История создания радио на уроках физики.

 

История создания радио, его первого десятилетия развития, изложенная выше носит фрагментарный характер, но даже в таком объеме, она не может быть представлена на уроках физики в 11 классе, для этого нет времени. (Собранный здесь материал – это лишь отправная точкой для отбора информации самим учителем.) Тезисно изложение материала в рамка уроков можно представить следующим образом.

· Вывесить на стенде в классе составленные схемы по истории создания радио.

Увеличенные до размера А3, они вполне читаемы; таким образом экономится время на уроке. Если обратить на них внимание при объяснении, то часть ребят определенно заинтересуется историей создания радио; некоторые мои коллеги воспользовались этими схемами.

· При изложении опытов Герца указать на два существенных недостатка его приема-передачи э/м волн: колебания являются затухающими; диполь Герца обладает, а значит и способен излучить, небольшой энергией.

В классах с углубленным изучением физики я подробно останавливаюсь на опытах Герца, его предшественников и коллег, в том числе рисую резонансную кривую полученную с помощью искрового вибратора, поскольку это важно для изложения вопроса радиосвязи.

Одна из проблем преподавания заключается в том, что при излишней компьютеризации происходит «отстранение» учеников от реального эксперимента. Радиоприемник, компьютер, проектор не являются для современного учащегося «чудом», скорее наблюдается обратная тенденция – чудом становится «простой» эксперимент сделанный руками. Поэтому ценным оказывается использовать демонстрацию при изложении вопросов об опытах Герца и создании радио. Выход был найден в воспроизведении самодельного вибратора О. Лоджа см. Схему 2 (подробнее об его устройстве в [30])

· Демонстрация приема-передачи э/м с помощью вибратора Лоджа [20]

Самодельный прибор позволяет показать явление резонанса при приеме сигнала, а также возможность передачи сигналов азбукой Морзе.

· Самостоятельное изучение работы приемника Попова по учебнику.

Урок по изложению опытов Герца заканчивается демонстрацией вибратора О. Лоджа. На дом ребята получают задание ознакомиться с работой приемника Попова по учебнику и перечертить схему.

· Изложение принципов работы приемника Попова-Маркони на уроке (20-25 мин)

С анализа схемы приемника Попова, вычерченной дома, начинается урок. При этом формулируется тезис, который следует отразить в тетради (далее формулировки для записи выделены жирным курсивом):

· К середине 90-х годов XIX века весь ход развития физики, как в области самой идеи беспроволочной телеграфии, так и в области ее практической реализации подошел к определенному рубежу, причем в нескольких странах одновременно. В 1895-1896 гг. А.С. Поповым в России, Г. Маркони – в Италии (в 1896 г. он работает в Англии) и новозеландцем Э. Резерфордом в Англии были сконструированы приемники э/м волн, пригодные к практическому применению и способные принимать радиосигналы на расстоянии в несколько км.

 

На рисунке в тетради можно выделить принимающий контур и цепь реле, при этом еще раз нужно обсудить работу грозоотметчика, следует указать значение первых опытов Попова для развития «беспроволочной» телеграфии.

· Показал принципиальную возможность приема э/м сигналов на значительном расстоянии;

· Создал приборы практического действия в работы, которых использовались: заземленная антенны (открытый колебательного контура) для приема сигналов; энергия приходящей волны для управлением энергией местного источника для регистрации сигнала.

Разбирать схему первого приемника Маркони нецелесообразно, следует лишь оговорить отличие в постановке опытов

· Главное отличие приемника Маркони от приемника Попова в использовании явления резонанса при приеме и передаче радиосигналов.

Конечно, если позволяет время, нужно два слова сказать и о спасении рыбаков вблизи о-ва Гогланд, и о беспроволочном телеграфировании через Атлантический океан. Следует отметить независимость изобретения Маркони, а также значение для дальнейшего развития радиосвязи его работ в области приема-передачи на большие расстояния.

· Заслугой Маркони является исследование распространения э/м волн радиодиапазона вокруг земного шара.

Можно сказать, что особенности распространения волн разной длины около Земли станут темой специального урока. Другая мысль, которую необходимо донести до учеников заключается в том, что совершенствование радио шло по нескольким направлениям, среди которых можно указать главные

· Создание генератора незатухающих колебаний;

· Совершенствование передающей и принимающей антенн;

· Увеличение дальности приема-передачи.

Приходится признать, (и нужно сказать об этом честно), что

· к концу первого десятилетия развития радио приборы Маркони были совершеннее: по исполнению, по надежности и дальности действия.

И здесь следует указать на причины: мощную государственную поддержку, оказанную Маркони в Англии, его организаторские способности в деле создания компании, незаурядный талант физика-инженера. При этом нужно помнить, что работы Попова инициировали развитие радиодела в России, А.С. Попов много работал в Нижнем Новгороде, руководя работой Нижегородской электростанции, и именно в Нижнем была создана крупнейшая до войны радиолаборатория.

Большая дальность приема в устройствах Маркони была в частности достигнута использованием:

· передающего и принимающего закрытых колебательных контуров индуктивно связанных с антеннами настроенными в резонанс.

Рассмотрев приемник-передатчик Маркони 1900-1903 гг., (схему, упростив можно начертить на доске заранее) видно, что

· Открытый приемный контур (антенна) способен изменять свою индуктивность, а значит настраиваться на прием волн разной длины;

· Закрытый приемный (излучающий) контур настроен в резонанс с антенной. Связь между контурами осуществляется посредством явления электромагнитной индукции.

Применение закрытого контура, настраиваемого в резонанс позволяет усиливать приходящие колебания. Излучаемый цуг волн также обладает большей энергией за счет энергии, запасаемой в конденсаторе и катушке закрытого контура.

Таким образом, можно подвести учеников к следующим выводам, что в «беспроволочном» телеграфе Попова-Маркони были реализованы принципы радиосвязи и элементы радиосхем, используемые и в настоящее время.

• Передача сигнала высокочастотными электромагнитными колебаниями;

· Прием-передача с использованием открытого колебательного контура с заземленной антенной;

• Использование явления резонанса при приеме-передаче сигналов;
• Использование индуктивной связи.

· Усиление принимаемого сигнала за счет энергии местного источника.

Однако одна из важнейших проблем радиосвязи – создание источника незатухающих колебаний по сути не была решена в первое десятилетие развития радио,

· приемник Попова-Маркони не мог предавать музыку и речь.

Это стало возможным с созданием генератора незатухающих колебаний. Такой переход можно сделать к следующей теме.

Какие задачи решаются при таком подходе к изложению материала. Во-первых, приемник Попова-Маркони не выглядит более «тупиковой» ветвью развития радио. Во-вторых, ребята видят, что открытия в области физики, изобретения в области техники, хотя и делаются конкретными людьми, но в целом носят интернациональный характер; наука интернациональна! И, в-третьих, широкое внедрение и усовершенствование изобретения не может быть сделано без соответствующей организации, финансовой поддержки, соответствующего уровня развития страны, чтобы изобретения были востребованы (а люди работающие в России в науке сегодня, ощущают это не менее остро, чем во времена А.С. Попова). Есть еще один аспект, скорее близкий сильным ребятам гуманитарного класса: история России – это не только история дворцовых переворотов, но и история техники, науки и людей, которые, не будучи облеченными «сиятельными» титулами, делали эту историю.

Литература.

1. А.Пуанкаре, Логика и интуиция в математической науке преподавания, в сб. Последние работы А. Пуанкаре, R&C Dynamics, Москва-Ижевск, 2001 г.

2. Л.О Утесов, Вкус энтузиазма, в сб. Наш друг телевидение. Вып. 3 «Мастера советской культуры о ТВ», М. «Искусство», 1983 г.

3. Н.В. Кашин, Лекции по физике, курс III семестра, изд. Московского Горного института им. И.В. Сталина, М. 1940 г.

4. Jan Noordegraaf, "In het kielzog van Marconi /De ontwikkeling van de marietieme communicatie en navigatie/", DE BOER MARITIEM, 1979.

5. Хрестоматия по физике, ред. Б.И. Спасский, М., " Просвещение", 1982 г.

6. О.Д. Хвольсон, Курс физики, Т. 5, Госиздат, Москва-Берлин, 1923 г.

7. Е.И. Игнатьев, "Основные законы природы" Ж. Знание для всех, 1916 г. изд. П.П. Сойкина, Петроград.

8. А.С. Попов, «Телеграфирование без проводов», доклад на I Всероссийском электротехническом съезде январь 1900, в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г.

9. Ж.Дари, ЭЛЕКТРИЧЕСТВО во всех его применениях, С.-Петербург, тип. А.С. Суворина, 1903 г.

10. О.Д. Хвольсон, Н.Е Егоров, «Доклад Комиссии, избранной Физическим отделом Русского физико-химического общества по вопросу о научном значении работ А.С. Попова с приложением писем Э. Бранли и О. Лоджа.», в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г (Письмо О. Лоджа опубликовано на английском языке в качестве приложения)

11. А.С. Попов, «О телеграфировании без проводов», доклад в Электротехническом институте 19 октября 1897 г., в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г.

12. А.И. Берг, «Попов – изобретатель радио», в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г.

13. Александр Степанович Попов, в сб. «Самые знаменитые изобретатели России», сост. С. Истомин, М. «Вече», 2002 г.

14. Д. Данин, «Резерфорд», серия ЖЗЛ, М. «Молодая гвардия» 1967 г.

15. В.В. Рюмин, "Беспроволочный телеграф", Ж. Знание для всех, №3, 1915 г. изд. П.П. Сойкина, Петроград.

16. Л. Гумилевский, Русские инженеры, "Молодая гвардия", М. 1947 г.

17. Журнал телеграфирования по беспроводному телеграфу изобретателя А.С. Попова между станциями Котка – Гогланд, январь 1900 г. в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г. / Полностью совпадает запись от 24/ I с факсимиле [16], остальные записи в приведенном документе отсутствуют /

18. В.В. Данилевский, «Русская техника», 2 изд., Лениздат, 1949 г.

19. Памятники науки и техники в музеях России, М. Государственный Политехнический музей, "Знание", 1992 г.

20. А.В. Перышкин, Курс физики, Т. 3, М. Просвещение, 1970 г.

21. Г. Маркони, «Беспроволочная телеграфная связь», Нобелевская лекция 11 декабря 1909 г., в сб. Нобелевские лекции по физике 1901 – 1921, М. ред. УФН, 2002 г.

22. Протокол 151(201) заседания Физического отделения Русского физико-химического общества 25 апреля 1895 г., опубликован в ЖРФХО 1895 г. т. XXVII, вып. 8 Ч. физическая стр. 259// в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г.

23. Г.И Головин, «Изобретатель радио – А.С. Попов», Молотовгиз, г. Молотов, 1948 г.

24. С. Кудрявцев-Скайер, «А.С. Попов – изобретатель радио», Военмориздат, М-Л, 1945 г.

25. А.А. Эйхенвальд, Электричество, Госиздат, М-Л., 1927 г.

26. В.К. Лебединский, «Еще об изобретателе Тбп», // в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г.

27. А.С. Попов, опубликован в ЖРФХО 1896 г. т. XXVIII, отд. 1 вып. 8 1. физическая стр. 1-14 // в сб. "Изобретение радио А.С. Поповым, ред. А.И. Берг, АН СССР, М-Л., 1945 г.

28. В Баженов, «Радиотехника», Энциклопедический словарь Русского библиографического института Гранат, ж7-ое издание, т. 35.

29 П.Я. Чадааев, Отрывки и афоризмы, Сочинения, «Правда», М. 1989 г.

30. М.А. Бражников, Осциллятор О. Лоджа, ж. Естествознание в школе, № 5 2005 г.

[1] Не случайно, что Л.О. Утесов, работавший в Петрограде, познакомился с радио на корабле, флот – первая сфера использования «беспроволочного» телеграфа.

[2] Я преднамеренном указываю национальность ученого, хотя, возможно, это не единственно верный способ демонстрирования той простой истины, что все народы Европы и Америки на рубеже XIX и XX веков вносили свой вклад в развитие культуры, и не существует богом избранной страны, или народа. Хотя национальность или место проживания не являются определяющими в работе ученого, вряд ли Л. Эйлера и Д. Бернулли, работавших в течение ряда лет в России, стоит считать русскими учеными, русский по происхождению И. Р. Пригожин, безусловно, бельгийский ученый, а А. Эйнштейн, работавший в Швейцарии, Германии, Америке – принадлежит всему миру.

[3] Так лучи называл сам Герц [3]

[4] Это простейший, но единственный тип вибратора, разработанный Герцем.

[5] Сэр Вильям Прис (1835 – 1914) в 90-ые г. XIX в главный инженер правительственных телеграфов в Великобритании [23].

[6] В отличие от других документов письмо Лоджа не переведено на русский язык, в тексте приведен примерный перевод цитируемого отрывка: “…I have always thought highly of Professor Popoffs work in the connection with wireless telegraphy. It is true that I used automatic hammer, or other vibrator driven by clockwork or other mechanism to restore the coherer to sensitiveness; but Popoff was the first to make the signal itself actuate the tapper-back; and I think is the novelty we owe to Popoff. It was speedy adopted by Marconi and others…

How far Popoff applied his device to actual telegraphic signaling of intelligible message You will know better than I do. In the early days I contend myself with long and short signals, knowing that they could be developed and interpreted by telegraphists whenever they wished to do.

I conjecture that Popoff may have been one of the pioneers who applied the method to ship signaling of some rough kind at an early date. I believe also that I am right thinking that he had read my little book on the subject which appeared in 1894 under the title “The work of Hertz and his successors”, wherein my early method of transmitting signals is sufficiently described/. I used a mirror galvanometer as the receiver, not ordinary telegraphic relay; but, as You know, a mirror galvanometer can be employed and was employed I the first cables as telegraphic receiving instrument, though there it was with right and left

deflections, whereas I used it with ling and short deflections, – there being no reversal in the wireless signals, but only differences in duration.”

[7] В вибраторах Риги и Лоджа была предпринята попытка сделать процесс излучение более «устойчивым», поскольку искрение в воздухе было очень «капризным» - отягощено случайными эффектами.

[8] Хотя в [6] вибратор назван по типу Герца, очевидно и влияние идей Риги.

[9] Согласно материалам, собранным Д. Даниным в его книге [14] Резерфорд уже в декабре 1895 г. работал над своим детектором э/м волн, в январе 1896 г, дальность приема была около 90 м. 11 июня 1896 г. результаты опытов Резерфорда были представлены Дж Дж. Томсоном Королевскому обществу. Резерфорд доложил сам свои результаты на конгрессе Британской ассоциации 6 сентября 1896 г., при этом дальность приема была около мили. В. Прис на этом же заседании представил Г. Маркони, дальность приема составила 1¾ мили. Согласно [15] дальность приема э/м волн детектором Резерфорда составляла около 2 км.

[10] Ф.Я. Капустин был женат на сестре А.С. Попова – Августе.

[11] «Опытная механическая и водолазная мастерская» Колбасьева

[12] Во многих своих опытах Маркони также употребляет простую катушку Румкорфа [21], так телеграфировании через из Дувра в Кале длина искры в 1899 г составляла 15 см, однако идея резонанса, взятая на вооружение в самом начале, присутствует во всех его радиотехнических решениях.

[13] мыс п-ова Ютландия

[14] мыс о-ва Великобритания

[15] В своей нобелевской лекции Маркони приводит слова Рэлея: «Замечательный успех Маркони при передаче сигнала через Атлантический океан говорит о более явном изгибании или дифракции вокруг Земли, нежели можно было ожидать, что придает огромный интерес теоретической проблеме».[21]

[16] You have perhaps seen my book on the subject, but in the case You have not, it would be easy to obtain a copy of the latest edition from the Electrician Co… You will find a statement of Popoff’s work on or near page 62; but the first edition of my book appeared in 1894, naturally without any account of the works of others, such could be added in later editions

[17] так в конце XIX в назвали патент.

[18] выделено Поповым

[19] Перевел и дополнил с французского К.И. Дебу.

[20] В качестве индукционной катушки может быть использована катушка зажигания; столь маломощный излучатель не создает реальных радиопомех, но позволяет на расстоянии до1 м принимать сигнал,