Грозоотметчик Попова

Грозоотметчик Попова — это устройство для регистрации электромагнитных волн, возникающих при грозовых разрядах, разработанное русским физиком и электротехником Александром Степановичем Поповым. Прибор, созданный в 1895 году, стал первым в мире практически пригодным радиоприёмным устройством, способным улавливать и фиксировать электрические колебания в атмосфере. Грозоотметчик Попова считается предшественником современной радиосвязи и радиолокации, а его демонстрация 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества (РФХО) в Санкт-Петербурге отмечается в России как День радио.

История создания

Предпосылки и научный контекст

К концу XIX века физики активно изучали природу электромагнитных волн, теоретически предсказанных Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах и экспериментально подтверждённых Генрихом Герцем в 1887–1888 годах. Герц создал искровой передатчик и резонатор, способные излучать и принимать электромагнитные волны, однако его опыты носили лабораторный характер и не предполагали практического применения. В 1890-х годах учёные, в том числе Эдуард Бранли (Франция) и Оливер Лодж (Великобритания), разработали когерер — чувствительный элемент, изменяющий сопротивление под действием электромагнитных волн. Когерер Бранли представлял собой стеклянную трубку, заполненную металлическими опилками, которые под воздействием радиоволн «слипались», резко снижая сопротивление. Для восстановления чувствительности трубку требовалось встряхивать.

Александр Попов, работавший преподавателем физики в Минном офицерском классе в Кронштадте, интересовался возможностью использования электромагнитных волн для передачи сигналов на расстояние. В 1894 году он начал опыты по усовершенствованию когерера, стремясь создать устройство, способное автоматически регистрировать слабые электрические разряды в атмосфере — грозовые разряды, которые, как предполагалось, генерируют мощные электромагнитные импульсы.

Разработка и первая демонстрация

В 1895 году Попов собрал прибор, который он назвал «грозоотметчиком» (или «грозоотметчиком»). Основой устройства служил когерер, модифицированный Поповым: он использовал стальные опилки, смешанные с серебряными, для повышения чувствительности. Для автоматического восстановления работоспособности когерера после приёма сигнала Попов применил электрический звонок, молоточек которого периодически встряхивал трубку. Сигнал от когерера через реле замыкал цепь звонка, и тот одновременно подавал звуковой сигнал и возвращал когерер в исходное состояние. К прибору была подключена антенна — вертикальный провод, поднятый на мачту, что значительно увеличивало дальность приёма.

7 мая 1895 года на заседании физического отделения РФХО в Санкт-Петербурге Попов продемонстрировал работу грозоотметчика. Он показал, что устройство способно улавливать электромагнитные волны, создаваемые искровым разрядом, на расстоянии до 60 метров. В своём докладе Попов отметил, что прибор может быть использован для регистрации грозовых разрядов на расстоянии до 30 вёрст (около 32 км). Протокол заседания зафиксировал, что Попов «представил прибор для обнаружения и регистрации электрических колебаний, происходящих в атмосфере». 7 мая 1895 года впоследствии стало отмечаться как День радио в СССР и России.

Дальнейшее совершенствование

В 1896 году Попов продолжил опыты. В марте того же года он передал первую в мире радиограмму из двух слов «Генрих Герц» на расстояние 250 метров, используя усовершенствованный вариант грозоотметчика, подключённый к телеграфному аппарату. В 1897 году Попов установил, что грозоотметчик может принимать сигналы на расстоянии до 5 км при использовании более мощного передатчика. В 1899 году, работая совместно с П. Н. Рыбкиным, Попов открыл эффект детектирования сигналов на основе контакта «сталь — ртуть», что позволило создать более чувствительный приёмник для радиотелеграфии.

Устройство и принцип действия

Основные компоненты

Грозоотметчик Попова включал следующие ключевые элементы:

• Когерер (трубка Бранли) — стеклянная трубка длиной около 10–15 см, заполненная металлическими опилками (сталь и серебро). В нормальном состоянии опилки обладали высоким сопротивлением (порядка мегаом), но под действием электромагнитной волны они «слипались», и сопротивление падало до нескольких сотен ом.
• Электромагнитное реле — включалось при снижении сопротивления когерера, замыкая цепь звонка.
• Электрический звонок — молоточек звонка при срабатывании ударял по когереру, встряхивая опилки и возвращая их в исходное состояние (восстановление чувствительности). Одновременно звонок издавал звуковой сигнал, указывающий на приём волны.
• Антенна — вертикальный провод, изолированный от земли, поднимался на высоту до 10–15 метров. Попов использовал мачты на здании Минного офицерского класса.
• Гальваническая батарея — источник питания для цепей когерера и реле (обычно сухие элементы или аккумуляторы).
• Регистрирующее устройство — в некоторых вариантах к звонку подключался самопишущий барабан, который фиксировал время и количество принятых сигналов на бумажной ленте.

Принцип работы

Принцип действия грозоотметчика основан на способности когерера изменять проводимость под воздействием электромагнитного поля. Когда в атмосфере происходил грозовой разряд, он генерировал мощный импульс электромагнитных волн, который распространялся на большие расстояния. Антенна улавливала эти волны и индуцировала в цепи когерера переменный ток. Под действием высокочастотного напряжения между частицами опилок возникали микроскопические искры, которые приводили к их свариванию (слипанию). Сопротивление когерера резко падало, через реле начинал течь ток, и реле замыкало цепь звонка. Звонок срабатывал, издавая звук, и одновременно молоточек встряхивал когерер, разрывая контакты между опилками и восстанавливая высокое сопротивление. После этого устройство было готово к приёму следующего сигнала.

Таким образом, каждый грозовой разряд вызывал однократное срабатывание звонка, что позволяло регистрировать отдельные разряды. Прибор мог работать в автоматическом режиме, не требуя постоянного наблюдения.

Применение и значение

Метеорология и изучение гроз

Основным назначением грозоотметчика было обнаружение и регистрация гроз на расстоянии. Попов установил, что прибор способен улавливать разряды на расстоянии до 30–50 км, что позволяло предупреждать о приближении грозы. В 1895–1896 годах грозоотметчики были установлены на метеостанциях в Кронштадте и Санкт-Петербурге. Они использовались для сбора данных о частоте и интенсивности грозовых разрядов, что способствовало развитию атмосферной физики. Однако широкого распространения в метеорологии прибор не получил из-за несовершенства и помех от других источников электромагнитных волн (например, от работы электрических машин).

Роль в развитии радиосвязи

Грозоотметчик Попова стал первым устройством, продемонстрировавшим возможность практического использования электромагнитных волн для передачи информации. Хотя сам Попов изначально не ставил целью создание радиосвязи, его прибор послужил основой для разработки радиоприёмника. В 1896 году, заменив звонок на телеграфный аппарат, Попов осуществил передачу первой радиограммы. В 1897 году он провёл опыты по радиосвязи между кораблями Балтийского флота на расстоянии до 5 км. В 1900 году, во время спасательной операции в Финском заливе, радиосвязь, организованная Поповым, позволила передать сообщение о ледовой обстановке и спасти экипаж броненосца «Генерал-адмирал Апраксин».

Приоритет в изобретении радио

Вопрос о том, кто изобрёл радио — Александр Попов или Гульельмо Маркони, — остаётся дискуссионным. Маркони подал патент на систему радиосвязи в 1896 году (патент Великобритании № 12039) и активно продвигал её коммерческое использование. Попов же не патентовал своё изобретение и опубликовал описание грозоотметчика в 1895 году, до заявки Маркони. В СССР и России приоритет Попова официально признавался, и 7 мая 1895 года считается датой изобретения радио. В международном масштабе приоритет часто отдают Маркони, однако вклад Попова в создание первого практически работающего радиоприёмного устройства не оспаривается.

Интересные факты

• Первый грозоотметчик Попова был собран из подручных материалов: когерер — из стеклянной трубки, звонок — от дверного замка, реле — кустарное.
• Попов использовал в качестве антенны медный провод, подвешенный к воздушному змею, чтобы поднять её выше.
• Прибор был настолько чувствительным, что реагировал на искры от электрических машин и даже на зажигание спичек рядом с антенной.
• В 1899 году Попов создал «телефонный приёмник депеш», который позволял принимать радиосигналы на слух, что значительно упростило радиосвязь.

Источники

• Попов А. С. «Прибор для обнаружения и регистрации электрических колебаний» (доклад на заседании РФХО, 7 мая 1895 г.).
• Изюмов Н. М. «Александр Степанович Попов и его изобретение радио». — М.: Наука, 1965.
• Кренкель Э. Т. «А. С. Попов — изобретатель радио». — М.: Связь, 1975.
• Радовский М. И. «Александр Попов». — М.: Молодая гвардия, 1964 (серия «Жизнь замечательных людей»).
• Шапкин В. И. «Радио: от грозоотметчика до цифрового вещания». — М.: Горячая линия — Телеком, 2016.