История радио. Уравнение Максвелла, опыты Герца, Бранли и Лоджа

 

Московский Технический  Университет Радиотехники, Электроники  и Автоматики

 

 

ФАКУЛЬТЕТ РТС

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по курсу: История радиотехники

тема: История радио. Уравнение  Максвелла, опыты Герца, Бранли и  Лоджа.

 

 

 

Выполнил студент  1 курса группы РРБ-1-12

дневного отделения

Гаврилов Данила Сергеевич

 

Проверяющий:

Бартенев Владимир Григорьевич

 

Город Москва

2012 г

 

 

Содержание:

1. Введение.

2. Джеймс-Клерк Максвелл - английский физик, создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики.

3. Генрих Герц - немецкий физик, один из основателей электродинамики.

4. Эдуард Бранли - Французский  физик и изобретатель;

     Оливер  Лодж – английский изобретатель.

5. Вывод.

6. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

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, Н. Теслы, 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.  
 
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.

 

2. Джеймс-Клерк Максвелл - английский физик, создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики.

 

     Научная деятельность Максвелла охватывает проблемы электромагнетизма, кинетической теории газов, оптики, теории упругости и многое другое.  В исследованиях по электричеству и магнетизму (статьи "О фарадеевых силовых линиях", 1855-56 гг.; "О физических силовых линиях", 1861-62 гг.; "Динамическая теория электромагнитного поля", 1864 г.; двухтомный фундаментальный "Трактат об электричестве и магнетизме", 1873 г.) Максвелл математически развил воззрения Майкла Фарадея на роль промежуточной среды в электрических и магнитных взаимодействиях. Он попытался (вслед за Фарадеем) истолковать эту среду как всепроникающий мировой эфир, однако эти попытки не были успешны.  
Развитие физики показало, что носителем электромагнитных взаимодействий является электромагнитное поле, теорию которого (в классической физике) Максвелл и создал. В этой теории Максвелл обобщил все известные к тому времени факты макроскопической электродинамики и впервые ввёл представление о токе смещения, порождающем магнитное поле подобно обычному току (току проводимости, перемещающимся электрическим зарядам). Максвелл выразил законы электромагнитного поля в виде системы 4 дифференциальных уравнений в частных производных (уравнения Максвелла). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полная система уравнений  Максвелла имеет вид, представленный в таблице:

Номер уравнения	Закон	Уравнение Максвелла в дифференциальной форме	Уравнение Максвелла в интегральной форме
1	Закон Био – Савара - Лапласа
2	Закон Фарадея для электромагнитной индукции
3	Вихревой характер магнитного поля
4	Теорема Остроградского - Гаусса
5	Определение вектора электрической  индукции		-
6	Определение вектора индукции магнитного поля		-
7	Закон сохранения электрического заряда
8	Закон Ома для полной цепи

 

 

 

     Общий и исчерпывающий характер этих уравнений проявился в том, что их анализ позволил предсказать многие неизвестные до того явления и закономерности. Так, из них следовало существование электромагнитных волн, впоследствии экспериментально открытых Г. Герцем. Исследуя эти уравнения, Максвелл пришёл к выводу об электромагнитной природе света (1865 г.) и показал, что скорость любых других электромагнитных волн в вакууме равна скорости света. Он измерил (с большей точностью, чем В. Вебер и Ф. Кольрауш в 1856 году) отношение электростатической единицы заряда к электромагнитной и подтвердил его равенство скорости света. Из теории Максвелла вытекало, что электромагнитные волны производят давление. Давление света было экспериментально установлено в 1899 П. Н. Лебедевым. 
Теория электромагнетизма Максвелл получила полное опытное подтверждение и стала общепризнанной классической основой современной физики. Роль этой теории ярко охарактеризовал А. Эйнштейн: "... тут произошел великий перелом, который навсегда связан с именами Фарадея, Максвелла, Герца. Львиная доля в этой революции принадлежит Максвеллу… После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей... Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона". 

 

3. Генрих Герц - немецкий физик, один из основателей электродинамики.

     Теория Максвелла не только предсказала существование электромагнитных волн, но и указала условия, необходимые для успеха опытов: достаточно высокая частота электрических колебаний и открытая форма цепи. Генрих Герц, проводя в 1888 г свои опыты, учёл эти условия: он заменил колебательный контур прямолинейным вибратором.

    Для возбуждения электрических  колебаний в то время был  известен только один способ – искровой разряд. В вибраторе возникают регулярно повторяющиеся вспышки высокочастотных затухающих колебаний. Период колебаний и длина излучаемых электромагнитных волн задаются размерами вибратора.

     Для обнаружения волн  Герц использовал второй вибратор с гораздо меньшей длиной искрового промежутка. Кроме такого приемного вибратора применялся и приемный виток, согнутый из проволоки в виде прямоугольника и тоже прерванный очень малым искровым промежутком. Под действием электромагнитной волны в этих приемниках возникают вынужденные колебания. Если приемники (вибратор или виток) настроены в резонанс на частоту излучателя, то при определённых условиях в их искровых промежутках проскакивают очень маленькие и слабые искорки.

     В своих опытах Герц осуществил получение электромагнитных волн и сумел воспроизвести с этими волнами все явления, типичные для любых волн: образование «тени» позади хорошо отражающих (металлических) предметов, отражение от металлических листов, преломление в большой призме, сделанной из асфальта, образование стоячей волны в результате интерференции волны, падающей отвесно на металлический лист, со встречной волной, отраженной этим листом. Было исследовано также, как расположены в электромагнитных волнах напряженности электрического и магнитного полей.

     Таким образом, опыты  Герца подвели прочную основу  под теорию Максвелла: электромагнитные опыты, предсказанные максвелловской теорией, оказались реализованными на опыте.

 

 

4. Эдуард Бранли - Французский физик и изобретатель;

Оливер Лодж – английский изобретатель.

В 1890 году профессор физики парижского Католического университета Эдуард Бранли стал серьезно интересоваться возможностью применения электричества в терапии.

Устройство, которое принесло Бранли известность, была «стеклянная трубка, свободно заполненная металлическими опилками» или «датчик Бранли». При включении датчика в электрическую схему, содержащую батарею и гальванометр он работал как изолятор. Однако если на некотором расстоянии от схемы возникала электрическая искра, то датчик начинал проводить ток. Когда же трубку слегка встряхивали, то датчик вновь становился изолятором. Реакция датчика Бранли на искру наблюдалась в пределах помещения лаборатории (до 20 м). Явление было описано Бранли в 1890 году.

Кстати, подобный метод изменения  сопротивления опилок, только угольных, при прохождении электрического тока, еще до недавнего времени  повсеместно использовался (а в  некоторых домах используется и  поныне) в микрофонах телефонных аппаратов (так называемые «угольные» микрофоны).

По мнению историков Бранли никогда не задумывался о возможности передачи сигналов. Он интересовался главным образом параллелями между медициной и физикой и стремился предложить медицинскому миру интерпретацию проводимости нерва, смоделированную с помощью заполненных металлическими опилками трубок.

 

 

     В 1894 году английский изобретатель Оливер Лодж усовершенствовал когерер. Он приставил к устройству Бранли «прерыватель» (тремблер) в виде ударника с часовым механизмом, который через равные промежутки времени ударял по когереру, восстанавливая его проводимость. Александр Степанович Попов использовал когерер в своём первом радиоприёмнике («грозоотметчике»), в котором улучшил его конструкцию, введя в схему автоматическую обратную связь: от радиосигнала срабатывало реле, которое включало звонок, и одновременно срабатывал ударник, ударявший по стеклянной трубке с опилками.

 

 

 

5. Вывод

 

В наши дни возможность обмена информацией с любой точкой нашей планеты посредством радиоволн никого не может удивить, а телевизоры и радиоприёмники стали неотъемлемой частью нашей жизни. Развитие радио обеспечило новые пути развития науки и техники, став основой электроники. Всё это стало возможным благодаря трудам умнейших людей 19 и 20 столетий.

 

 

 

 

 

 

6. Список литературы:

 

        1) Статья «Творец радиотелеграфа» в газете «Новости радио».№ 33 за 1925 г.

 

        2) Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Ландсберга, том 3, 1971 г.

 

3) Матвеев А.Н. Электродинамика. М.: Высшая школа, 1980.

4)  Антонов Л.И., Миронова Г.А., Лукашёва Е.В., Чистякова Н.И. Векторный магнитный потенциал в курсе общей физики / Препринт № 11. М.: Изд-во Физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 1998.

5)  Физический энциклопедический словарь. М.: СЭ, 1983.

6) Статья «Становление радиотехнической теории: от теории к практике. На примере технических следствий из открытия Г. Герца» - Горохов Виталий Георгиевич - доктор философских наук, Институт философии РАН