Покоренный электрон

Прибор, состоящий из конденсатора и катушки самоиндукции, называется колебательным контуром (рис. 53).

Рис. 53. Колебательный контур, составленный из катушки самоиндукции и конденсатора переменной емкости; рядом условное обозначение контура.

Колебательный контур представляет собой не что иное, как электрический маятник. Каждый маятник совершает определенное число качаний в секунду.

Частота качаний маятника зависит от его длины. Чем короче маятник, тем быстрее он качается.

Электрические колебания в контуре тоже совершаются со своей определенной частотой, которая зависит от величины самоиндукции катушки и емкости конденсатора, составляющих колебательный контур. Чем меньше самоиндукция катушки и чем меньше емкость конденсатора, тем быстрее протекает его перезарядка и тем больше частота колебаний тока в катушке.

Значит, для возбуждения очень быстрых, вернее, частых электрических колебаний следует иметь маленький конденсатор и небольшую катушку из 1–2 витков проволоки.

На заре радиотехники, когда в приемных и передающих радиостанциях использовались сравнительно медленные (редкие) колебания, приходилось применять огромные катушки и «пудовые» конденсаторы. Такие «первобытные» приемники весили по 16–20 килограммов.

Изменяя длину маятника, можно изменить частоту (период) его качаний; в этом нетрудно убедиться — стоит удлинить маятник часов-ходиков, он начнет качаться реже, а часы будут отставать.

Точно так же, изменяя самоиндукцию катушки или емкость конденсатора, можно по желанию увеличивать и уменьшать частоту колебаний в контуре, то есть настраивать его на ту частоту, какая нужна.

Чтобы привести маятник в движение, не требуется большого усилия, достаточно толкнуть его, и он начнет качаться. Но заставить маятник совершать вынужденные колебания, то есть раскачиваться чаще или реже, чем ему свойственно, весьма трудно. В этом случае приходится раскачивать его, не выпуская из рук.

И электрический маятник тоже легко воспринимает колебания, происходящие с его собственной частотой, но остается почти нечувствителен ко всем остальным колебаниям.

Колебания обычного маятника, если его не подталкивать, постепенно затихают, потому что энергия, полученная от толчка, расходуется на преодоление сопротивления воздуха и на трение в точке подвеса.

И в электрическом маятнике колебания затухают, потому что электронам приходится преодолевать сопротивление проводника. Но, кроме того, в колебательном контуре есть еще одна важная статья расхода энергии: излучение — создание в окружающем пространстве меняющихся электрического и магнитного полей — так называемых электромагнитных волн, бегущих от колебательного контура во все стороны и уносящих энергию его колебаний.

Сопротивление проводников и потери энергии на излучение приводят к тому, что электрические колебания в контуре быстро прекращаются.

Именно за счет энергии, тратящейся на излучение, осуществляется передача радиосигналов.

Электромагнитные волны, встречая на своем пути проводники, вызывают в них движение электронов. С этого начинается прием сигналов — радиоприем.

Открытый колебательный контур

В приемнике потери энергии на излучение вредны, поэтому конструкторы делают катушки самоиндукции и конденсаторы так, чтобы эти потери были наименьшими.

Зато в передатчике радиоволн нужен колебательный контур, который должен как можно больше излучать энергии — создавать мощные электромагнитные волны. Ведь главная задача передатчика — это посылать энергию приемникам. Поэтому и устройство передающего контура должно отличаться от устройства приемного контура.

Заряд образует вокруг себя электрическое поле; движущийся заряд создает кроме того еще и магнитное поле.

Электроны, колеблющиеся в контуре, порождают одновременно и электрическое и магнитное поля. Эти поля зависят друг от друга. Они неразрывно связаны друг с другом. Поэтому их обычно объединяют под одним названием: электромагнитное поле.

В контуре, состоящем из обыкновенного конденсатора и катушки, оба поля почти полностью заключены в промежутке между обкладками конденсатора и внутри катушки. Во внешнее пространство они почти не распространяются. Такой контур подобен фонарю, у которого светильник заслонен со всех сторон крышками. Его излучение ничтожно мало. Чтобы фонарь стал светить, а контур излучать, — их надо раскрыть: раздвинуть и развести в стороны обкладки конденсатора, заменить катушку длинным и прямым проводником.

Вокруг открытого контура образуется электромагнитное поле, которое распространяется во все стороны и, постепенно ослабевая, уходит в бесконечность (рис. 54).

Рис. 54. Три вида колебательных контуров: закрытый, полуоткрытый и открытый, иначе называемый антенной.