Реферат физика. Александр Степанович Попов. Изобретение радио
 Скачать 81.77 Kb.
|
|
Минобрнауки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САРАТОВСКИЙ национальный исследовательский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО» (СГУ) РЕФЕРАТ на тему «Александр Степанович Попов. Изобретение радио» Студента_1_ курса __131__ группы ___Института химии наименование факультета _____________________Яфаров Рамиль Русланович______________________ фамилия, имя, отчество направления подготовки 18.03.01 «Химическая технология»
Саратов, 2021 СодержаниеВведение 2 Краткая биография 3 Опыты Герца 8 Приемник Попова 10 Изобретение радио 13 Что дало человечеству изобретение радио Попова 15 Заключение 17 Использованная литература 18 ВведениеКак известно, Герц не предвидел возможности применения электромагнитных волн в технике. В самом деле, было трудно увидеть в слабых искорках, которые Герц рассматривал в лупу, будущее средство связи, перекрывающие ныне космические расстояния до Венеры и Марса и позволяющее управлять самоходным аппаратом на Луне. Даже человеку с неистощимой фантазией, знаменитому писателю Жюлю Верну не удалось предвидеть радиосвязь, и герои его романа “Плавучий остров”, написанного после опытов Герца, не знают способов беспроволочной связи Вообще между принципиальным открытием и его техническом приложении лежит огромное расстояние. Эйнштейн не предвидел в обозримом будущем возможной реализации соотношения E=mc2, Резерфорд считал химерой использование атомной энергии. Только люди с особыми способностями могут найти разумное техническое воплощение научной идеи. Именно такими способностями обладал замечательный русский физик Александр Степанович Попов, продемонстрировавший примерно через год после смерти Герца первый радиоприемник, открывший возможность практического использования электромагнитных волн для целей беспроволочной связи Краткая биографияАлександр Степанович Попов родился 16 (4) марта 1859 г. в семье священника рабочего поселка Турьинские рудники Екатеринбургской губернии, на Урале. электромагнитный частота антенна радиосвязь Свое образование А. С. Попов начал в Долматовской духовной школе, расположенной в 400 км от Турьинского рудника. Через два года он переехал в г. Екатеринбург (Свердловск), где жила его старшая сестра Мария Степановна Левицкая, и поступил в Екатеринбургское духовное училище. С 1873 по 1877 г. он учился в Пермской духовной семинарии. Здесь будущий ученый и изобретатель уделял все свободное время самообразованию в области физики и математики, выделяясь среди сверстников своими способностями и знаниям. 20 июля 1877 г. А. С. Попов выехал в Петербург, где после упорной работы сдал вступительные экзамены и был принят на физико-математический факультет университета по математическому отделению. Среди профессуры университета в годы, когда там учился А. С. Попов, выделялись такие крупные физики, как профессора Ф. Ф. Петрушевский, И. И. Боргман и Н. Г. Егоров. В 1883 г. он окончил университет с отличными оценками. Александр Степанович принял предложенную ему в 1883 г. Морским ведомством должность преподавателя в Минной школе и в Минном офицерском классе в Кронштадте, где наряду с учебной проводилась большая исследовательская работа по электротехнике и магнетизму и где имелся, пожалуй, лучший тогда в России физический кабинет. В 1883 г. в журнале «Электричество» появилась первая работа А. С. Попова, озаглавленная: «Условия наивыгоднейшего действия динамо-электрической машины». В это время ему было 24 года. Вначале А. С. Попов работал ассистентом у А. С. Степанова по гальванизму, но уже с 1884 г. начал самостоятельно читать курс физики и электротехники, совмещая преподавательскую деятельность с серьезной научно-исследовательской работой. В 1887 г. он участвовал вместе с А. И. Садовским в Красноярской экспедиции по изучению солнечного затмения. В Минной школе и в Минном офицерском классе Попов проработал около'18 лет. Несколько лет, начиная с 1890 г., он преподавал также в Морском техническом училище. В первые же годы работы в Минном классе Попову пришлось столкнуться с вопросами изоляции электропроводки. Изучая работу аккумуляторов, он открыл оригинальный способ определения остаточного заряда по удельному весу жидкости, нашедший широкое применение во флоте. Имея возможность читать иностранную литературу, А. С. Попов ознакомился в 1886 г. с достижениями Феррариса и Теслы, открывшими вращающееся магнитное поле и возможность постройки электродвигателей переменного тока. Он хорошо знал также о работах русского инженера М. О. Доливо-Добровольского, сконструировавшего первый надежный асинхронный электродвигатель. А. С. Попов с интересом следил за развитием и конкуренцией систем постоянного и переменного тока и постепенным внедрением переменного тока в промышленность. А. С. Попов был уже вполне зрелым преподавателем и научным работником, когда, после четырех лет его пребывания в Кронштадте, Генрих Герц в 1888 г, опубликовал результаты своих двухлетних экспериментальных исследований по проверке теории Максвелла. Достигнутые им результаты всколыхнули весь ученый мир и побудили многих исследователей воспроизводить и продолжать его работы. В начале 1889 г. А. С. Попов присутствовал на заседании Русского физико-химического общества, на котором профессор Петербургского университета Н. Г. Егоров воспроизводил опыты Герца. Демонстрация, требовавшая полной темноты для обнаружения ничтожной искры в резонаторе Герца, чрезвычайно заинтересовала Попова, но показалась ему малонаглядной. К весне 1889 г. А. С. Попов подготовил более' компактные и эффективные приборы, которые с большим успехом демонстрировал на своей лекции: «Новейшие, исследования в соотношении между световыми и электрическими явлениями», прочитанной в Кронштадтском морском собрании. Эта лекция была первым публичным выступлением А. С. Попова с демонстрацией опытов Герца, и, по свидетельству участника собрания Н. Н. Георгиевского, он ее закончил словами: «Человеческий организм не имеет еще такого органа чувств, который замечал бы электромагнитные волны в эфире; если бы изобрести такой прибор, который заменил бы нам электромагнитные чувства, то его можно было бы применять к передаче сигналов на расстояние». В 1893 г. А. С. Попов, как крупный ученый, командируется вместе с изобретателем, лейтенантом Колбасьевым, на Чикагскую всемирную выставку, где он всесторонне изучает новейшие достижения в интересующей его области электротехники и магнетизма. В том же году А. С. Попов вновь возвращается к вопросам, ставшим в дальнейшем основным содержанием его деятельности, и выступает в Кронштадте с докладом: «Электрические явления при токах с большим числом перемен». В 1894 г. было организовано Кронштадтское отделение Русского технического общества, в котором А. С. Попов состоял товарищем председателя по 1898 г. В 1894 г. А. С. Попов располагал достаточно надежно работавшим возбудителем электромагнитных колебаний, построенным по образцу вибратора Герца. Однако приемная часть его не удовлетворяла. Зная о работах Бранли и Лоджа, он решил усовершенствовать кохерер и видоизменить приемную схему для придания ей большей чувствительности и автоматичности работы. Экспериментируя с ней в 1894 г., Попов добился сразу же действия на несколько метров. Вскоре он обнаружил, что дальность действия его приборов значительно увеличивается при присоединении провода к кохереру. Так зародилась первая приемная антенна, принципиально изменившая условия работы всей схемы. Работая с этой схемой, А. С. Попов и П. Н. Рыбкин обнаружили, что она реагирует на грозовые разряды. Вскоре был создан прибор, надежно регистрировавший разряды на значительных расстояниях, -- знаменитый грозоотметчик Попова, явившийся первой в мире приемной радиостанцией. Датой изобретения радио принято считать 7 мая (25 апреля) 1895 г., когда А. С. Попов выступил с публичным докладом и демонстрацией на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества на тему: «Об отношении металлических порошков к электромагнитным колебаниям». В конце сентября 1895 г. Попов ввел в свой грозоотметчик запись на ленту аппарата Морзе. Этим его грозоотметчик уже окончательно превращался в приемную радиостанцию с записью сигналов азбуки Морзе. От реализации и практического применения нового радиоприемника Попова отвлекли на некоторое время его работы над лучами Рентгена. В декабре 1895 г. в печати появились первые сведения о замечательном открытии Рентгена. А. С. Попов-заинтересовался этим вопросом и вскоре сконструировал рентгеновский аппарат, который был применен в Кронштадтском морском госпитале. Однако Попов не прекращал своих работ с электромагнитными волнами и в начале 1896 г. демонстрирует свой радиоприемник в Кронштадтском отделении Русского технического общества, отметив желательность испытания его на более значительных расстояниях. При этом он демонстрирует прием радиосигналов от вибратора Герца, расположенного в другом зале. 24 (12) марта 1896 г. на 158 (208) заседании Русского физико-химического общества в Петербугском университете А. С. Попов, совместно с П. Н. Рыбкиным, демонстрирует передачу и запись на ленту сигналов азбуки Морзе на расстоянии в 250 м, из одного здания в другое. П. Н. Рыбкин передает по азбуке Морзе слова: «Генрих Герц», и присутствующие на докладе расшифровывают записанные на ленте знаки. Таким образом, была осуществлена и зарегистрирована первая в истории человечества радиопередача осмысленного текста на расстоянии в 1/4 км. Весной 1897 г. Попов осуществил связь по радио на Кронштадтском рейде, где была достигнута дальность передачи в 640 м. В 1897 г. летом была достигнута дальность связи в 5 км. В 1898 г. А. С. Попов получил премию Русского технического общества, а в 1900 г. -- звание почетного инженера-электрика от Электротехнического института; в 1901 г. -- звание почетного члена Русского технического общества. В 1898 ив 1899гг. продолжались дальнейшие экспериментальные работы на Балтийском и Черном морях. В 1900 г. во время работ по снятию севшего на камни у о. Гогланд в Финском заливе броненосца Генерал-Адмирал Апраксин впервые была осуществлена связь в Балтийском море на расстоянии свыше 40 км между о. Гогланд и окрестностями г. Котка, в Финляндии. Весной 1899 г. Попов был за границей и имел возможность ознакомиться с производившимися там работами. В 1901 г. в Электротехническом институте, в Петербурге, открылась вакансия на должность профессора физики. На эту должность был приглашен А. С. Попов. Попов принял кафедру и продолжал работать в Электротехническом институте до последних дней своей жизни, совмещая педагогическую деятельность с работой в Морском техническом комитете. В разгар революционных событий, в сентябре 1905 г., Попов был избран профессурой первым выборным директором Электротехнического института в Петербурге. 31 декабря (ст. ст.) 1905 г. А. С. Попов скоропостижно скончался от кровоизлияния в мозг, в возрасте 46 лет. Опыты ГерцаСпустя 10 лет после смерти Максвелла, Генрих Герц доказал существование электромагнитных волн и открыл их основные свойства, предсказанные Максвеллом. Колебания высокой частоты, значительно превышающей частоту промышленного тока (50Гц), можно получить с помощью колебательного контура. Причем частота колебаний будет тем больше, чем меньше индуктивность и емкость контура. Однако большая частота электромагнитных волн еще не гарантирует интенсивного излучения электромагнитных волн. В своих опытах Герц использовал простое устройство, называемое сейчас вибратором Герца. Это устройство представляет собой открытый колебательный контур. Герц получал электромагнитные волны, возбуждая в вибраторе с помощью источника высокого напряжения серию импульсов быстропеременного тока. Колебания электрических зарядов в вибраторе создают электромагнитную волну. Только колебания в вибраторе совершает не одна заряженная частица, а огромное количество электронов, движущихся согласованно. Электромагнитные волны регистрировались Герцем с помощью приемного вибратора, представляющего собой точно такое же устройство, что и излучающий вибратор. Под действием переменного электрического поля электромагнитной волны в приемном вибраторе возбуждаются колебания тока. Если собственная частота приемного вибратора совпадет с частотой электромагнитной волны, наблюдается резонанс и колебания в приемном вибраторе происходят с большой амплитудой. Герц обнаруживал их, наблюдая искорки в очень малом промежутке между проводниками приемного вибратора.  Рис.1 Схема опыта Герца Приемник ПоповаВесной 1895 г. А.С. Попов создал первый в мире приёмник электрических колебаний. 25 апреля (7 мая) 1895 г. на 151-м (201-м) заседании Физического отделения Русского физико-химического общества А. С. Попов сделал доклад "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям". Содержание доклада, дополненное протоколами испытаний по регистрации атмосферных разрядов, произведённых Г. А. Лобачевским с прибором Попова в Лесном институте летом 1895 г., составило предмет статьи Попова "Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний А, С. Попова", представленный в декабре 1895 г. в журнале Русского физико-химического общества и появившийся в первом номере этого журнала за 1896 г. Приёмник Попова описан им в этой статье следующим образом: В качестве детали, непосредственно “чувствующей” электромагнитные волны, используется когерер (от лат. - “когеренция” - “сцепление”). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.С. Попова со 100000 до 1000 - 500 Ом, то есть в 100-200 раз). Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала.  Рис. 2 Схема приемника Попова Ток батареи 4-5 в постоянно циркулирует от зажима Р к платиновой пластинке А, далее через порошок, содержащийся в трубке, к другой пластинке В и по обмотке электромагнита реле обратно к батарее. Сила этого тока недостаточна для притягивания якоря реле, но если трубка AВ подвергается действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшится и ток увеличится настолько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С, замкнётся и звонок начнёт действовать, но тотчас же сотрясённая трубка опять уменьшит её проводимость, и реле разомкнёт цепь звонка. Из опытов, приведённых Поповым для испытания чувствительности приёмника, особенно важны два первых: 1) Прибор отвечает на разряды электрофора через большую аудиторию, если параллельно направлению разряда провести от точки А или В проволоку длиной около 1 метра, для увеличения энергии, достигающей опилок. 2) В соединении с вертикальной проволокой длиной в 2,5 метра прибор отвечал на открытом воздухе колебаниям, произведённым большим герцевым вибратором (квадратные листы 40 сантиметров в стороне) с искрой в масле, на расстоянии 30 сажен. Ясно видно, что в 1895 г. он принимал радиоволны на расстоянии 60 м на приёмную антенну своего приемника. В той же статье Попов так характеризует область применения его прибора: Прибор, обладающий такой чувствительностью, может служить для различных лекционных опытов с электрическими колебаниями и, будучи закрыт металлическим футляром, с удобством может быть приспособлен к опытам с электрическими лучами... Другое применение прибора, которое может дать более интересные результаты, будет его способность отмечать электрические колебания, происходящие в проводнике, связанном с точкой А или В (на схеме), в том случае, когда этот проводник подвергается действию электромагнитных пертурбаций, происходящих в атмосфере. Для этого достаточно прибор, защищённый от всяких других действий, связать с воздушным проводом, проложенным вдали от телеграфов и телефонов, или же со стержнем громоотвода. Перед нами ясная картина экранированного приемника, регистрирующего электромагнитные сигналы, поступающие в приёмную антенну. И вполне закономерным является заключительный вывод автора: Б заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применён к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией. Изобретение радиоЧтобы повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема. 7 мая 1895г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А.С. Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. 7 мая стал днем рождения радио. А.С. Попов продолжал настойчиво совершенствовать приемную аппаратуру. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния. Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона. Вначале 1900г. радиосвязь была успешно использована во время спасательных работ в Финляндском заливе. При участии А. С. Попова началось внедрение радиосвязи на флоте и в армии России. Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А. С. Попов медленно, но уверенно увеличивал дальность действия радиосвязи. Через 5 лет после постройки первого приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстоянии 40 км. благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900г. ледокол “Ермак” снял со льдины рыбаков, которых шторм унес в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX века. Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник А.С. Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А.С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов. Современные радиоприёмники обнаруживают и извлекают передаваемую информацию. Достигая антенны приёмника, радиоволны пересекают её провод и возбуждают в ней очень слабые частоты. В антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприёмника - избирательное устройство, которое из всех принятых сигналов может отображать нужный. Таким устройством является колебательный контур. Контур воспринимает сигналы того радиопередатчика, высокочастотные колебания которого совпадают с собственной частотой колебаний контура приёмника. Назначение других элементов радиоприёмника заключается в том, чтобы усилить принятые колебания, выделить из их колебания звуковой частоты, усилить их и преобразовать в сигналы информации. Различают 2 типа радиоприёмников: приёмники прямого усиления, в которых высокочастотные колебания до детектора только усиливаются, и супергетеродинные, в которых принятые сигналы преобразуются в колебания некоторой промежуточной частоты, усиливаются и только после этого поступают на детектор. Что дало человечеству изобретение радио ПоповаИзобретенные Поповым аппараты для радиографии сегодня превратились в полноценную систему связи, которая охватила весь мир и помогла распространять информацию с невероятной скоростью. Для начала XX века это было невероятным прорывом – действия людей и организаций, разобщенных территориально, теперь можно было координировать практически в реальном времени. Люди получили возможность быстро узнавать свежие новости, военные – передавать друг другу данные, правительственные учреждения – получать информацию от иностранных дипломатических миссий и посольств. И всё это буквально за несколько минут. Еще через пару десятков лет радио стало доступно практически всем людям – благодаря ему можно было слушать оперы и концерты, сводки новостей и выступления политических деятелей. Без радио было бы невозможным изобретение телевидения, современной радиометрологии и радиоастрономии. И это не говоря о радиообнаружении, радиопротиводействии и радиопеленгации, которые сегодня активно используют в военном деле в качестве одного из основных методов навигации. Кстати, современные средства беспроводной связи тоже не могли бы быть воплощены в жизнь, если бы Александр Попов и его коллеги в конце XIX века не обнародовали свои изобретения. GSM, Wi-Fi, LTE, CDMA, Вluetooth – всё это так или иначе появилось на свет благодаря технологии применения радиоволн. Даже современные антенны практически не изменили своей конструкции со времен изобретения. А приёмопередатчики всё так же работают на основе колебательного контура, который был впервые открыт в 1848 году. Разработка Попова положила начало навигации и спутниковой связи, которые сегодня используются земными радиотелескопами и космическими кораблями. Луноходы и марсоходы управляются с Земли тоже благодаря радиосигналам. Интернет, который сегодня объединил не только страны, но и целые континенты, тоже своего рода последователь изобретение радио Александра Попова. Практически не осталось сферы человеческой деятельности, где бы ни была нужна связь без проводов. Тем не менее, несмотря на прошедшие сто с лишним лет так и не удалось избавиться от некоторых проблем радиосигнала. Если в пределах нашей планеты его вполне достаточно, чтобы связать людей с разных континентов и быстро передавать информацию, то в масштабах космоса он становится менее эффективным. Например, информация от марсохода поступает на землю с задержкой до 22 минут. Межпланетная станция Voyager, которая удалена от земли почти на 15 млрд. километров, передает информацию в течение 14 часов. Тем не менее, других достойных альтернатив радиосигналу пока не найдено – возможно, что-то изменить в этой сфере смогут наши потомки. Аппаратура для беспроводной связи, которая была разработана Александром Поповым, а также основные методы её применения в военных и мирных целях, совершили переворот в жизни людей того времени и сделали очень много для современной цивилизации. Сегодня 7 мая празднуют как День радио, а 1995 год прошёл как всемирный год радио под эгидой ЮНЕСКО. ЗаключениеИстория открытия радио, в которой сплелись имена многих исследователей разных стран, еще раз подтверждает важный закон истории науки, о котором писал Ф. Энгельс в 1894 г., за год до открытия радио, говоря, что, если время для открытия созрело, “это открытие должно было сделано” Открытие радио подтвердило справедливость теории Максвелла высшим критерием истины - практикой. Теория Максвелла выдвинула перед физикой ряд острых и глубоких вопросов, решение которых привело к новому революционному этапу в истории физики Использованная литератураАлександр Степанович Попов [Электронный ресурс] // URL: https://referat.co/referat/4724-fizika-aleksandr-stepanovich-popov/read?p=4 Попов Александр Степанович(1859-1905гг.). Изобретение радио [Электронный ресурс] // URL: https://revolution.allbest.ru/physics/00357439_0.html Изобретение радио А.С Поповым [Электронный ресурс] // URL: https://referatbank.ru/referat/preview/52908/referat-izobretenie-radio-popovym.html Изобретение радио. Александр Степанович Попов [Электронный ресурс] // URL: https://stream-park.ru/blog/izobretenie-radio-popov/ |