История изобретения радио - основные принципы работы, виды и значение открытия

Сигнальные огни

Еще на заре первобытной цивилизации человек думал о том, как отправлять информацию на значительные расстояния. Об этом стоит рассказать в сочинении или докладе на тему радио. Сначала первобытные племена использовали дым от костра, затем научились отражать солнечный свет, давали сигнальные огни или передавали послания голубиной почтой. Такими методами они обходились в течение тысячелетий, пока в 1832 году не появился телеграф. Но постепенно информация усложнялась, что стало основанием для открытия новых систем связи.

Само слово «радио» в переводе с латинского языка значит «испускать лучи». И ведь на самом деле в его основе лежат электрические или электромагнитные волны, об этом сегодня известно даже школьникам младших классов. Но в конце XVII века человек мало задумывался об устройстве, которое могло бы передавать не просто несколько наборов букв, а целые тексты, шифры и даже музыку.

И лишь в 1830-х физик из Англии Майкл Фарадей заявил о том, что он открыл электромагнитные волны.

А спустя 30 лет британский изобретатель Джеймс Максвелл поведал миру о теории электромагнитного поля. Её и сегодня продолжают изучать физики. Об этом также стоят рассказать в сообщении про радио.

Беспроволочная связь

Примерно в те же годы американский стоматолог Малон Лумис сообщил о появлении беспроволочной связи, над которой он долго работал. Стоматолог заявил, что смог изобрести новый способ передачи информации, в какой нуждались люди в других городах, странах или даже континентах. Для этого использовались два воздушных змея с прикрепленными к ним электрическими проводами. Первый исполнял роль передатчика, а второй — антенны радиоприемника. Когда цепь одного размыкалась от земли, стрелка гальванометра начинала двигаться в другом проводе.

Изобретатель утверждал, что подобное устройство может передавать сигналы на 22 и более километра.

Следующие этапы развития радиосвязи:

• 1872 год — Лумис получил свой патент;
• 1880−1890 — прошли успешные опыты над электромагнитными волнами;
• 1888 — были придуманы волны Герца.

Лумис получил первый патент в мире на беспроволочную связь. Но в этом документе нет подробного описания аппарата, который создал изобретатель. Он не сохранил даже чертежей своих аппаратов. Из-за этого его проект далеко не все считают основой современного радио. С 1880 по 1890 несколько разных ученых провели ряд успешных экспериментов. Они работали с электромагнитными волнами, используя лишь усовершенствованные элементы. Именно из-за этого до сих пор сразу несколько государств требуют для себя на звание изобретателей радио.

К примеру, в Германии первым ученым все считают физика Генриха Герца. В 1888 году он начал работать с электромагнитными волнами. И до сих пор они носят название в честь него — волны Герца.

Опыты и наблюдения

Информация об опытах Герца попала и в другие страны. В 1894 году Оливер Лодж в Британии прочитал лекцию о радиоволнах. Тогда он продемонстрировал, как они передаются на расстояние до 50 м. Но его эксперименты были связаны скорее с обнаружением, чем с разработкой средства связи. Хотя физики повторяли его опыты. Но их дальность была не больше 150−200 м, а для практического использования этого было недостаточно.

В 1895 Александр Попов придумал устройство для записи электромагнитных всплесков, которые появляются во время грозы. А еще через год он показал, как передавать аудиосообщения сквозь здания.

Но параллельно с ним работал и итальянец Гульельмо Маркони. Он также сначала сконструировал аппарат для отметки разрядов, а затем радиотелеграф. Но этот учёный продемонстрировал свои изобретения на год позже Попова. Проблема заключалась в том, что его родина, Италия, не было заинтересована в опытах, который поставил 20-летний изобретатель. И ему пришлось обратиться за помощью в Великобританию.

А если говорить кратко об истории создания радио, то и Попов, и Маркони на расстоянии независимо друг от друга создали одно и то же устройство. Но оба они за основу взяли эксперименты Герца. Немецкий ученый использовал теорию Максвелла.

Тогда ещё не умели посылать в эфир голоса или музыкальные сообщения. Аппараты могли только зафиксировать радиоволны, которые излучались недалеко от их местонахождения. Сигналы передавали азбукой Морзе, по очереди подключая машины. Но подобные разрядники оказались непригодными для дальнейшего использования. Большие устройства требовали слишком много энергии для своей работы, а также они издавали сигналы по всей возможной траектории, создавая помехи друг для друга.

Можно сказать, что первое радио имело больше сходств с беспроводным телеграфом.

Звук из лампы

Сама электромагнитная волна необходима, чтобы модулировать сигнал, изменять его во времени. Устройство Маркони и Попова не могли этого делать. Чтобы изменить амплитуду или частоту волны, должны быть особые элементы, которые меняют протекающий через них ток. Такими деталями стали радиолампы. Это баллончики из стекла с откачанным воздухом и впаянными металлическими частями. Они напоминали обыкновенные лампы, которые использовались для освещения.

Хотя эти элементы были ненадежными и хрупкими, они позволили изобрести радио и другие виды техники:

• радары;
• телевизоры;
• беспилотные самолеты.

Подобным образом построены также современные микроволновые печи. Опыты Герца и теория Максвелла позволили связистам передавать сигналы без использования проводов. Они проходили через различные препятствия и простирались на сотни километров.

Развитие электроники и создание радиоламп сделало возможным передачу и звука, и изображения. Впоследствии радио появилось практически в каждом доме.

Компьютеры и числа

Третий этап научно-технической революции начался со скучных математических расчетов. В период между двумя мировыми войнами техника эволюционировала настолько, что и специалистам с большим опытом приходилось слишком часто подсчитывать что-либо:

• бухгалтеры подбивали баланс;
• чиновники вели разные учеты;
• инженеры вычисляли прочность новых конструкций;
• ученые обрабатывали полученные результаты.

Во время Второй мировой войны квалифицированные кадры занялись взламыванием шифров своих врагов. А также они пытались создать ядерное оружие. Для этого понадобилась быстра, универсальная техника для вычислений.

Первые подобные устройства выглядели довольно громоздким. Но инженеры сумели их изменить. Тогда морзянка кодировала буквы, но подобные сигналы научились применять и для шифрования цифр. Благодаря тому, что электрические импульсы двигаются со световой скоростью, операции с ними длились не более нескольких секунд. Специалисты начали создавать электронные схемы, которые обрабатывали и хранили эти сигналы. На их основе они создали универсальную машину для вычислений — компьютер.

Позже стало известно, что импульсы электричества могут шифровать и числа, и буквы. То есть появилась возможность любую картинку или звук представить в виде последовательности сигналов. Сегодня каждый ребёнок умеет пользоваться компьютером, но даже кратко об изобретении радио и связи ЭВМ с ним рассказать вряд ли сможет.

Современная универсальная техника позволяет проводить сложные бухгалтерские расчеты, делать любые операции с информацией, даже решать сканворды. Но времена Второй мировой на компьютерах ещё продолжали нагреваться и перегорать лампы.

Работа с полупроводниками

Проблемы перегорания лампочек привели к созданию полупроводниковых транзисторов. Они также могли изменять проходящий ток под воздействием слабых сигналов, но требовали меньше энергии и были гораздо компактнее. Современные имеют размер не больше ногтя, но у них может содержаться около миллиарда транзисторов, которые продолжают работать без перебоев в течение десятков лет.

Ученые мечтали массово распространить компьютеры по миру, постепенно это стало реальностью. Подобные устройства могут прослушать радиоэфир и выловить из него за секунду сотни миллионов волн. При этом они превращают их в поток чисел, а также работают со сложными программами. Современная электроника позволяет хранить десятки тысяч книг, обрабатывает сигналы стандартных радиостанций, ещё и проводить сложнейшие расчёты. И для всего этого достаточно энергии от обычной карманной батарейки.

Любой смартфон принимает серию импульсов от вышки мобильной связи и превращает её в изображение или видео на экране. Дисплей состоит из нескольких миллионов точек, у каждой есть три элемента для разных цветов. По этому же принципу работает навигация, беспилотники, спутниковый интернет и цифровое телевидение. Передача сигналов осуществляется и при использовании бесконтактных банковских карт, электронных пропусков и проездных билетов. Даже современное медицинское оборудование работает по подобным схемам.

В любой рассказ о радио можно включить информацию о его важности. Изобретения Александра Попова, Герца, Максвелла и Маркони породили современные технологии.

Первые громоздкие аппараты, которые вбивали морзянку в воздух, стали основой для создания компьютеров и смартфонов.