Історія / 3. Історія науки і техніки
К. і. н., професор Кунченко-Харченко В. І., аспіранти Сухацький Р.
П., Отамась І. Г.
Черкаський
державний технологічний університет, Україна
Розвиток радіотехніки на початку ХХ ст.
Сучасний етап розвитку
радіотехніки характеризується зростанням розвитку електроніки у всіх сферах
людської діяльності. Досягнення науки в
царині електроніки сприяє успішному вирішенню науково-технічних проблем, підвищенню ефективності наукових досліджень,
удосконаленню ефективних технологій і систем управління, що покращує процес
збору, обробки і використання інформації в цілому.
За визначенням американських
вчених 80% всього об‘єму промисловості США становить електроніка. Вивчення
законів взаємодії електронів, розробка методів створення електронних приладів в
яких ця взаємодія використовується для перетворення енергії з метою їх
передачі, обробки і зберігання інформації відіграє надзвичайно важливу роль.
Слід зазначити, що фундамент
електроніки був закладений вченими-фізиками XVIII–XIX ст. Вперше такі
дослідження здійснили відомі вчені, академіки М. В. Ломоносов і Г. В. Ріхман в Російській
імперії, а також американський вчений Б. Франкель.
Дослідження М. В. Ломоносова щодо
електричних розрядів в повітрі існують
і за відсутності грози. «Громова машина» була Лейденською банкою
встановленою в житловому приміщені.
М. В. Ломоносов створив загальну
теорією грозових явищ, що є праобразом сучасної теорії
гроз. В. М. Ломоносов також досліджував свічення розрядженого повітря під дією
машин з тертям.
Ці дослідження В. В. Петровим проводились в
Петербурзькій медико-хірургічній академії.
Окрім цього, фундаментального
відкриття В. В. Петрову також належать дослідження різноманітних видів свічення
розрядженого повітря при проходженні через нього електричного струму.
|
Лейденска банка |
|
|
|
|
|
Принцип дії. |
Реконструкція |
Історичним ствердженням являється той факт, що фундаментальні розробки вченого-фізика В.
В. Петрова були видані російською мовою, а переклад на іноземні мови був
відсутній, тому відкриття другого розряду було присвоєне англійським фізиком Г.
Деві.
Опираючись на цей факт, необхідно
зазначити, що і сьогодні такі випадки мають місце у практичній науковій діяльності науково-дослідних центрів і
провідних вчених, а тому пріоритетні місця залишаються інколи не за останніми.
Про що автор зазначав у попередніх своїх публікаціях, щодо
визначення місця персоналій в історії, розвитку науки і техніки в Україні і в
порівняльному світовому контексті.
Певні наукові зрушення у вивченні
явища газового розряду належать роботам англійського вченого Д. Д. Томсона, що
відкрив існування електронів і іонів.
Як уже відмічалося раніше
автором, Д. Д. Томсон1 створив Кавендішську лабораторію в якій
працювали відомі фізики-дослідники електричних зарядів газів, такі як:
Таундсен, Астон, Резерфорд, Крукс, Річардсон та інші. Була створена певна
наукова школа, яка внесла вагомий доробок у розвиток електроніки. Що стосується
досліджень російських вчених-фізиків по вивченню і дослідженню дуги і практичному
її застосуванню для освітлення , то у цій галузі працювали провідні вчені:
Яблочков (1847–1894), Чикольов
(1845–1898 ), Славянов (займалися електричною дуговою сваркою металів), Бернардос (застосовував дуги для освітлення), пізніше дослідженням дуги
займалися також Лачинов і Міцкевич.
Так, наприклад, у 1905 р. Міцкевич дослідив природу процесів на катоді другого
розряду.
У 1905 р. А. Ейнштейн визначив
значимість фотоефекту, пов‘язаного зі світловими квантами і встановив закон
названий його ім‘ям.
У свій час значенням фотоефекту
займався вчений О. Столетов, який відкрив закон Столетова – кількість емітованих в одиницю часу
електронів пропорційна, за інших рівних умов, інтенсивності падаючого на
поверхню катода світла. Столетов зазначав, що рівні умови тут треба розуміти як
освітлення поверхні катода монохроматичним світлом однієї і тієї ж довжини хвилі. Або світлом одного ж і того
спектрального складу.
Вивченням зовнішнього фотоефекту займався і німецький фізик Герц
(1887 р.). Вперше він експериментував з відкритим електромагнітним полем.
Що стосується досліджень іншого вченого Едісона, то ним, вперше,
у 1881 р. виявлено явище термоелектронної емісії. Так, наприклад, вчений
проводив різні експерименти з вугільними лампами розжарювання, в результаті
чого була створена лампа, що містить у вакуумі, окрім вугільної нитки, ще
металеву пластинку А від якої
був провідник Р. Якщо
з‘єднати дріт через гальванометр, як стверджував вчений, з позитивним кінцем
нитки, то через гальванометр іде струм, якщо з‘єднати з негативним, то струм не
виявляється. Це явище було назване
ім‘ям вченого і ввійшло в науку під назвою ефект
Едісона. Явище випускання електронів розжареними металами і іншими
тілами у вакуумі або в газі було
названо термоелектронною емісією (дивись рис 1).
Слід зазначити, що розвиток електроніки пройшов декілька
етапів. Так, розглянемо перший етап. До першого етапу, слід віднести винахід у
1809 р. російського інженера Ладигіна лампи розжарювання.
Щодо практичних дослідів німецького вченого Брауна у 1874
р. було зроблено відкриття випрямного ефекту в
контакті метал-напівпровідником. що дало змогу провести використання
детектування радіосигналу цього ефекту російським вченим О. С. Поповим для
проведення радіосигналу і створило йому передумови винаходу першого радіоприймача. Як відомо з офіційних джерел,
винахід радіо прийнято вважати 7 травня 1895 р., а уже у березні 1896 р.
О. С. Попов передав перше радіомовлення на відстань 350 м. Успіхи електроніки в
цей період її розвитку сприяли розвитку важливої галузі радіотелеграфії. В цей
період розроблялися наукові основи розвитку радіотехніки з метою спрощення
пристрою радіоприймачів і підвищення їх чутливості. У цей період у різних
державах проводилися розробки і дослідження різних типів простих і надійних високочастотних коливань-детекторів.
Другий етап, розвитку електроніки характеризується
електровакуумним діодом, який
сконструював англійський вчений Флемінг3
у 1904 р. Основними частинами діода є два електроди, що знаходяться у
вакуумі.
Металевий
анод (А) і металевий катод (К) нагрівається електричним струмом до температури
при якій виникає термоелектронна емісія (дивись рис. 2).
Слід зазначити, що електровакуумний діод має властивості
односторонньої провідності , що використовується при випрямленні змінного
струму.
Так, 1907 р. американський інженер Лі де Форест1 виявив, що
помістивши між катодом (К), і анодом (А) металеву сітку (с) і подаючи на неї напругу
Vc можна управляти анодним струмом Ia практично без
інерційно і з малою витратою енергії. Так, з‘явилася перша електронна підсилювальна
лампа-тріод (дивись рис. 3). Завдяки цьому приладу відбувався порівняно
швидкий розвиток радіозв‘язку.
Слід зазначити, що електровакуумний діод володіє
односторонньою провідністю яка використовується при випрямлянні змінного струму.
Якщо розглядати щільність газу, що наповнює балон
настільки високо, що довжина вільного пробігу електронів виявляється менше відстані
між електродами, то електронний потік проходячи через міжелектродну відстань взаємодіє з газовим середовищем і
внаслідок чого різко змінюються властивості середовища. Так, газове середовище
іонізується і переходить в стан плазми, що характеризується високою
електропровідністю. Таку властивість плазми дослідив і використав на практиці
американський вчений Хелл (1905 р.), розробивши газотрон. Винахід газотрона дав початок розвитку газорозрядних
електровакуумних приладів. Це дало змогу швидкими темпами розвивати виробництво
електронних ламп.
Надзвичайно важливого значення, набуває розвиток радіозв‘язку
у військових цілях. Так, 1913 – 1919 р.р. характеризуються різким розвитком
електронної техніки.
Доцільно згадати, що уже у 1913 р. німецький інженер О. Мейснер
розробив схему лампового регенеративного приймача і за допомогою тріода отримав
незгасаючі гармонійні коливання. Так, виникли нові електронні
генератори, що дозволили замінити іскрові і дугові радіостанції на лампові, що
дало можливість на практиці вирішувати проблеми
радіотелефонії. З цього часу радіотехніка стає ламповою.
Слід зазначити, що перші в Росії радіолампи були
виготовленні в Санкт – Петербурзі у 1914 р. М. Д. Папалексі2,
який був академіком Академії Наук
колишнього Радянського Союзу.
Перші в Росії електровакуумні прийомо-підсилювальні радіолампи
були виготовлені Бонч-Бруєвічем. У 1918 р. він очолив Нижегородську
радіолабораторію де були зосереджені кращі радіофахівці того часу, такі як,
Дотепників, Пістолькорс, Шорін, Лосєв та інші. Були створені передумови у 1918
р. по підготовці і випуску електровакуумних ламп РП –1. У 1920 р. вченим
Бонч-Бруєвичем була завершена робота по створенню перших в світі генераторних
ламп з мідним анодом і водяним охолоджуванням до 1 кВт. За визначенням провідних німецьких вчених після ознайомлення з
роботою Нижегородської лабораторії визнали пріоритет Росії в створенні могутніх
генераторних ламп. Так, уже в 1922 р. у Петрограді був створений
електровакуумний завод, який об‘єднався з електровакуумним заводом «Світлана».
Слід зазначити, що перехід від довгих хвиль до коротких і
середніх, винахід супергетеродина і подальший розвиток радіомовлення призвели
до розробки більш довершених ламп, ніж тріоди. Так, в 1924 р. була розроблена
екранована лампа з двома сітками (тетрод) і вдосконалена в 1926 р. американцем
Хеллом, а уже 1930 р. він запропонував електровауукумну лампу з трьома сітками
(пентод) чим вирішив задачу підвищення робочих частот радіомовлення. В
подальшому пентоди стали найпоширенішими радіолампами. Таким чином, розвиток
спеціальних методів радіоприйому викликав у 1934 –1935 рр. появу нових типів
багатосіткових частотно перетворюючих радіоламп. В цей час іде подальший
розвиток різноманітних комбінованих радіоламп, що призвело до значного
зменшення числа радіоламп в приймачеві. У цей період розвиток радіотехніки дає
можливість освоєння і використання діапазону УКВ (ультракороткі хвилі –
метрові, дециметрові, сантиметрові і міліметрові діапазони. Таким чином, для
цієї мети, вперше, були вдосконалені
вже відомі радіолампи. По друге, були розроблені електровакуумні прилади з
новим принципом управління електронними потоками. Сюди слід віднести
багаторезонаторні магнетрони (1938 р.), клістрони (1942 р.), лампи зворотної
хвилі (1953 р.). Створення таких приладів дало можливість генерувати і
підсилювати коливання дуже високих частот, включаючи міліметровий діапазон
хвиль. Значення створення такої техніки, досягнення електровакуумної техніки
зробило могутній поштовх для розвитку радіотехніки і таких галузей серед яких:
радіонавігація, радіолокація, імпульсний багатоканальний зв‘язок.
Література
1. Сретенский В.Н. Освоение спектра электромагнитных колебаний и
особенности физического эксперимента в радиотехнике и электронике
// Радиотехника. – 1992. – № 3.
2. Six great pioneers of
wireless // European Broadcasting Union Technical Rewiew. – 1995. – № 263.
3. Чистяков Н.И., Шахгильдян В.В. А.С. Попов и формирование радио
// Радиотехника. – 1995. – № 4-5.
4. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. М. :
Просвещение, 1982. – 448 с. Херинг К., Никольс
М. Термоэлектронная эмиссия. М., 1950
5 Огиевецкий
А.С. и Радуевский Л.Д. Николай Николаевич Бенардос. М.–Л. 1952.
6. Драган Я. П., В. І.
Кунченко-Харченко, А. Ю. Лега Нариси передісторія радіотехніки; М-во освіти і
науки України, Черкаський державний технологічний університет – Черкаси: ЧДТУ,
2008. – 32 с.
2. Храмов Ю. А. История физики. – К.: „Феникс”, 2006. – 1176 с.
3. Франклин Б. Опыты и
наблюдения над электричеством. – М.: Изд-во АН СССР, 1956.
4. Гальвани А., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. – М.: Л., 1941.
5. Ампер А.
Электродинамика. – М.: Изд-во АН СССР, 1954.
6. Украинский Советский Энциклопедический Словарь. В
3-х т. – К.: 1989, Т. 3. – 772 с.
7. Кунченко
Ю. П. Полиномы
приближения в пространстве с порождающим элементом. – Киев.: Наукова думка.
2003. – 243 с.
8.
Кунченко Ю. П. Поліноми
наближення у просторі з породжувальним елементом. – К.: Наукова думка, 2005. –
219 с.
9. Кунченко Ю.П. Стохастические
полиномы. – К.: Наук. думка,
2006. – 275 с.
10. Kunchenko Y. P. Polinomial parameter estimation of close to Gaussian random variables. Shaker verlag Gmb, 2002,414 pp.).
11. Кунченко-Харченко В. И. 15 лет кафедры радиотехники Черкаського
государственного технологичяеского университета // Труды IX Международной научно-практической конференции „Системы и средства передачи и обработки информации” (ССПОИ – 2005): Тезисы докладов. –
Черкассы: ЧГТУ. – С. 4 – 8.
12. Кунченко-Харченко В. І. Прометей отечественной науки
// Праці Міжнародної науково-практичної конференції „Обробка сигналів і негаусівських процесів”, пам’яті професора Кунченка Ю. П.: Тези доповідей. – Черкаси: ЧДТУ, 2007.
– С. 4 – 10.
13.
Кунченко-Харченко В. І. Електромагнітні явища в історії науки до початку XVII ст.// Тези доповідей
першої науково-практичної конференції з міжнародною участю. – Черкаси: ЧДТУ
,2008 – С. 242 – 243.
14. Кунченко-Харченко В. І., Палагін В. В. Творчий шлях та розвиток
національної наукової школи професора Кунченка Ю. П. по розробці теорії
нелінійних методів опрацювання сигналів// Вісник Інженерної Академії України. –
2006. – № 2–3. – С. 218 – 221.
Кунченко-Харченко
Валентина Іванівна
Адреса для листування: Кунченко – Харченко В.І., Черкаський
державний технологічний університет, кафедра суспільних дисциплін і права,
к.301, 1корп., м Черкаси, бульвар Шевченка, 460. 18006
Робочий
телефон 73-02-13
Місце
роботи : Черкаський державний технологічний університет, кафедра суспільних
дисциплін і права.
Посада: к.і.н., професор, завідувач кафедри суспільних дисциплін і права, доктор юридичних наук,
академік УТА