Вопрос 5. Явления взаимодействия электрического тока и вещества

Французские физики братья Пьер и Жак Кюри в 1880 г. открыли пьезоэффект — возникновение электричества при механическом воздействии на грани крошечных кристаллов кварца, турмалина, топаза и др. Это открытие вызвало настоящий фурор в научном мире. В 1881 г. на основе математических и физических расчетов Габриэль Липпман предсказал обратный эффект — механические изменения формы кристаллов при воздействии на него электрического напряжения. Первое практическое применение пьезоэффекта было осуществлено в 1917 г. французским ученым Полем Ланжевеном при создании датчика глубины для подводных лодок (гидролокатора). В настоящее время этот эффект широко используется во многих областях электроники, электротехники, метрологии и т.д. В частности, пьезоэффект широко применялся для создания стабильных по частоте генераторов электрических колебаний.

Важное открытие, связанное с процессом намагничивания металлов, нашедшее широкое применение в электросвязи только в XX столетии, было сделано немецким физиком Эмилем Варбургом. Было известно, что в железе, никеле, кобальте и некоторых сплавах при растущей силе магнитного поля намагничивание достигает насыщения. В 1880 г. Варбург обнаружил явление, которое назвал гистерезисом. Оно заключалась в том, что в том случае, когда магнитное поле возрастает от нуля, намагничи­вание происходит иначе, чем при его убывании до нуля. Такие свойства намагничивания металлических тел нашли применение в радиотехнике в XX веке при создании умножителей частоты, а также устройств магнит­ной памяти, у

Другое явление, сыгравшее ключевую роль в создании первых си­стем радиосвязи, обнаружил французский физик Эдуард Брэнли в 1890 г. Он установил, что электромагнитное возмущение может заметно пони­зить сопротивление прибора, представляющего собой стеклянную трубку, в которую засыпан тонкий слой медного порошка. Это наблюдение бы­ло сделано после экспериментов Герца, обнаружившего существование радиоволн, предсказанных Максвеллом. Вскоре оно легло в основу созда­ния первого чувствительного детектора электромагнитного поля, который широко применялся на первом этапе развития радиотехники. Трубка Бр­энли была усовершенствована в 1894 г. Оливером Лоджем, назвавшим ее «когерером».

В 1883 г. Эдисон обнаружил, что между горячей нитью лампы нака­зания и другим электродом, помещенным в эту же лампу, течет ток, что этот ток течет только в одном направлении.

Этот процесс получил название «эффекта Эдисона». Английский ученый Джон Фле­минг, продолжив с 1889 г. начатые Эдисоном исследования, создал в 1904 г. первую электрон­ную лампу — диод. Диод открыл в радиотехнике новую эру — эру электроники.

Вопрос 6. Оптика

Изучение оптических явлений началось в глубокой древности, и размах таких исследований постоянно возрастал. Поэтому накопленные в оптике знания, полученные задолго до того, как была изучена природа оптических явлений, оказались мощным инструментом решения многих задач радиотехники.

К таким законам относятся законы ослабления сигналов с увеличением расстояния между источником света и точкой наблюдения, законы отражения света от разных поверхностей, законы преломления света (его рефракции), а также законы изменения поляризации света при воздействии на него магнитных и элек­трических полей. К важным для электросвязи оптическим явлениям относятся также те, которые связаны с преобразованием света в электрический ток и обратным преобразованием электрического тока в свет.

Одно из важных оптических явлений — дифракция света, играющее значительную роль в распространении радиоволн путем огибания ими препятствий, было открыто итальянским ученым Франче­ско Мариа Гримальди в 1665 г. В пучке света, проходящем через небольшое отверстие, он помещал предмет и получал от него на экране тень, более широкую, чем сам предмет. Кроме того, по обе стороны от нее лежали три цветные полосы. Эти наблюдения показывали, что за отверстием свет отклоняется. Гримальди старался объяснить свое открытие волновым характером распространения света. Это явление было описано в его книге «Физико-математический трактат о свете, цветах и радуге», в которой был введен термин «дифракция», сохранившимся в науке и по сей день. Замечательные оптические опыты выполнил в периоде 1666 г. по 1704 гг. корифей классической физики Исаак Ньютон.

Одним из важных свойств света является возможность его двойного лучепреломления. Оно было обнаружено датским ученым Эразмом Бартолином. Это свойство электромагнитных волн играет значительную роль при их распространении в ионосфере, а также устройствах коммутации лучей в волоконно-оптических системах связи.

Одной из основных характеристик света является скорость его распространения. Сама постановка проблемы измерения скорости света была сформулирована Галилео Галилеем в его знаменитой книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух отраслей науки, относящихся к механике и местному движению», изданной в 1638 году. Однако первым, кому в ходе астрономических исследований удалось измерить с определенной точностью скорость света в 1676 г., стал датский ученый Олаф Ремер. Точность его измерений была невысока (измеренное значение скорости составило 200000 км/с). Только через 173 года (в 1849 г.) Арману Ипполиту Физо во Франции удалось поставить опыт, подобный намеченному Галилеем, и измерить скорость света с достаточно высокой точностью (его измерения дали следующее значение скорости света: 313 274,304 км/с).

В 1690 г. Христианом Гюйгенсом был опубликован написанный им двумя годами раньше теоретический трактат, в котором рассматривались явления прямолинейного распространения света, его отражения и преломления, рефракции света в атмосфере, двойного лучепреломления, а также преломления света в линзах разной формы.

Гюйгенс выдвинул свою волновую теорию. Он считал, что свет распространяется в виде волн в окружающем нас эфире. При этом им был выдвинут знаменитый принцип Гюйгенса, объясня­ющиймеханизм распространения этого волнового процесса. Согласно этому принципу волна света, дойдя до какой либо частицы эфира, возбуждает ееколебания и, в свою очередь, эта частица становится центром другой сферической волны. Все эти сферические волны распространяют­ся и, достигая других более далеких от источника света частиц эфира, вызываютих колебания. Эта теория позволяла дать объяснение многим оптическим явлениям. Принцип Гюйгенса сегодня входит во все курсы физики и радиотехники, в которых излагаются вопросы распространения волн самой разной природы, в том числе и радиоволн. Недостатком тео­рии Гюйгенса было то, что он полагал, что свет распространяется путем продольныхколебаний частиц эфира, хотя в те годы Гримальди и Гук вы­двигали верное предположение, что свет распространяется как волновой процесс споперечными колебаниями.

Еще одно важное оптическое явление — поляризации света при отражении от поверхности, обнаружил в 1808 г. французский военный инженер Этьен Малюс. В его опытах свет становился поляризованным при отражении от поверхности воды под углом 52°.

Волновая теория света прочно утвердилась в науке благодаря исследованиям молодого французского инженера Огюстена Френеля, который до 1815 г. физическими исследованиями никогда не занимался. В 1815 Френель начал свои опыты с наблюдения тени тонкой проволоки и обнаружил поразившее его явление образования полос не только вне, но и внутри тени. Это привело его к открытию (независимо от Юнга) принципа интерференции.

Весьма важное для развития техники электросвязи оптическое явле­ние было открыто Фарадеем. Фарадей придерживался воззрений, что свет представляет собой элек­тромагнитные колебания, и эти взгляды подтвердились теорией, создан­ной Максвеллом.

Джеймс Клерк Максвелл Генрих Герц Лебедев Петр Николаевич

Тема №3. Системы передачи сигналов телеграфии