriali, oltre che nei segnali di vari radiofari e meno spesso negli interfoni.
La radiotelegrafia senza fili è giustamente considerata la più grande invenzione della fine del XIX secolo, che ha aperto una nuova era nella storia del progresso umano. Proprio come il vecchio telegrafo elettrico pose le basi per l'ingegneria elettrica, la creazione del radiotelegrafo servì da punto di partenza per lo sviluppo dell'ingegneria radiofonica, e poi dell'elettronica, i cui grandiosi successi ora vediamo ovunque. Un altro interessante parallelo si può notare nella storia di queste due invenzioni: i creatori del telegrafo, Semering e Schilling, furono i primi inventori che tentarono di utilizzare la curiosità recentemente scoperta - la corrente elettrica, a beneficio dell'uomo, e il funzionamento di I radiotelegrafi di Popov e Marconi si basavano sul fenomeno appena scoperto della radiazione elettromagnetica. Come allora, così ora, la tecnologia della comunicazione è stata la prima a richiedere e utilizzare le ultime conquiste della scienza. In un telegrafo elettrico, la portante del segnale è una corrente elettrica. In radiotelegrafia, questo vettore è costituito da onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio a grande velocità e non richiedono alcun filo per se stesse. La scoperta della corrente elettrica e la scoperta delle onde elettromagnetiche sono separate l'una dall'altra da esattamente cento anni, e dal loro esempio si può vedere quali sorprendenti successi ha ottenuto la fisica durante questo secolo. Se la corrente elettrica, come ricordiamo, è stata scoperta da Galvani quasi per caso, allora le onde elettromagnetiche si sono manifestate per la prima volta come risultato di un esperimento completamente mirato di Hertz, che sapeva perfettamente cosa e come cercare, perché anche vent'anni prima la sua straordinaria scoperta, l'esistenza di onde elettromagnetiche con precisione matematica, fu predetta dal grande fisico inglese Maxwell. Per comprendere il principio della radiotelegrafia, ricordiamo cos'è un campo elettrico e cos'è un campo magnetico. Prendiamo una palla di plastica e strofinala con un panno di lana, dopodiché la palla acquisirà la capacità di attirare piccoli pezzi di carta e spazzatura. Come si suol dire, diventerà elettrizzato, cioè riceverà una certa carica elettrica sulla sua superficie. In uno dei capitoli precedenti è stato già riportato che questa carica può essere negativa e positiva, e due palline ugualmente cariche si respingeranno con una certa forza, e due palline con cariche opposte si attrarranno. Perché sta succedendo? Un tempo, Faraday suggerì che ogni palla creasse attorno a sé una sorta di perturbazione invisibile, che chiamò campo elettrico. Il campo di una palla caricata agisce su un'altra palla e viceversa. Al momento, l'ipotesi di Faraday è accettata dalla scienza, sebbene nulla sia noto sulla natura di questo campo, cosa sia in quanto tale. Oltre al fatto che il campo elettrico esiste, sono ovvie solo due delle sue indubbie proprietà: si propaga nello spazio attorno a qualsiasi corpo carico con una velocità enorme, seppur finita, di 300000 km/s e agisce su qualsiasi altro corpo elettricamente carico che si trova in questo campo, attirandolo o allontanandolo con una certa forza. Una variazione di questo effetto può essere considerata una corrente elettrica. Come già accennato, qualsiasi corrente elettrica è un movimento diretto di particelle cariche. Ad esempio, nei metalli, questo è il movimento degli elettroni e negli elettroliti, il movimento degli ioni. Cosa fa sì che queste particelle si muovano ordinando in una direzione? La risposta è nota: questa forza è il campo elettrico. Quando il circuito è chiuso nel conduttore per tutta la sua lunghezza da un polo all'altro del generatore, si forma un campo elettrico che agisce sulle particelle cariche costringendole a muoversi in un certo modo (ad esempio in un elettrolita, positivamente gli ioni carichi sono attratti dal catodo e quelli caricati negativamente dall'anodo). Molto di quanto è stato detto sul campo elettrico può essere attribuito al campo magnetico. Tutti hanno avuto a che fare con magneti metallici permanenti e conoscono le loro proprietà di attrarsi e respingersi, a seconda di quali poli - simili o opposti - sono diretti l'uno verso l'altro. L'interazione dei magneti è spiegata dal fatto che attorno a ciascuno di essi si forma un campo magnetico e il campo di un magnete agisce su un altro magnete e viceversa. Si è già notato che un campo magnetico sorge nello spazio attorno a ciascuna carica in movimento, e qualsiasi corrente elettrica (che - lo ripetiamo ancora - è un flusso diretto di particelle cariche) genera un campo magnetico attorno a sé. È stato anche discusso il fenomeno opposto: il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, quando un campo magnetico variabile induce una corrente elettrica nei conduttori. Ma perché nasce questa corrente, e perché si verifica solo quando il campo magnetico cambia? Proviamo a capirlo. Prendiamo il trasformatore già discusso sopra, che è costituito da due bobine poste su un nucleo. Collegando l'avvolgimento primario del trasformatore alla rete, otterremo una corrente nell'avvolgimento secondario. Ciò significa che gli elettroni nell'avvolgimento secondario hanno iniziato a muoversi in una direzione, cioè una sorta di forza ha iniziato ad agire su di essi. Qual è la natura di questa forza? Per molto tempo scienziati e ingegneri elettrici si sono trovati in una situazione di stallo di fronte a questa domanda. Già utilizzando i trasformatori, non potevano comprendere appieno i processi che avvenivano al loro interno. Era solo ovvio che questo fenomeno non poteva essere spiegato unicamente dall'azione di un campo magnetico. Un'interessante ipotesi per spiegare questo e molti altri fenomeni elettrici fu avanzata nel 1864 dal famoso fisico inglese Maxwell. Per capirlo, notiamo che il processo che si verifica nell'avvolgimento secondario di un trasformatore è molto simile a quello osservato in qualsiasi conduttore di un circuito elettrico chiuso - e qua e là gli elettroni si muovono in un movimento diretto. Ma nel conduttore del circuito, ciò avviene sotto l'influenza di un campo elettrico. Forse si crea un campo elettrico anche nell'avvolgimento secondario del trasformatore? Ma da dove viene? In un circuito chiuso, appare un campo elettrico dovuto all'inclusione di una fonte di corrente (batteria o generatore) in esso. Ma nel circuito secondario del trasformatore, come sai, non ci sono fonti esterne di corrente. Maxwell ha suggerito che il campo elettrico sorge qui sotto l'influenza di un campo magnetico mutevole. Andò oltre e iniziò a sostenere che questi due campi sono strettamente correlati tra loro, che qualsiasi campo magnetico mutevole genera un campo elettrico e qualsiasi campo elettrico mutevole ne genera uno magnetico e che non possono esistere l'uno senza l'altro, rappresentando , per così dire, un unico campo elettromagnetico. La teoria di Maxwell può essere spiegata dal seguente semplice esempio. Immagina che una palla carica sia sospesa da una molla. Se lo tiriamo verso il basso e poi lo lasciamo andare, la palla inizierà a oscillare attorno a un punto di equilibrio. Supponiamo che queste oscillazioni avvengano con una frequenza molto alta (cioè, la palla ha il tempo di salire e scendere diverse centinaia o addirittura migliaia di volte in un secondo). Ora misureremo l'intensità del campo elettrico in un punto vicino alla palla. Ovviamente non è un valore costante: quando la palla si avvicina la tensione aumenterà, quando si allontana diminuirà. Il periodo di questi cambi sarà ovviamente uguale al periodo delle oscillazioni della pallina. In altre parole, a questo punto si forma un campo elettrico alternato. Seguendo l'ipotesi di Maxwell, dobbiamo supporre che questo campo elettrico variabile generi attorno a sé un campo magnetico variabile con la stessa periodicità, e quest'ultimo provochi la comparsa di un campo elettrico alternato già a maggiore distanza dalla carica, e così via. Pertanto, nello spazio circostante la palla apparirà un sistema di campi elettrici e magnetici che cambiano periodicamente. Si forma una cosiddetta onda elettromagnetica, che scorre in tutte le direzioni da una carica oscillante a una velocità di 300000 km / s. Ad ogni nuova oscillazione della palla, un'altra onda elettromagnetica viene irradiata nello spazio. Quante vibrazioni, quante onde. Ma non importa quante onde vengono emesse per unità di tempo, la velocità della loro propagazione è rigorosamente costante. Se assumiamo che la palla compia un'oscillazione al secondo, durante questo periodo la parte "testa" dell'onda sarà a una distanza di 300000 km dalla sorgente di radiazione. Se la frequenza è di 1000000 di oscillazioni al secondo, tutte queste onde riempiranno lo spazio in 1 secondo, contando in linea retta dalla sorgente di radiazione a 300000 km. La quota di ogni singola onda avrà un percorso di 300 m, quindi la lunghezza di ogni onda è direttamente correlata alla frequenza di oscillazione del sistema che l'ha generata. Si noti che questa onda, per così dire, ha tutte le condizioni per la sua propagazione in sé. Sebbene ogni mezzo denso indebolisca la sua forza in un modo o nell'altro, un'onda elettromagnetica può, in linea di principio, propagarsi nell'aria e nell'acqua, passare attraverso legno, vetro, carne umana. Tuttavia, il mezzo migliore per questo è il vuoto. Vediamo ora cosa succede se un conduttore si trova nel percorso di propagazione di un'onda elettromagnetica. Ovviamente il campo elettrico dell'onda agirà sugli elettroni del conduttore, che, di conseguenza, inizieranno a muoversi in modo diretto, cioè nel conduttore apparirà una corrente elettrica alternata, avente lo stesso periodo di oscillazione e la stessa frequenza del campo elettrico che lo ha generato. È quindi possibile dare una spiegazione al fenomeno dell'induzione elettromagnetica scoperto da Faraday. È chiaro che il nostro esempio è in qualche modo ideale. In condizioni reali, il campo elettromagnetico emesso da una palla carica oscillante sarà molto debole e la sua intensità a grande distanza sarà praticamente nulla. La corrente indotta nel conduttore secondario sarà così piccola che nessun dispositivo la registrerà. Per questo motivo, durante la vita di Maxwell, la sua teoria non ricevette conferme sperimentali. Molti scienziati hanno condiviso le sue opinioni e stavano cercando un modo per aiutare a rilevare le onde elettromagnetiche. Gli esperimenti in questa direzione sono diventati il punto di partenza per lo sviluppo dell'ingegneria radio. Solo nel 1886 il fisico tedesco Hertz condusse un esperimento che confermava la teoria di Maxwell. Per eccitare le onde elettromagnetiche, Hertz ha usato un dispositivo che ha chiamato vibratore e per il rilevamento - un altro dispositivo - un risonatore.
Il vibratore Hertz era costituito da due aste della stessa lunghezza, che erano fissate ai morsetti dell'avvolgimento secondario della bobina di induzione. Alle estremità delle aste una di fronte all'altra, venivano rinforzate piccole sfere di metallo. Quando la corrente induttiva è passata attraverso l'avvolgimento secondario della bobina, una scintilla è saltata tra le sfere e le onde elettromagnetiche sono state emesse nello spazio circostante. Il risuonatore di Hertz consisteva in un filo piegato in un anello, ad entrambe le estremità del quale erano rinforzate anche sfere di metallo. Sotto l'azione di un campo magnetico alternato di un'onda elettromagnetica, nel risonatore è stata indotta una corrente elettrica alternata, a seguito della quale si è verificata una scarica tra le sfere. Pertanto, durante la scarica nel vibratore, è stato osservato un salto di scintilla tra le sfere del risonatore. Questo fenomeno potrebbe essere spiegato solo sulla base della teoria di Maxwell, così che grazie all'esperienza di Hertz, l'esistenza delle onde elettromagnetiche fu chiaramente dimostrata. Hertz è stata la prima persona a controllare consapevolmente le onde elettromagnetiche, ma non si è mai posto il compito di creare un dispositivo che consentisse la comunicazione radio wireless. Tuttavia, gli esperimenti di Hertz, la cui descrizione apparve nel 1888, interessarono i fisici di tutto il mondo. Molti scienziati hanno iniziato a cercare modi per migliorare l'emettitore e il ricevitore di onde elettromagnetiche. Il risonatore hertziano era un dispositivo di bassissima sensibilità e quindi poteva catturare le onde elettromagnetiche emesse dal vibratore solo all'interno della stanza. Innanzitutto, Hertz è riuscito a trasmettere su una distanza di 5, quindi - 18 m. Nel 1891, il fisico francese Edouard Branly scoprì che la limatura di metallo posta in un tubo di vetro non mostra sempre la stessa resistenza quando viene attraversata da una corrente elettrica. Quando le onde elettromagnetiche apparivano in prossimità del tubo, ad esempio, da una scintilla ottenuta per mezzo di una bobina di Ruhmkorff, la resistenza della segatura diminuiva rapidamente e si ripristinava solo dopo essere state leggermente scosse. Branly ha sottolineato che questa loro proprietà può essere utilizzata per rilevare le onde elettromagnetiche.
Nel 1894 il fisico inglese Lodge utilizzò per la prima volta il tubo di Branly, che chiamò "coherer" (dal latino coheare - collegare, legare) per registrare il passaggio delle onde elettromagnetiche. Ciò ha permesso di aumentare il raggio di ricezione a diverse decine di metri. Per ripristinare la sensibilità del coherer dopo il passaggio delle onde elettromagnetiche, Lodge ha installato un meccanismo di orologio a funzionamento continuo che lo scuoteva costantemente. In effetti, Lodge ha dovuto fare solo un passo per creare un ricevitore radio, ma non ha fatto questo passo. Per la prima volta l'ingegnere russo Popov ha presentato l'idea della possibilità di utilizzare le onde elettromagnetiche per le esigenze di comunicazione. Ha sottolineato che ai segnali trasmessi può essere assegnata una certa durata (ad esempio, alcuni segnali possono essere allungati, altri più brevi) e, utilizzando il codice Morse, i dispacci possono essere trasmessi senza fili. Tuttavia, questo dispositivo aveva senso solo se fosse possibile ottenere una trasmissione radio stabile su lunghe distanze. Dopo aver studiato i tubi di Branly e Lodge, Popov iniziò a sviluppare un coerente ancora più sensibile. Alla fine, è riuscito a creare un coherer molto sensibile con elettrodi di platino riempiti con limatura di ferro.
Il problema successivo è stato quello di migliorare il processo di scuotimento della segatura dopo l'incollaggio causato dal passaggio di un'onda elettromagnetica. Il meccanismo dell'orologio utilizzato da Lodge per ripristinare la sensibilità del coherer non forniva un funzionamento affidabile del circuito: tale scuotimento era irregolare e poteva portare a segnali mancati. Popov stava cercando un metodo automatico che permettesse di ripristinare la sensibilità del coherer solo dopo aver ricevuto il segnale. Dopo aver fatto molti esperimenti, Popov ha inventato un metodo per scuotere periodicamente il coherer con l'aiuto di un martello per campanello elettrico e ha utilizzato un relè elettrico per accendere il circuito di questa campana. Lo schema sviluppato da Popov era molto sensibile e già nel 1894 era in grado di usarlo per ricevere segnali a una distanza di diverse decine di metri. Durante questi esperimenti, Popov ha attirato l'attenzione sul fatto che la portata del ricevitore aumenta notevolmente se un filo verticale è collegato al coherer. Così è stata inventata l'antenna ricevente, utilizzando la quale Popov ha apportato miglioramenti significativi alle condizioni operative del ricevitore. Nel 1895 aveva creato quello che era stato il primo ricevitore radio della storia. Questo ricevitore radio è stato organizzato come segue. Il tubo sensibile con limatura metallica (coherer) è stato rinforzato in posizione orizzontale; un pezzo di filo, che era un'antenna ricevente, era attaccato a un'estremità del tubo e un filo con messa a terra era collegato all'altra estremità. Il circuito elettrico della batteria era chiuso tramite un coherer e un relè elettromagnetico: a causa dell'elevata resistenza della segatura nel tubo (fino a 100000 ohm), la corrente nel circuito della batteria era insufficiente per attirare l'indotto del relè. Ma non appena il tubo è stato esposto alle onde elettromagnetiche, la segatura si è attaccata e la resistenza del tubo è stata notevolmente ridotta. La corrente nel circuito è aumentata e l'armatura del relè è stata attratta. In questo caso, il secondo circuito è stato chiuso e la corrente è stata diretta attraverso gli avvolgimenti del relè della campana, a seguito della quale è entrata in azione la campana. Il martello colpì la campana e la catena si aprì. Il martello tornò nella sua posizione originale sotto l'azione di una molla e colpì il tubo, scuotendo la segatura. Pertanto, il tubo è stato nuovamente reso sensibile alle onde elettromagnetiche.
Il 7 maggio 1895, Popov dimostrò il funzionamento del suo ricevitore radio durante un rapporto a una riunione della Società di fisica e chimica russa. La fonte delle oscillazioni elettromagnetiche nei suoi esperimenti era il vibratore di trasmissione di Hertz, solo nel trasmettitore di Popov era attivato lo spinterometro tra l'antenna e il suolo. Nel gennaio 1896, sul giornale di questa società fu pubblicato un articolo di Popov che descriveva il suo successore. Quindi Popov ha attaccato un apparato telegrafico Morse al suo schema e ha inserito la registrazione su nastro. Il risultato è stato il primo radiotelegrafo al mondo: un trasmettitore e ricevitore con la registrazione di segnali in codice Morse.
Diamo un'occhiata più da vicino al suo dispositivo. Una chiave telegrafica Morse era collegata tra la batteria e l'avvolgimento primario della bobina di Ruhmkorff. Quando questa chiave è stata chiusa, la corrente continua della batteria ha attraversato i giri dell'avvolgimento. L'interruttore ad alta frequenza ha chiuso e aperto il circuito, a seguito del quale (vedi il capitolo "Trasformatore") la corrente continua è stata convertita in corrente alternata. A causa dell'induzione elettromagnetica, nell'avvolgimento secondario della bobina di Ruhmkorff è stata indotta una corrente alternata ad alta tensione. Questo avvolgimento è stato chiuso a uno spinterometro. Pertanto, ogni chiusura della chiave del telegrafo generava flussi di scintille nello spinterometro. I circuiti corti o più lunghi producevano brevi e lunghi flussi di scintille che corrispondevano ai punti e ai trattini del codice Morse. Un polo dello scaricatore era collegato a terra e l'altro era collegato a un'antenna, che irradiava le onde elettromagnetiche generate dallo scaricatore nello spazio circostante. Alcune di queste onde hanno colpito l'antenna del ricevitore e hanno indotto una debole corrente alternata al suo interno. Inoltre, la durata di ciascun impulso di corrente ricevuto corrispondeva esattamente alla durata del segnale di spinterometro. Il dispositivo del ricevitore era quasi lo stesso del modello precedente: il coherer era collegato a una batteria ea un elettromagnete, il cui relè, utilizzando una batteria locale, azionava un apparato di scrittura Morse incluso nel circuito al posto di un campanello. Finché il coherer non era esposto alle onde elettromagnetiche, la sua resistenza era così grande che nessuna corrente scorreva nel circuito del coherer. Quando le onde elettromagnetiche hanno agito sul coherer, la sua resistenza è diminuita notevolmente e la forza della corrente nel circuito è aumentata così tanto che l'elettromagnete ha attirato la sua armatura, accendendo il circuito telegrafico. Questa attrazione non si è fermata finché le onde elettromagnetiche hanno agito sul coherer. Contemporaneamente alla chiusura del circuito è entrato in azione un martello, che ha colpito il coherer. La resistenza di quest'ultimo aumentò. Tuttavia, se le onde continuavano ad agire, la resistenza diminuiva immediatamente e lo stato di piccola resistenza continuava nonostante lo scuotimento. Per tutto questo tempo l'apparato telegrafico ha tracciato una linea sul nastro. E solo quando l'influenza delle onde elettromagnetiche è cessata, si è manifestato l'effetto di scuotimento e la resistenza è aumentata al valore precedente: l'apparato è stato spento fino a quando non è apparsa una nuova onda. Così, sul nastro telegrafico sono stati disegnati punti e trattini, corrispondenti ai segnali della spedizione inviata. Il 24 marzo 1896, Popov dimostrò la sua attrezzatura in una riunione della Società di fisica e chimica russa e trasmise segnali su una distanza di 250 M. Il primo radiogramma al mondo consisteva in due parole "Heinrich Hertz". Contemporaneamente a Popov, il giovane italiano Guglielmo Marconi ha realizzato la sua installazione radiotelegrafica. Fin dall'infanzia si interessava appassionatamente all'elettricità, per poi interessarsi all'idea di un telegrafo senza fili. Nel 1896 assemblò un trasmettitore e un ricevitore, molto simili nel design a quelli inventati da Popov. Nello stesso anno Marconi portò la sua invenzione in Inghilterra. Sua madre era una donna inglese e grazie ai suoi contatti fu ben accolto nelle isole britanniche. Nel 1896 Marconi ricevette un brevetto inglese per il suo radiotelegrafo (questo fu il primo brevetto preso per la telegrafia senza fili; quindi, dal punto di vista formale, Marconi è giustamente considerato l'inventore della radio, essendo stato il primo a brevettare la sua invenzione). Nel giugno 1897 fu costituita una società per azioni per applicare l'invenzione di Marconi. A 23 anni ha mostrato un'incredibile ingegnosità e intraprendenza. Fin dai primi passi, la sua impresa ha ricevuto solide basi finanziarie. Quando possibile, Marconi ha cercato di dimostrare i vantaggi di un nuovo mezzo di comunicazione wireless. Così, nel giugno 1898, le tradizionali gare di vela si sarebbero svolte nell'area di Dublino. Queste gare hanno sempre attirato l'attenzione di tutti. Marconi si recò a Dublino e concordò con uno dei maggiori giornali irlandesi di trasmetterle via radio da un piroscafo in zona regata, tutte le informazioni che potrebbero interessare al pubblico per la pubblicazione in edizioni speciali del quotidiano. L'esperienza è stata un completo successo. Per diverse ore Marconi ha guidato il trasferimento, che è stato accettato dalla redazione. Le informazioni ottenute in questo modo erano prima di tutte e il giornale aumentò notevolmente la sua diffusione. Per Marconi anche questo è stato un grande successo: in poco tempo il capitale sociale della sua azienda è raddoppiato, arrivando a quota 200mila sterline. Questo gli diede l'opportunità di migliorare rapidamente la sua radiotelegrafia. Alcuni anni dopo, era già molto più avanti di Popov nei suoi sviluppi. Uno degli elementi principali dei primi ricevitori radio era il coherer. È naturale, quindi, che i principali sforzi degli inventori che hanno cercato di aumentare la sensibilità degli apparati riceventi fossero diretti proprio al suo miglioramento. Marconi è stato il primo a richiamare l'attenzione su un'importante proprietà di un coherer, ovvero la dipendenza della sua azione dall'entità della tensione di oscillazione ad alta frequenza applicata ad esso. Per raccogliere completamente l'energia del campo magnetico creato dalla corrente indotta nell'antenna, trascurabile, è stato necessario amplificarla. Marconi ha trovato un modo semplice e geniale per risolvere questo problema. Nel 1898, ha incluso nel suo radio jigger (che significa "smistatore") - un trasformatore ad alta frequenza, il cui avvolgimento primario era collegato allo stesso circuito dell'antenna e l'avvolgimento secondario era collegato al coherer. Nello stesso anno Marconi ottenne un brevetto per questo schema.
I conduttori aeb qui designano il circuito dell'antenna in cui è stato incluso l'avvolgimento primario del jigger c. Come risultato della trasformazione, la tensione della debole corrente dell'antenna nel circuito secondario è aumentata in modo significativo. Dal jigger d, il segnale passava al coherer j, a cui era collegata la batteria b' e il relè K, che accendeva l'apparato telegrafico, come avveniva nei circuiti precedenti. Questa semplice innovazione ha permesso di aumentare più volte la sensibilità delle prime stazioni radio riceventi. Il raggio di trasmissione è immediatamente aumentato da 30 a 85 miglia. Nello stesso anno Marconi effettua un trasferimento attraverso la Manica. Un altro passo estremamente importante per aumentare la sensibilità del ricevitore fu fatto nel 1899 da Rybkin, il più vicino assistente di Popov. In uno degli esperimenti da lui condotti, si è scoperto che a causa della distanza gli strumenti non funzionavano. Non essendo sicuro della loro completa funzionalità, Rybkin ha cercato di includere un normale ricevitore telefonico nel circuito coerente invece di un relè e un apparato telegrafico e ha scoperto che ogni scarica alla stazione provoca un leggero crepitio nel telefono, in modo che qualsiasi dispaccio potesse essere facilmente ricevuto a orecchio. La cosa più sorprendente qui era che il coherer, con questa inclusione, non richiedeva lo scuotimento. Questo fenomeno, allora non del tutto compreso, si è spiegato solo pochi anni dopo. Il fatto è che se il coherer di solito funzionava come una resistenza variabile, che, a seguito della sinterizzazione dei grani di metallo, cambiava quasi da infinito a un valore relativamente piccolo, allora in questo schema agiva su una base completamente diversa e non era altro rispetto a un rilevatore nel senso moderno di questa parola, cioè un dispositivo che trasmetteva corrente in una sola direzione, aveva una conduttività unilaterale e trasformava (rettificata) la corrente alternata in una corrente continua pulsante. Le correnti trascurabili dell'antenna rettificate dal rivelatore erano del tutto insufficienti per azionare il relè telegrafico, ma erano in grado di agire su un dispositivo molto sensibile - la membrana del ricevitore telefonico, generando deboli onde sonore allo stesso modo di un normale telefono. Avvicinando il telefono all'orecchio, si sentivano lunghi e brevi crepitii, corrispondenti ai punti e ai trattini del codice Morse. Il dispositivo ricevente con il passaggio al telefono è stato notevolmente semplificato. Non c'era alcun meccanismo per registrare i segnali telegrafici, la batteria è diminuita e la necessità di agitare costantemente la polvere di metallo è scomparsa. Se nel precedente ricevitore, che funzionava su un apparecchio di registrazione, l'interferenza delle scariche dei fulmini portava spesso a falsi scatti del relè e distorceva i record, la ricezione dell'orecchio con una nota abilità del telegrafista dava maggiori opportunità di isolare correttamente i segnali telegrafici alternati contro sullo sfondo di un caotico crepitio di interferenze. Ma il vantaggio più significativo del nuovo ricevitore era la sua maggiore sensibilità. Il passo successivo nel miglioramento dei ricevitori radio è stato associato ad un aumento della loro selettività, poiché i primi tentativi di passare dalla sperimentazione all'uso pratico delle onde elettromagnetiche per la trasmissione di segnali a distanza hanno mostrato con tutta la loro nitidezza che l'ulteriore sviluppo di questo nuovo tipo di comunicazione e il suo diffuso utilizzo sarebbero possibili solo nel caso in cui si trovassero metodi efficaci che consentano a più stazioni trasmittenti di operare simultaneamente in onda. Per il caso con una connessione cablata, questo problema è stato quindi risolto in modo molto semplice. È stato sufficiente collegare ciascuno dei dispositivi riceventi situati in un punto con i loro singoli fili all'installazione di trasmissione corrispondente. Ma cosa si sarebbe dovuto fare nel caso della trasmissione wireless? Le sperimentazioni delle prime stazioni di Popov e Marconi rivelarono subito tutte le imperfezioni sotto questo aspetto delle apparecchiature allora utilizzate. La ricezione dei segnali nell'area di copertura di due stazioni operative simultanee si è rivelata completamente impossibile a causa delle reciproche interferenze. Una via d'uscita è stata trovata nella trasmissione di segnali radiotelegrafici mediante onde di varia lunghezza, sfruttando il fenomeno della risonanza per isolarli nel dispositivo ricevente.
Per comprendere l'essenza di questo metodo, consideriamo più in dettaglio le proprietà di una bobina induttiva e di un condensatore. Immagina una bobina con un gran numero di spire, attraverso la quale passa una corrente alternata. Una corrente elettrica variabile, come accennato in precedenza, genera un campo magnetico variabile nello spazio circostante, che a sua volta crea un campo elettrico variabile. Questo campo elettrico induce una corrente elettrica nelle spire della bobina, diretta verso quella principale - si verifica un fenomeno chiamato autoinduzione. Esternamente, questo effetto si manifesta, in particolare, nel fatto che quando il circuito è chiuso, la corrente in ogni bobina non raggiunge immediatamente il suo valore massimo, ma con un certo ritardo rispetto, ad esempio, ad un conduttore rettilineo convenzionale. All'apertura della rete, il campo elettrico variabile induce una corrente nella bobina che coincide in direzione con quella principale, e quindi la corrente nella bobina permane per un certo tempo dopo lo spegnimento dell'alimentazione. Questa proprietà della bobina di ritardare e, per così dire, trattenere la corrente in se stessa per un certo tempo senza alcuna influenza esterna è caratterizzata da un valore speciale chiamato induttanza. Ogni bobina ha una propria induttanza, il cui valore dipende dalla dimensione del conduttore e dalla sua forma, ma non dipende dalla corrente che scorre. Per quanto riguarda il condensatore, di solito è costituito da due piastre poste molto vicine l'una all'altra, ma separate da un dielettrico, cioè una sostanza che non trasmette corrente elettrica. Le piastre di un condensatore sono chiamate sue piastre. Se colleghi le piastre del condensatore ai poli di una sorgente CC (ad esempio a una batteria elettrica), su di esse si accumulerà una carica elettrica, che rimarrà anche dopo aver scollegato la batteria. La capacità di un condensatore di immagazzinare una carica è determinata dalla sua capacità elettrica. Ogni condensatore ha una sua capacità, e il suo valore dipende dall'area delle piastre, dalla distanza tra loro e dalle proprietà del dielettrico che le separa. Se le piastre del condensatore sono collegate con un pezzo di filo, si verificherà la sua rapida scarica: gli elettroni dalla piastra in cui erano in eccesso fluiranno in un'altra dove non erano sufficienti, dopodiché la carica di ciascuna delle piastre sarà uguale a zero. Ebbene, cosa succede se il condensatore non si scarica su se stesso, ma attraverso una bobina di induzione? In questo caso si osserva un fenomeno molto interessante. Immagina un condensatore carico con una bobina attaccata alle sue piastre. Ovviamente il condensatore inizierà a scaricarsi e nel circuito apparirà una corrente elettrica, ma la sua forza non raggiungerà immediatamente il suo valore massimo, ma aumenterà gradualmente a causa del fenomeno dell'autoinduzione nella bobina. Nel momento in cui il condensatore è completamente scarico, la corrente nella bobina raggiungerà il suo valore massimo. Cosa accadrà? Nonostante il fatto che entrambe le piastre del condensatore abbiano già una carica zero, il flusso di corrente attraverso la bobina continuerà, poiché a causa della stessa autoinduzione, la corrente nella bobina non può fermarsi all'istante. È come se la bobina si trasformasse per alcuni istanti in una fonte di corrente e caricherà il condensatore allo stesso modo di una batteria elettrica. Solo ora le cariche delle piastre sono invertite: quella che prima era caricata negativamente diventa positiva e viceversa. Di conseguenza, quando la corrente nella bobina è zero, il condensatore verrà nuovamente caricato. Tuttavia, nello stesso momento inizierà di nuovo a scaricarsi attraverso la bobina e l'intero processo verrà ripetuto nella direzione opposta. Se non ci fossero inevitabili perdite di elettricità, una tale ricarica potrebbe richiedere un tempo arbitrariamente lungo. Il fenomeno descritto è chiamato oscillazioni elettriche e il sistema condensatore-bobina in cui si verificano queste oscillazioni è chiamato circuito oscillatorio. A seconda di quante volte in un secondo il condensatore ha il tempo di ricaricarsi, parlano dell'una o dell'altra frequenza di oscillazione. La frequenza di oscillazione è direttamente correlata alle proprietà del circuito oscillatorio, principalmente l'induttanza della bobina e la capacità del condensatore. Si nota che minori sono questi valori, maggiore è la frequenza delle oscillazioni nel circuito, ovvero il condensatore ha il tempo di ricaricarsi più volte in un secondo. Come tutte le oscillazioni (ad esempio le oscillazioni di un pendolo), le oscillazioni nel sistema condensatore-bobina, se non sono supportate dall'esterno, alla fine si arresteranno, poiché l'energia iniziale verrà spesa per riscaldare i fili e la radiazione elettromagnetica. Ciò significa che ad ogni oscillazione, la corrente massima nella bobina e la tensione massima sulle piastre del condensatore saranno sempre minori. Tuttavia, proprio come l'oscillazione di un pendolo in un orologio meccanico, le oscillazioni elettriche possono essere mantenute, ad esempio, collegando un condensatore a una fonte di corrente alternata esterna. Ma la corrente alternata, come ricordiamo, cambia anche il suo valore con una certa frequenza, o, in altre parole, ha una sua frequenza di oscillazione. Qualsiasi circuito oscillatorio non è indifferente a quale frequenza di oscillazione ha la corrente che lo alimenta. Se, ad esempio, questa corrente ha una frequenza di oscillazione troppo grande o troppo piccola rispetto alla frequenza di oscillazione del circuito stesso, l'intensità della corrente e la sua tensione nel circuito oscillatorio non saranno mai elevate (poiché questa influenza esterna interferirà con le sue stesse oscillazioni più che aiutarli). Tuttavia, nei casi in cui la frequenza delle oscillazioni della corrente esterna è vicina alla frequenza naturale delle oscillazioni del circuito, l'intensità della corrente e la tensione della corrente del circuito iniziano ad aumentare e raggiungono il loro massimo quando queste frequenze coincidono completamente. In questo caso si dice che il circuito oscillatorio è in risonanza. La risonanza è particolarmente pronunciata nei circuiti a bassa resistenza. In questo caso, la tensione ai capi del condensatore e della bobina può essere molte volte maggiore della tensione di alimentazione esterna. C'è una specie di sbalzo o sbalzo di tensione. Il fenomeno della risonanza elettrica è stato utilizzato per implementare le comunicazioni radio selettive. Marconi fu uno dei primi a sintonizzare sulla stessa frequenza i circuiti oscillatori delle stazioni trasmittenti e riceventi. Per questo, in particolare, utilizzò il suo jigger, comprensivo di un condensatore in parallelo al suo avvolgimento secondario e ottenendo così un circuito oscillatorio. Anche il circuito dei trasmettitori è stato modificato includendo bobine induttive e condensatori nel circuito dell'antenna, in modo che ogni stazione trasmittente potesse trasmettere segnali con una certa frequenza di oscillazione dell'onda. Poiché ormai diverse stazioni radio trasmettevano messaggi, ciascuna con una propria frequenza, le onde da esse emesse eccitavano correnti alternate di varie frequenze nell'antenna ricevente. Ma il ricevitore ha scelto solo quei segnali la cui frequenza coincideva con la frequenza naturale di oscillazione del suo circuito oscillatorio, perché solo in questo caso è stato osservato il fenomeno della risonanza. Il jigger in questo circuito funzionava come un filtro e non amplificava alcuna corrente dell'antenna (come era prima), ma individuava tra loro la corrente della frequenza su cui era sintonizzato il dato ricevitore. Da quel momento, i circuiti risonanti sono diventati parte integrante sia dei dispositivi di ricezione che di trasmissione.
All'inizio del 1901° secolo, diverse dozzine di scienziati in molti paesi erano entusiasti della telegrafia senza fili. Tuttavia, i maggiori successi furono ancora legati al nome di Marconi, che, senza dubbio, fu uno dei più importanti ingegneri radiofonici dell'epoca. Dopo una serie di esperimenti sulla trasmissione su lunghe distanze, Marconi ha fatto una scoperta sorprendente: si è scoperto che il rigonfiamento del globo non interferisce minimamente con il movimento delle onde elettromagnetiche. Questo lo ha spinto a sperimentare con la telegrafia attraverso l'oceano. Già nel 1800 ebbe luogo la prima trasmissione radiofonica transatlantica della storia, durante la quale l'assistente di Marconi, Fleming, trasmise la lettera "S" dalla stazione inglese di Poldu in codice Morse, e Marconi, che si trovava dall'altra parte dell'Oceano Atlantico , sull'isola di Terranova, lo ricevette a una distanza di XNUMX miglia. Il successivo punto importante nel miglioramento dei ricevitori è stata la creazione di nuove trappole d'onda (rilevatori). Il coherer di Branly ha svolto un ruolo importante nei primi anni delle comunicazioni radio. Tuttavia, era troppo capriccioso e difficile da gestire. Inoltre, doveva essere costantemente scosso per ripristinare la capacità di rispondere al segnale radio successivo. Uno dei compiti centrali era la creazione di un coerente "autoregolante". Il primo tentativo in questa direzione fu fatto nel 1899 da Popov con un telefono. Il secondo è Marconi, che progettò il suo rivelatore magnetico all'inizio del XX secolo.
Il principio di funzionamento del rivelatore magnetico si basava sul fenomeno della cosiddetta isteresi. Il fatto è che di solito il ferro viene magnetizzato con un certo ritardo nel tempo. Tuttavia, la magnetizzazione può essere potenziata se, al momento dell'esposizione a un campo magnetico esterno, si provoca un notevole scuotimento delle molecole di ferro. Questo può essere fatto da shock meccanico o un breve impulso di un altro campo magnetico. Questo fenomeno è stato utilizzato da Marconi. Nel suo rivelatore magnetico, una cintura senza fine di filo di ferro morbido era tesa su due dischi a rulli, che si muovevano a una velocità di cinque pollici al secondo e passavano sotto i poli di due magneti permanenti all'interno di un tubicino di vetro. Gli avvolgimenti primario e secondario erano avvolti su questo tubo e l'avvolgimento primario era collegato al circuito dell'antenna e il secondario era collegato al telefono. Passando sotto i poli del magnete, il nastro di ferro veniva magnetizzato prima in uno e poi in senso opposto. L'inversione della magnetizzazione stessa è avvenuta sotto i doppi poli medi con lo stesso nome, ma non immediatamente nel momento in cui il nastro è passato sotto di essi, ma in qualche modo ritardato (a causa della proprietà del ferro sopra menzionata). L'immagine delle linee magnetiche emanate dai poli e chiuse nel filo di ferro era distorta, e le linee magnetiche sembravano essere trascinate dal filo nella direzione del movimento. Il campo magnetico ad alta frequenza formatosi all'interno dell'avvolgimento primario durante il passaggio del segnale radio ricevuto ha istantaneamente indebolito il fenomeno dell'isteresi nel filo di ferro e prodotto una rimagnetizzazione d'urto in esso. La configurazione delle linee di forza è cambiata radicalmente e sono state installate nella posizione che è caratteristica di esse quando il filo è fermo. Questo improvviso spostamento delle linee di forza ha creato una corrente istantanea nell'avvolgimento secondario, che ha causato un suono nel telefono. Il dispositivo non necessitava di scuotimento ed era sempre pronto a ricevere il segnale successivo. Negli stessi anni, altri tipi di rivelatori furono proposti da altri ingegneri radiofonici. Da quel momento iniziò il rapido sviluppo dell'ingegneria radiofonica. Nel 1902, utilizzando il suo rivelatore magnetico, Marconi condusse una serie di notevoli esperimenti sull'incrociatore da guerra italiano Carlo Alberto. Durante il viaggio dall'Italia all'Inghilterra e alla Russia fu completamente libero di ricevere a una distanza di 2000 km da Poldu, dove si trovava la stazione trasmittente. Nel novembre dello stesso anno, 1902, furono stabilite le comunicazioni radio ufficiali tra gli Stati Uniti e l'Inghilterra. Il presidente Roosevelt e il re Edoardo VIII si scambiarono radiogrammi di saluto. E nell'ottobre del 1907 la ditta Marconi aprì al grande pubblico la prima stazione radiotelegrafica della storia, che trasmetteva messaggi dall'Europa all'America. L'interesse per questa novità si è rivelato enorme: il primo giorno sono state trasmesse 14 mila parole. Autore: Ryzhov KV
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