Летопись электричества

Глава 50. СТРАНИЧКА ИЗ АРХИВА

НОВУЮ ЭПОХУ в беспроволочной связи открыл своим изобретением знаменитый английский ученый, физик и электротехник Джон Флеминг.

Страстное увлечение электричеством и желание проникнуть в тайну этой великой и грозной силы проявились у Флеминга очень давно. В 1877 году исполнилась первая заветная мечта молодого физика: он начал работать в кембриджской лаборатории у великого ученого Джемса Максвелла.[53] Здесь двадцативосьмилетний Флеминг был свидетелем замечательных последних работ Максвелла. Здесь же род руководством Максвелла Флеминг делал свои первые научные работы.

К двум правилам, открытым Ампером («правило пловца») и Максвеллом («правило буравчика, или штопора»), прибавились два новых ныне известных всем правила Флеминга («правой и левой руки») для определения направления тока, магнитного поля и направления движения проводника под действием магнитного поля.

В продолжение многих лет Флеминг был профессором физики и электротехники в Ноттингемском и Лондонском университетах. Вместе со своим другом, знаменитым химиком Джемсом Дьюваром, Флеминг долго занимался исследованием электрических и магнитных свойств различных веществ при очень низких температурах. В результате этих интересных опытов выяснилось, что металлические проводники при температуре, близкой к абсолютному нулю (на 273 градуса ниже, чем температура таяния льда), резко уменьшают сопротивление прохождению электрического тока.

Вскоре после этих опытов Флеминг получил приглашение стать научным консультантом «Общества беспроволочных телеграфов Маркони».

Не теряя времени, Флеминг, несмотря на свои уже немолодые годы, с юношеским пылом приступил к работе. Он по опыту всей своей предыдущей научной деятельности знал, что правильно поставить задачу — это значит сделать первый важный шаг для ее решения.

Электромагнитная волна, излучаемая искровым передатчиком, является затухающей. Если толкнуть маятник (груз, подвешенный на нити), то он остановится после нескольких качаний. Похожее явление происходит и с колебаниями в электрической цепи: сопротивление цепи гасит электрические колебания. Искровый разряд передатчика — это тот же толчок. Первое созданное им колебание будет самым большим, последующие — все более слабыми, и наконец они прекращаются (затухают).

Попадая в антенну приемника, затухающая волна не может быть ясно обнаружена когерером Бранли. «Электрический глаз» Бранли как недостаточно чувствительный прибор отвечает только на самую сильную волну из поступившей в антенну серии колебаний и не отзывается на более слабые последующие волны.

Чтобы отчетливо принимать на телефон всю серию колебаний затухающей волны, вместо когерера Бранли ввели кристаллические детекторы, то есть выпрямители. Благодаря способности детектора пропускать ток только в одном направлении (это свойство некоторых кристаллов было открыто случайно) поступивший в приемник переменный ток обращается в прерывистый ток одного направления. Выпрямленный ток способен воздействовать на электромагнит телефона и вызвать колебание его мембраны. И вот стало возможным легко осуществлять прием на телефон сигналов Морзе, посылаемых искровой станцией.

Флеминг испытал много различных кристаллических детекторов. Кристаллы из галена[54], пирита, карборунда[55] и других минералов давали примерно одно и то же выпрямляющее действие.

Но кристаллические детекторы обладали большим неудобством: приходилось терять много времени на настройку детектора; ведь острие металлической пружинки, которая прижималась для образования контакта к кристаллу, легко сдвигалось от случайных и, по-видимому, неизбежных толчков. Кроме того, кристаллический детектор — прибор недостаточно чувствительный.

Однажды Флеминг приготовился сделать такой опыт. Он взял особый сосуд с жидким воздухом. Этот сосуд называется, по фамилии изобретателя, «сосудом Дьюара»[56]. В этот сосуд с жидким воздухом он задумал погрузить детектор, полагая, что кристалл под влиянием низкой температуры будет иметь бóльшую проводимость тока и станет поэтому более чувствительным.

Обратившись за какой-то справкой в архивные журналы своих прежних опытов, он обнаружил там небольшой помятый листок. На листке было дано описание интересного опыта, произведенного великим американским изобретателем Томасом Эдисоном еще в 1883 году.

Эдисон и другие ученые и изобретатели не могли тогда объяснить сущность этого удивительного опыта, который был назван «эффектом Эдисона». Вскоре об этом опыте забыли.

Проглядев содержание листка, попавшегося так кстати на глаза, Флеминг подозвал к себе одного из лаборантов.

— Необходимо сейчас же изготовить вот такой прибор, — сказал он, передавая лаборанту пожелтевший от времени листок.

— Мне не совсем ясно, что здесь изображено.

Флеминг подошел к доске и набросал схему опыта Эдисона.

— Это — обыкновенный баллон электрической лампочки. Вот гальваническая батарея. Концы нити лампы, как и всегда, присоединяются к плюсу и к минусу батареи. Над нитью помещается небольшая металлическая проволочка или пластинка, которая, как видите, не связана с раскаленной нитью лампы; это совершенно независимый электрод, помещенный на некотором расстоянии от нити. К нему присоединяется проводничок, выведенный как третий конец из баллона лампы. Этот третий конец должен быть присоединен к положительному полюсу батареи. Когда нить лампочки накаливается, в этой второй цепи появляется ток. Вот и все.

Флеминг и лаборант молча стояли у доски, и каждый из них был занят своими мыслями.

— Я вам все объясню, — снова заговорил Флеминг. — Нить лампы, раскаленная током, излучает из себя электроны. А что такое поток электронов? Это ведь и есть электрический ток! Следовательно, излучение электронов и есть причина возникновения тока в опыте Эдисона. Давайте проследим теперь, куда полетят электроны, вырвавшиеся из раскаленной нити. Часть электронов, летящих с очень большой скоростью, достигнет второго электрода и упадет на холодную металлическую пластинку, которую мы соединили с положительным полюсом бата-реи. Если бы эта пластинка была соединена с отрицательным полюсом, мы не обнаружили бы тока в цепи. Дополнительная пластинка должна всегда быть анодом, то есть положительно заряженной, тогда как раскаленная нить всегда является катодом.

— Не кажется ли вам, — спросил лаборант, — что этот опыт похож на опыты с круксовой трубкой? Ведь там мы тоже имеем два электрода анод и катод. С катода срываются электроны, но в круксовой трубке нет необходимости раскалять катод: он и так отлично излучает электроны.

— Вы забыли об очень важном обстоятельстве: к электродам круксовой трубки всегда подводят очень высокое напряжение. Под влиянием высокого напряжения электроны приобретают ту огромную скорость, которая позволяет им вылететь за поверхность металла. Здесь же, как видите, достаточно уже сравнительно небольшого напряжения.

— Зачем же все-таки нам нужен этот прибор, и в какой мере он пригодится для улучшения радиотелеграфа? — спросил лаборант. Ему казалось, что Флеминг отвлекся в сторону от решения своей прямой задачи.

— Мы с вами ищем наиболее чувствительный детектор. Не кажется ли вам, что открытое Эдисоном явление можно использовать для нашей цели? Такая двухэлектродная лампа в состоянии выпрямлять поступающие из антенны быстропеременные токи.

— Вы хотите сказать, что такая лампа может заменить кристаллический или любой другой детектор?

— Именно так! Поэтому я и прошу вас возможно скорее изготовить эту лампу. Любопытно проверить на опыте, что у нас получится…

Пока в лаборатории шло изготовление двухэлектродной лампы, Джон Флеминг разрабатывал схему нового приемника беспроволочной связи. И вскоре, уже в присутствии Маркони, был впервые произведен прием сигналов с помощью новой лампы. Все видели большое преимущество такого способа приема радиосигналов.

В ноябре 1904 года Флеминг запатентовал свое изобретение.

— Поздравляю вас с большой победой! — сказал Маркони, обращаясь к ученому.

— Благодарю вас, сказал Флеминг. — Однако я не считаю свою работу завершенной. У меня имеются основания ожидать еще лучших результатов.

— Это очень приятно услышать. Однако вам придется помочь в практическом осуществлении этого изобретения и потом уже продолжать дальнейшие изыскания. Вы забыли о том, что мы прежде всего — деловое предприятие…

Это заявление Флемингу очень не понравилось. Хотелось немедля идти по горячим следам. Изобретенная лампа оказалась очень чувствительным прибором, но следовало найти условия, при которых еще более повысилась бы ее чувствительность. Нужно было найти средство для усиления потока электронов в лампе. Это, по мнению Флеминга, могло бы дать еще бóльшую силу воздействия на телефон, а значит повысить слышимость и дальность приема сигналов. Однако учёный ничего не возразил Маркони, так как ему трудно было отказаться от прекрасных условий для научной работы, от средств, лаборатории и помощников.

Свое изобретение Флеминг описал в статье, помещенной в одном из научных английских журналов. И статья эта не осталась незамеченной…