Nim wynaleziono internet - Początki radia

in #pl-nauka10 months ago

Cztery równania Maxwella są swoistym ukoronowaniem nauki XIX wieku. Zebrał on dostępną wiedzę z zakresu elektryczności i magnetyzmu i udowodnił, że są to zjawiska zależne od siebie. Dało to początek elektromagnetyzmowi. Na podstawie równań obliczył, że fala elektromagnetyczna ma prędkość światła w próżni. To z kolei pozwoliło na stwierdzenie, że fala elektromagnetyczna i światło, to to samo. I tak wyglądał w 1865 roku wyglądał początek komunikacji bezprzewodowej.

image.png
Heinrich Hertz

Rozpoczął się wyścig o to kto pierwszy zgarnie chwałę za wykorzystanie równań w praktyce. Laur pierwszeństwa przypadł Niemcowi - Heinrichowi Hertzowi. Wykorzystał on podstawy teoretyczne Maxwella i w 1886 roku udało mu się potwierdzić w praktyce istnienie fal elektromagnetycznych.

Samo odkrycie fal wiąże się z przypadkiem. Hertz był zatrudniony jako profesor fizyki na uniwersytecie w Karlshure, podczas jednego z wykładów pokazał studentom iskry elektryczne. Doprowadziło to do przemyśleń na temat prądu. Odkrył, że iskry mogą powodować drgania drutów wokół nich. Kilka miesięcy później, w 1886 roku Hertz zbudował prototyp oscylatora - nazwanego ocylatorem Hertza

image.png

Składał się on z dwóch części. Pierwsza część (widoczna na obrazku powyżej) składa się z układu cewki generującej wysokie napięcie i podłączona jest do układu dwóch leżących naprzeciwko siebie miedzianych drutów zakończonych cynkowymi sferami. Ta dziwna konstrukcja to prototypem anteny nadawczej. Pomiędzy końcami drutu znajdowała się 7,5 milimetrowa przerwa. Była ona konieczna do generowania łuku elektrycznego. Po drugiej stronie znajdował się znacznie prostszy układ odbiorczy. Była to pętla z drutu z niewielką przerwą.

image.png
By Original version: DMGualtieriThis version: Chetvorno - From File:Hertz Transmitter Receiver.svg. Alterations to image: Changed labels to English, labeled individual parts, increased thickness of lines, cropped empty space, CC BY-SA 3.0, Link

Schemat układu widoczny jest powyżej, a sam układ działał w ten sposób, że generowany łuk powodował powstanie iskry w odbiorniku. Nie mogła się tam wziąć znikąd, odpowiedzialne za to były więc fale. Na tym jednak eksperyment się nie skończył. Hertz stawiał na drodze fali metalowe ekrany, zmieniał jej kierunek. Dzięki temu odkrył, że jeśli odbije ją w dokładnie tym samym kierunku z którego przyszła, to powstanie ciekawe zjawisko. W zależności położenia odbiornika na drodze nadajnik-ekran powstaje lub nie powstaje iskra. Ta obserwacja doprowadziła do określenia długości fali, a więc i częstotliwości. Zobrazowanie tego zjawiska przedstawione jest na filmie poniżej.

Hertz dokonał przełomu, jednak nie uważał aby fale radiowe znalazły jakieś zastosowanie. Nie doczekał powstania radia ponieważ zmarł w wieku 37 lat, w 1894 roku. Został jednak uhonorowany przez społeczność naukową i jego nazwiskiem określamy dziś jednostkę częstotliwości.

Dalsza część historii, to opowieść o konflikcie biznesu i nauki. Telegraf był w powszechnym użyciu od ponad pół wieku, ale miał swoje ograniczenia. Głównym problemem była konieczność ciągnięcia kabla. O ile w czasie pokoju nie było to takie trudne, tak wojna sprawiła, że konieczne stało się używanie komunikacji bezprzewodowej. Linie telegrafu były niszczone, a sam sygnał mógł być przechwycony. Zresztą, niepotrzebna była wojna. Telegraf był bezużyteczny na statkach. W przypadku awarii załoga mogła się tylko modlić, że ktoś im pomoże.

image.png
Błyskawice z cewki

Tesla zapoczątkował przełom. Stworzył on (obok wielu innych wynalazków) cewkę pozwalającą na generowanie ogromnych napięć. Początkowo chciał on ją wykorzystać do przesyłu prądu, jednak zorientował się, że może służyć do tworzenia fal elektromagnetycznych. Do radia było jeszcze daleko i tak swoje trzy grosze do historii wrzucili też Édouard Branly wynalazł urządzenie do detekcji fal radiowych, i Aleksandr Popow który jako pierwszy nadał bezprzewodowo wiadomość na odległość. Mógł on być wynalazcą radia, gdyby nie to, że jego prace nie zostały upublicznione (pracował dla marynarki Rosyjskiej).

Wtedy na scenę wkracza Guglielmo Marconi. Włoch dokonał tego czego nie mogli zrobić inni naukowcy - zamienił eksperyment w komercyjny projekt. Jego sprzęt mógł służyć do faktycznej komunikacji, a nie być tylko prezentacją dla studentów. Próby przesyłu danych na odległość były już przeprowadzane. Dokonali tego między innymi: Tesla, Popow, czy Olivera Lodge'a Każdemu jednak czegoś brakowało, wiary, umiejętności biznesowych lub szczęścia. Radio nie zostało wynalezione przez jednego człowieka, ale to Marconi wygrał wyścig, czy uczciwie? To już inna historia.

image.png
By Cardiff Council Flat Holm Project - Cardiff Council Flat Holm Project, CC BY 3.0, Link inspekcja urządzeń radiowych przez inżynierów Royal Mail

Tak czy inaczej, wobec braku zainteresowania radiem we Włoszech, Marconi zaproponował wynalazek Brytyjczykom, a konkretnie poczcie. Nadał on wiadomość na odległość jednego kilometra pomiędzy dwoma budynkami 27 lipca 1896 roku. Jego wynalazek wzbudził zainteresowanie z uwagi na to, że umożliwiał on komercyjna wykorzystanie radia. Uzyskał on stosowne patenty i już w 1897 roku otworzył pierwszą stację radiową, a rok później - pierwszą fabrykę zajmującą się konstrukcją urządzeń bezprzewodowych. Z kolei w 1899 roku dokonał transmisji przez kanał La Manche. Sukces ten został przyćmiony jednak w 1901 roku, kiedy to po raz pierwszy przesłano bezprzewodowo wiadomość przez Atlantyk.

image.png
Marconi odbiera sygnał przez Atlantyk

W 1900 roku Marconi postanowił opatentować swój wynalazek w USA, czym ubiegł o kilka dni Teslę. Urząd nie chciał jednak dokonać stosownych zapisów ponieważ uważał, że Marconi wykorzystywał patenty Tesli. Ostatecznie jednak w 1904 roku urząd przyjął wniosek. Możliwe, że na zmianę stanowiska miał wpływ inwestorów wśród których znajdowały się ważne i bogate osoby.

Marconi zarobił fortunę na monopolizacji łączności bezprzewodowej, co zaowocowało wieloma wrogami zarówno w postaci procesujących się z nim naukowców jak i państw którym nie podobało się to, że jedno przedsiębiorstwo stawia im warunki. Marconi bronił się różnie. Kupował patenty, odmawiał transmisji informacji z nadajników innych firm itp. Ostatecznie przegrał głośny proces z Teslą w 1943 roku. Stało się to po śmierci obu wynalazców. Przed porażką w sądzie otrzymał jednak Nagrodę Nobla w 1909 roku za wkład w rozwój telegrafii bezprzewodowej.

image.png
Tytanik wysłał sygnał ratunkowy za pomocą radia

Wynalazek radia był bardzo istotny z punktu widzenia komunikacji. Pozwalał na nadawanie wiadomości tam gdzie nie było drutu, co bardzo przydawało się w czasie wojny lub na statkach. Dzięki radiu spadła liczba ofiar w katastrofach morskich, ponieważ jednostki zyskały możliwość komunikacji i wzywania pomocy. Jednak historia radia dopiero się zaczyna, bo swój prawdziwy rozkwit zawdzięcza ono przesyłowi głosu. To jednak opowieść na inny wpis.

Źródła
https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/Hertz-Heinrich-Rudolf;3911378.html
https://pl.wikipedia.org/wiki/R%C3%B3wnania_Maxwella
https://pl.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell
http://joannaroga.pl/rownania-maxwella/
http://ilf.fizyka.pw.edu.pl/podrecznik/3/9
https://fizyka.uniedu.pl/heinrich-hertz/
https://en.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz
https://www.polskieradio.pl/39/156/Artykul/1085552,Guglielmo-Marconi-i-poczatki-radia
https://pl.wikipedia.org/wiki/Aleksandr_Popow (1859-1906)
https://pl.wikipedia.org/wiki/Oliver_Lodge
https://pl.wikipedia.org/wiki/Guglielmo_Marconi
https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_radio


Originally posted on Ciekawsza strona Nauki. Steem blog powered by DBLOG.

Sort:  

This post is supported by $0.55 @tipU upvote funded by @grecki-bazar-ewy :)
@tipU voting service: get instant upvotes + profit sharing tokens | For investors.