Генрих Герц (1857-1894).

Появлению устройств для передачи сообщений без проводов (с помощью электромагнитного излучения) предшествовали долгие годы научных поисков. В 1888 г. немецкий физик Генрих Рудольф Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве. В опытах он использовал источник электромагнитного излучения (вибратор) и удалённый от него приёмный элемент (резонатор), реагировавший на это излучение. Французский изобретатель Э. Бранли повторил в 1890 г. эксперименты Герца, применив более надёжный элемент для обнаружения электромагнитных волн — радиокондуктор. Английский учёный О. Лодж усовершенствовал этот приёмный элемент и назвал его когерером (от лат. cohaereo — «быть связанным»). Когерер представлял собой стеклянную трубку, наполненную железными опилками. В обычных условиях они плохо проводят электричество. Но электромагнитная волна, прошедшая сквозь опилки, намагничивает их. Крупинки железа сцепляются, приобретают хорошую проводимость — и когерер пропускает сигнал. Если трубку встряхнуть, опилки рассыпаются — сигнал пропадает.

   Генрих Герц родился в Гамбурге (Германия). Он получил инженерное образование, а затем увлекся изучением физики. Его опыты показали, что электрический разряд излучает электромагнитные волны и что их можно обнаружить на некотором расстоянии от источника. Это доказывало существование радиоволн — особого вида электромагнитного излучения. Позднее было доказано, что радиоволны, как и световые волны, могут фокусироваться и отражаться. Труды Герца подтверждают теорию Максвелла о том, что электромагнитные волны аналогичны световому излучению.

В 1886- 1889-х годах Генрих Герц построил искровой генератор электромагнитных волн и исследовал их свойства. Устройство ис­крового генератора заслуживает более подробного описания. Осно­ва- колебательный контур, известный нам из предыдущей главы. Но колебания в реальном контуре быстро затухают, и, чтобы поддерживать серию колебаний, надо снова и снова заряжать конденсатор и переключать его от источника напряжения к катушке. Этим быстродействующим коммутатором и служит искровой про­межуток между двумя металлическими шариками. Искру дает ин­дукционная катушка, или катушка Румкорфа. Сейчас мало кто знает, что это такое, и тем более плохо представляет себе устройство индукционной катушки. А ведь более полувека она была одним из наиболее распространенных устройств в электротехнике. (Разновид­ность индукционной катушки и до сих пор используется в системах зажигания автомобилей.) Ток батареи G, проходя через первичную обмотку индукционной катушки, намагничивает ее железный сердеч­ник, который притягивает подвижный контакт, и цепь разрывается. Магнитное поле исчезает, и контакт замыкается снова. Частота прерываний тока невелика и составляет 10²... 10³ раз в секунду. Но самое интересное происходит в момент размыкания цепи. В обмотках индукционной катушки возникает ЭДС самоиндукции, про­порциональная скорости изменения магнитного потока. Эта ско­рость очень велика, ведь контакты размыкаются практически мгно­венно. В результате в момент размыкания на выводах первичной обмотки возникает импульс напряжения, в несколько десятков раз превышающий напряжение батареи! Например, при напряжении батареи 12 В несложно получить импульс напряжения 300...400 В. Вторичная обмотка содержит гораздо больше витков, и импульс напряжения на ее выводах может достигать нескольких тысяч вольт или даже десятков киловольт. До такого же напряжения заряжается и конденсатор контура С. Искровой промежуток S регулируют так, чтобы он пробивался при напряжении, близком к максимальному, развиваемому индукционной катушкой. Проскочившая искра замы­кает цепь колебательного С-контура, и в нем возникает серия затухающих колебаний.

Итак, индукционная катушка позволила возбуждать серии за­тухающих колебаний высокой частоты. Но как же излучить их в пространство в виде волн? Генрих Герц полагал, как это и следует из уравнений Максвелла, что чем быстрее изменяются электрические и магнитные поля, тем эффективнее излучаются волны. Стремясь повысить частоту колебаний контура, Герц оставил в катушке контура всего один виток, а площадь пластин конденсатора умень­шил до предела. В результате получился вибратор, состоящий из двух стерженьков с искровым промежутком между ними. Оказалось, что вибратор Герца эффективно излучает волны с длиной, равной удвоенной длине вибратора. Теперь-то мы знаем, что вибратор Герца представляет собой обычный полуволновый диполь. Посмот­рите на любую крышу, и вы увидите телевизионные антенны, представляющие собой систему диполей.

Приемником колебаний служил другой диполь с очень близко расположенными шариками разрядника. Когда искра проскакивала в передающем диполе, крошечную искру можно было наблюдать и в приемном! Так экспериментально была осуществлена передача электромагнитных волн радиодиапазона на расстояние в несколько метров. Оказалось, что прием наиболее эффективен, когда приемный вибратор настроен в резонанс с передающим. Длины вибраторов при этом одинаковы.

Опыты Герца, выполненные в 1887 1888-х годах, вызвали ог­ромный интерес у физиков и инженеров. Многие стали их повторять, видоизменять и совершенствовать. П. Н. Лебедев, замечательный русский физик, открывший, в частности, давление света, сконструи­ровал вибратор на длины волн до трех сантиметров (в опытах Герца длина волны составляла около трех метров). Это были совсем  крошечные вибраторы! Были исследованы явления отражения и преломления электромагнитных волн на границе раздела различных сред. Наблюдали отражение волн от металлического листа, прелом­ление волн призмой, изготовленной из диэлектрика. Значительно более мощные электромагнитные колебания, но меньшей частоты позволили вплотную подошли в нашем рассказе к моменту изобретения радио. Разумеется, вы знаете, кто это сделал. Наш соотечественник, преподаватель физики минных офицерских классов в Кронштадте Александр Степанович Попов. Ему удалось сконструировать приемник электромагнитных волн, обладающий достаточной для практических целей чувствительностью. Вспомним приемный вибратор Герца. Для того чтобы в его разряднике проскочила искра, необходимо, чтобы электромагнитная волна развила в нем напряжение в несколько сотен вольт. А это значит, что напряженность поля электромагнитной волны должна быть также около сотен вольт на метр (ведь длина вибратора была близка к 1 м). Напряжение в вибраторе рассчитать очень просто: надо напряженность электрического поля волны помножить на эффективную (действующую) длину вибратора. Обычно она составляет приблизительно 0,7 геометрической длины вибратора.

Столь сильные поля создают лишь близкие разряды молний. Однажды я неторопливо отсоединял от своего любительского передатчика фидер антенны, любуясь в окно красивой грозовой тучей. В туче сверкнула молния, и в тот же миг между выводами антенны и заземления, находившимися у меня в руках, проскочила с сухим треском голубоватая искра длиной в несколько сантиметров! Хорошо, что выводы были с толстой изоляцией. Дрожащими руками я все-таки соединил эти выводы, заземлив антенну, и стал вспоминать Г. В. Рихмана, сподвижника М. В. Ломоносова, погибшего во время грозы при опытах с металлическим стержнем на крыше (впоследствии этот стержень, только заземленный, стали называть громоотводом). С тех пор я всегда отключаю антенну задолго до приближения грозы, хотя все конструкции моих антенн имеют надежную грозозащиту.