strona główna     -     okładka numeru     -     spis treści     -     archiwum fahrenheita     -     napisz do nas
 
Adam Cebula Para, nauka i obok
<<<strona 24>>>

 

Trochę zaklęć i alchemii
czyli
zbyt chaotyczne wprowadzenie do elektryki

 

 

Do tego kroku szykowałem się od dłuższego czasu, wiedząc, że bynajmniej do bezpiecznych nie należy. Otóż, jak słusznie GIN zauważył, bez elektryki świat byłby znacznie prostszy. Dziedzina ta, nieodmiennie przez wieki była atrybutem czarodziejów i bogów, Zeus wszak był właśnie Gromowładny. A grom był symbolem czegoś nieprzewidywalnego, o ogromnej mocy. Dlatego wiedza o elektryczności ma coś z alchemii. Elektronika, radiotechnika pozwalają robić rzeczy, o których ludzkość przez tysiąclecia mogła tylko marzyć. Na dodatek użytek z niej robią "bardzo niektórzy", wtajemniczeni. Dlatego przypominają ciut czarowników znających odpowiednie zaklęcia.

Wszyscy wiedzą, że historia badań zaczęła się co najmniej 2500 lat temu, gdy Grecy obserwowali zachowanie materiału zwanego elektronem, który był w istocie poczciwym polskim bursztynem znad Bałtyku. Uczciwie mówiąc, tego, co on robi, przyciągania kawałków podartych papierków, kociej sierści i innych śmieci za pomocą ładunku powierzchniowego, do dnia dzisiejszego dobrze nie wyjaśniono. Tak więc trudno powiedzieć o wkładzie bursztynu w badania elektryczności poza zapożyczeniem nazwy. By nie było niedomówień, wyjaśniam, że owszem, wiemy, że chodzi o siły elektryczne, lecz jaki mechanizm powoduje powstawanie owego ładunku, wiemy tylko mniej więcej z akcentem na mniej.

Prawdziwa historia elektryczności zaczyna się chyba dopiero w XVIII wieku, wtedy, gdy Luigi Galvani (1737-1798) buduje swoje ogniwo, bynajmniej nie z żab. Zrozumienie, jak to działa, zajęło ludziom jeszcze sporo czasu. Owszem, dość szybko wymyślono teorię na ten temat, ale do jej potwierdzenia potrzebna była atomistyczna teoria budowy materii, a tak naprawdę, wszystko zaczyna się zgadzać wraz z powstaniem energetycznego pasmowego modelu ciała stałego. Mniej więcej tak.

Po skórowaniu żab kolejnym etapem było zbudowanie całkiem porządnej baterii zwanej stosem Volty. (Alessandro Volta, 1745-1827).

Wszelako w tamtych czasach elektryczność była ciągle ciekawostką. Przyczyna banalna: wytwarzanie prądu było bardzo drogie, bo dostępne były jedynie elektrochemiczne źródła, czyli baterie. Właśnie ów stos Volty. Co prawda urządzenie to pozwalało na całkiem ciekawe i efektowne eksperymenty w stylu pokopania gości na nieco ekscentrycznym raucie, lecz niewiele ponad to.

Przełomu dokonał dopiero Michael Faraday (1791-1867). Cóż takiego zrobił? Zasadniczo zmajstrował najlepsze urządzenie do produkcji prądu, czyli prądnicę, jak się można spodziewać.

Elektryczność stała się swego rodzaju alchemią cywilizacji, pozwalając wydobywać przydatność z rzeczy do tej pory całkowicie bezużytecznych. O tym mówi się bardzo mało, a jest to chyba jeden z najważniejszych wyznaczników postępu. Coś, co do tej pory leży albo odłogiem, albo nawet zawadza, staje się przydatne. Bodaj najbardziej znaczącym przykładem mogą być chyba elektrownie wodne. Pozwalają one z energii, która w danym miejscu na wiele się nie zda, wyprodukować prąd i rozesłać go na przykład na wielkie odległości do wielkiej liczby żarówek rozmieszczonych w bardzo różnych miejscach. Do czasu, gdy nie było prądnicy zbudowanej dzięki eksperymentom Faraday’a, nie było za bardzo pomysłu, co robić z masami spadających wód. Owszem, próbowano budować w pobliżu miejsc, gdzie można było uruchomić wodne koła, jakieś zakłady, ale zazwyczaj koszty transportu powodowały, że całość bardzo kiepsko się opłacała. Rzadko zdarzały się miejsca, w których takie inwestycje przetrwały. Teraz mamy praktycznie wszędzie gdzie to możliwe zapory i turbiny.

Chwila zadumy należy się nad tym, że bardzo prosty do wyprodukowania i zamontowania przedmiot, zwykły kawał drutu, pozwala uruchomić w dowolnym miejscu silnik wiertarki powiedzmy 600 watów, tyle ile przez chwilę rozwinie 3 silnych facetów. Przedmiot który jest dramatycznie łatwiejszy w eksploatacji niż stosowane wcześniej w podobnym celu –przenoszenia mocy – pasy i wały.

Gdzieś w tych okolicach jest dobre miejsce na bliższą humanizmowi refleksję na temat technologii elektrycznej. Bodaj najpierwszą rzucająca się w oczy cechą jest prostota. Cud nauki i techniki XIX wieku, czyli prądnica, jest właściwie do zrobienia przez wiejskiego kowala. I to niekoniecznie jakiegoś szczególnie zdolnego. Prądnica jest, w porównaniu z pierwszym lepszym używanym w tamtych czasach mechanizmem, diabelnie prosta. Przede wszystkim nie ma praktycznie współpracujących ze sobą mechanicznych części. Nie ma zębatych kół, jakich sporo, czy to w zegarze, czy w młynku do odwiania plew od zboża. W najprostszym wydaniu będzie to obracający się magnes z umieszczonymi wkoło cewkami. Z jakichś dziwnych powodów w szkole mamy zwykle model prądnicy prądu stałego ze skomplikowanym komutatorem, z wirującym uzwojeniem, które wymaga sporo uwagi przy wywarzaniu, aby przy szybkich obrotach nie było "bicia". Jednak można prościej. Co więcej, taka konstrukcja praktycznie się nie zużywa. Owszem, mamy dwa łożyska, ale to są właśnie części, które można po pewnym w praktyce długim czasie wymienić i maszyneria będzie działa dalej.

Tym, co jest najbardziej narażone na uszkodzenia w elektrowni wodnej, jest wirnik turbiny, koło wodne. Coś, czego wytwarzanie ludzie mieli dobrze opanowane, natomiast sam generator będzie pracował i 100 lat, aż zostanie w końcu wyniesiony do muzeum techniki.

Podobnie sprawy mają się z innymi urządzeniami. Transformatory wykonane 50 – 70 lat temu, dziś działają równie dobrze co i w chwili opuszczenia fabryki. Oczywiście, urządzenia te starzeją się, część z nich ulega awarii, ponieważ luźne fragmenty uzwojenia "telepią się" na skutek działania sił elektrodynamicznych i czasami dochodzi do uszkodzenia izolacji i zwarcia. Jednak łatwo temu zapobiec, zalewając cewki np. parafiną. Takie elementy jak kondensatory, to zwyczajnie kawałki bardzo cienkiej folii metalowej przedzielonej izolatorem w postaci papieru olejowego, współczesne mają izolator z folii z tworzywa sztucznego, wytwarza się kondensatory ceramiczne, a te jak garnki, mogą przetrwać stulecia.

Alchemiczność elektryczności objawia się w jej tajemniczości.

Faraday odkrył, że wystarczy machać magnesem w pobliżu cewki, by wyindukować w niej napięcie. Drobiazg, nie znano wtedy jeszcze tego pojęcia, ale o tym potem. Bodaj ciekawszym słówkiem jest "wyindukować". To oznacza bowiem jakieś oddziaływanie na odległość bez dotykania. Nie chodzi bynajmniej tu o lingwistyczne rozważania, ale o czysto fizyczne zjawisko, które zaczęło trapić filozofów: co mianowicie oddziałuje? By uniknąć kłopotliwej tajemnicy, zaczęto mówić o polu magnetycznym. Jednak zastąpienie "niczego", faktycznie pustej przestrzeni, kolejnym terminem jest tak naprawdę tylko maskowaniem naszej niewiedzy. Sęk bowiem w tym, że inaczej nazywamy takie samo zjawisko. Istnienie pola magnetycznego można wykryć tylko poprzez wykonanie eksperymentu, takiego właśnie jak pomachanie magnesem w pobliżu cewki, albo wsadzenie w jego pobliże kompasu. Mówienie o oddziaływaniu poprzez pole jest przyznaniem się do tego, że, kurna, o co chodzi, to nie bardzo wiemy.

Jak to się dzieje, że poprzez kawałek drutu możemy oddziaływać na odległość? Możemy wzruszyć ramionami, wiadomo płynie prąd i już. Drobny szczegół. Nośniki ładunku, elektrony, o których mam nadzieję wszyscy dobrze wiedzą czym są, poruszają się w przewodach z bardzo małymi prędkościami, najwyżej są to jakieś centymetry na sekundę. Tym, co przenosi moc z jednego miejsca w drugie, jest pole elektryczne: znowu oddziaływanie "niczego". Możemy czasem wynieść ze szkoły wiedzę, że wewnątrz metalowych przedmiotów nie ma pola. Owszem, nie ma pól przy braku przepływu ładunków. Tak jest w elektrostatyce. W drucie z prądem jest słabe pole elektryczne i to ono rozchodzi się z nieskończoną (trochę mniejszą niż prędkość światła w próżni) dla większości technicznych zastosowań prędkością. To właśnie spowodowało, że dało się pięknie zbudować telegraf z drutem.

Dlaczego w drucie ładunki są tak leniwe? Bo jest ich tam straszna ilość w porównaniu z przenoszonym ładunkiem. Doszliśmy do takiego etapu, że trzeba coś uporządkować. Czym w ogóle jest "prąd"? W przypadku drutu można dość obrazowo powiedzieć: ruch elektronów, które dzięki specyficznej budowie metali mogą się w nich dość swobodnie przemieszczać, w ogólności ruch ładunków ujemnych lub dodatnich . Ładunek zaś to ilość elektronów, ich nadmiar lub brak. Materia jest zasadniczo elektrycznie obojętna. W jednostce objętości znajduje się tyle samo dodatnio naładowanych protonów tworzących jądra atomów i elektronów, które wokół nich krążą. Grecy, pocierając kawałki bursztynu, przenosili z miejsca na miejsce elektrony z zewnętrznych powłok atomowych tak, że powstawał ich nadmiar lub gdzieś ich brakowało. Wówczas bursztyn się ładował. Rozważania te ani trochę nie są ścisłe (nie należy podpierać się niniejszym tekstem przed egzaminem). Dwa zasadnicze pojęcia charakteryzujące prąd dadzą się dzięki powyższym rozważaniom dość łatwo uchwycić. Natężenie prądu wyrażane w amperach to ilość ładunku przepływająca w ciągu sekundy przez przewodnik. Zamiast pojęcia natężenia można by używać tych elektronów/sekunda, tyle że byłoby to niewygodne. Natomiast napięcie informuje nas, z jaką siłą działa pole elektryczne na elektron w przewodniku. Aby wyliczyć tę siłę, potrzebujemy jeszcze rozmiaru przewodnika i pewności, że pole jest jednorodne. Zazwyczaj porządnie wyliczyć się nie da i najczęściej nie jest to do niczego potrzebne. Pole elektryczne przy kilku tysiącach woltów potrafi ruszać przewodami. Warto to także wiedzieć, że wielkości elektryczne daje się przełożyć czasami na czysto mechaniczne.

Tak czy owak, poznawanie zjawisk elektrycznych to niezły magiel dla naszej wyobraźni. Co rusz stykamy się tu ze zjawiskami, przeciw którym buntuje się całe nasze dotychczasowe doświadczenie.

Zapewne tu jest jedna z przyczyn trudności, jakie są ze zrozumieniem wszystkiego, w co elektryczność jest zamieszana. Oddziaływanie na odległość bez fizycznego pośrednika jest czymś magicznym, z czym w codziennym życiu się nie spotykamy. Generalnie zjawiska elektryczne są zupełnie nieintuicyjne, na dodatek zrozumienie ich wymaga konsekwentnego stosowania wielu zasad, które same w sobie nie są łatwe. Mimo tego jednak popędzimy naprzód kolejnego dramatycznego przełomu eksperymentalnego dokonał Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894).

Opierając się na tym, co wydumał James Clerk Maxwell (1831-1879), zmajstrował pierwszy w świecie zestaw nadajnika i odbiornika fal elektromagnetycznych zwanych dziś trywialnie falami radiowymi. Hertz oczywiście nie miał lamp elektronowych, żadnych diod, niczego, co zalega dziś pokładami szuflady przeciętnego elektronika czy radioamatora. Musiał być sprytny. Fale wymagały bardzo szybkich oscylacji, te zaś bardzo szybkich zmian w obwodzie elektrycznym. Uzyskał je dzięki wyładowaniom, iskrom elektrycznym.

Banalnym układem mechanicznym, który jest ulubionym przedmiotem badań studentów (powiedzmy prawdę, bynajmniej nie ulubionym przez studentów), są wszelkiego rodzaju "dyndawki". A to wahadło matematyczne, a to wahadło rewersyjne, sprężynowe. Można do rejestru dołączyć zwyczajną huśtawkę: przyda się. Przypomnijmy sobie także, że istnieje kamerton. Nie znajdziemy w podręcznikach, a przynajmniej bardzo rzadko, chwili zastanowienia nad tym, dlaczego w kamerton trzeba stuknąć, strunę gitary szarpnąć, huśtawkę rozbujać.

Hertz zmajstrował coś na kształt elektrycznej huśtawki. O ile prawdą jest, jak gdzieś dawno temu wyczytałem, że uzyskane przez niego fale miały długość około 3 mm, to dyndała się ona z częstotliwością jakiś 100 GHz . Inaczej mówiąc, wykonywała 100 miliardów pełnych wahnięć w ciągu sekundy. Tak uczciwie mówiąc, chyba dość trudno przypisać maszynerii określoną częstotliwość, lecz tego rzędu wielkości wchodzą w grę. Oczywiście skonstruowanie makroskopowego układu mechanicznego o takich właściwościach jest całkowicie niemożliwe. Tymczasem od tego typu urządzenia zaczęła się historia radia.

Cichym bohaterem jest iskra elektryczna, dzięki której można uzyskać zmiany natężenia prądu o tak krótkim okresie, rzędu 1 stumiliardowej sekundy. To właśnie pozwoliło rozhuśtać elektryczny oscylator. Huśtawkę możemy rozbujać ręcznie, popychając do przodu i do tyłu. Ze struną gitary się nie uda ta sztuka. Ręka nie potrafi jej popychać z częstotliwością kilkuset razy na sekundę. Możemy ją tylko szarpnąć lub potrącić. Otóż właśnie: elektryczność pozwoliła na coś, co innymi metodami zupełnie się nie daje. Iskra elektryczna działa na elektryczny obwód drgający, jak szarpnięcie na strunę. Co ciekawe, nie da tego samego efektu np. wyłącznik elektryczny. Na pierwszy rzut oka przerywa on przepływ prądu "natychmiast", lecz w rzeczywistości, dla takich częstotliwości, jest za leniwy.

Do tej pory mieliśmy do czynienia raczej z elektrotechniką, gdyby ktoś nie wiedział. W tym momencie historii mieliśmy wszystko, co trzeba, aby zacząć rozwijać kolejną dziedzinę techniki: elektronikę, albo radiotechnikę, która z fal Hertza, o których był raczył wyrazić się, że na pewno do niczego się nie przydadzą, zrobi wielki biznes. Dwa zbliżone do siebie, lecz przedzielone izolatorem przewodniki, to kondensator. Jeśli nawiniemy przewód na szpulę, to otrzymamy cewkę. Z cewki i kondensatora możemy zbudować obwód drgający. Z drutu o specjalnie dobranym składzie budujemy oporniki. Potrzebny był jeszcze transformator. Nie całkiem konieczny, ale ułatwiał sprawę. Mieliśmy także iskrownik, czyli zwyczajną przerwę pomiędzy dwoma przewodami. Antena, coś, co emituje fale radiowe, to kawał drutu. Jak działa, uświadomiono sobie prawdopodobnie znacznie później, kiedy nauczono się je budować tak, że działała dobrze. Transformator to dwie cewki, zazwyczaj nawinięte jedna na drugiej, albo na wspólnym magnetowodzie. Magnetowód w najprostszej postaci zrobił Faraday w postaci pierścienia z miękkiego żelaza. Transformator, zwany czasem cewką wysokiego napięcia, pozwalał w łatwy sposób uzyskiwać napięcia, dzięki którym w iskrowniku skakała pomiędzy przewodami iskra.

Guglielmo Marconi (1874-1937), mając te elementy, zabrał się do skonstruowania pierwszego radia. Bodaj największym technicznym problemem był odbiór. Z jednej strony, z nadajnika od odbiornika docierała mikroskopijna ilość energii, z drugiej, wzbudzany w obwodach prąd był oscylacjami o wysokiej częstości. Co prawda wielokrotnie mniejszej niż w doświadczeniu Hertza, lecz było to kilkaset tysięcy zmian kierunku przepływu na sekundę, jak dziś mówimy kilkaset kiloherców. Detekcję takich prądów prowadzono za pomocą "wykrywacza burz" – koherera. Była to zwykła rurka wypełniona żelaznymi opiłkami. Pod wpływem drgań elektrycznych opiłki łączyły się i ich opór malał tak, że ruszał np. włączony w szereg z rurką dzwonek elektryczny. Aby można było odebrać następny sygnał, trzeba było potrząsnąć rurką. Tak mniej więcej wyglądały początki oszałamiającej kariery radia. W 1896 Marconi nawiązywał łączność na odległość 3 km, w roku 1901 nawiązał łączność przez Ocean Atlantycki. Za swoje osiągnięcia otrzymał w 1909 (wraz z K.F. Braunem) Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Kolejnym krokiem było zbudowanie lampy elektronowej: w 1904 roku – diody przez regularnego uczonego Anglika Johna A. Fleminga , i w 1906 przez technika kinowego Amerykanina Lee de Foresta – triody. Gdy spojrzeć na rzecz okiem konstruktora ówczesnych urządzeń radiowych, to lampy elektronowe komplikowały ich budowę. Zarówno trioda, jak i dioda, wykonywały tylko część funkcji koherera. Jednak dały coś, czego urządzenia mechaniczne dać nie mogły: łatwość obsługi. Dioda lampowa, włączona w obwód szybkozmiennego prądu, przepuszczała go tylko w jednym kierunku. Można było zasilić słuchawki. Trioda robiła coś fantastycznego: wzmacniała odbierane sygnały. Ta własność zadecydowała o fantastycznym rozwoju elektroniki.

Warto sobie uzmysłowić, że współczesne odbiorniki radiowe właściwie bez trudu odbierają sygnały z anteny o napięciu 1 mikrowolta, to jest jednej milionowej wolta. W bateriach typowym napięciem jest 1,2 wolta. Aby ruszyć typowe słuchawki telegraficzne, potrzeba kilku tysięcznych części wolta, jednak dzięki urządzeniom wzmacniającym jest właściwie obojętne, czy słuchamy na głośnik, który potrzebuje kilku woltów, czy za pomocą owego dziwnego urządzenia.

Słuchawki, coś, co właściwie w swej pierwotnej konstrukcji jest już przeszłością, to także swego rodzaju techniczny ewenement. Dzięki temu, że udało się zmajstrować coś skutecznego prostego i odpornego, radio prawdopodobnie w pierwszym okresie zaczęło robić niesamowitą karierę. Co takiego niesamowitego jest w tym popularnym sprzęcie? "Prawdziwe" słuchawki telegraficzne składały się z elektromagnesu i membrany wykonanej z żelaznej blachy. Trudno o prostszą konstrukcję. Miała wszakże swą tajemnicę. Masa blachy była tak dobrana, że rezonowała, "dzwoniła" przy częstotliwości ok. 800 Hz. Dokładnie tam, gdzie ucho ma maksimum czułości. Także wielkość membrany była specjalnie dobierana, by najlepiej przetwarzać dostarczaną moc elektryczną na akustyczną. Nie wiem kiedy wynalazek osiągnął techniczną doskonałość, egzemplarze, które oglądałem w najstarszych wykonaniach, pochodziły już okresu dojrzałego przedwojennego radia, lecz działało to naprawdę rewelacyjnie. Osłabiało zakłócenia, podnosiło zrozumiałość zarówno mowy jak i sygnałów telegraficznych. Słuchawki pozwalały uniknąć w konstrukcji jednej dwu lamp. Obniżało to cenę i konstrukcji, i eksploatacji, bo były czasy, gdy odbiorniki potrzebowały drogich baterii anodowych.

Elektronika, podobnie jak elektrotechnika, uprościła wiele spraw, zmniejszyła dramatycznie nakłady pracy. Co więcej, stała się technologią powszechnie dostępną. O ile do wytworzenia koła zębatego potrzebne są specjalne urządzenia i bez precyzyjnej obróbki nie ma właściwie co marzyć o rozpoczęciu pracy, to do zrobienia jakiegoś elektrycznego urządzenia najczęściej wystarcza wiedza "jak to działa".

Paradoksalnie, wykonanie przeciętnej pozytywki jest, bez dobrze wyposażonego warsztatu, niemożliwe. Najprostsze radio mógł wykonać praktycznie każdy. Zasadnicze części, lampy, były częściami zamiennymi. Najbardziej specjalistycznym sprzętem potrzebnym do wykonania tego zadania była lutownica.

Jednak istniała bariera zrozumienia. Radiotechnicy posługiwali się tajemniczymi aparatami pomiarowymi, woltomierzami, amperomierzami, musieli na podstawie ich wskazań umieć wysnuwać właściwe wnioski. Powiedzmy sobie szczerze, że to właśnie stanowi do dnia dzisiejszego ogromną przeszkodę.

Układy elektroniczne są złożone. Mimo tego, że nic się tam nie kręci, nie suwa jak w maszynie parowej, znajdziemy tam bardzo wiele funkcjonalnych kawałków. Przeciętne radio miało na przykład jakieś układy żarzenia katod lamp, układy zasilania anod, układ strojenia, detekcji, wreszcie wzmocnienia sygnału akustycznego, w nim najbardziej znajomy: potencjometr regulujący głośność. Praktycznie bez znajomości działania każdego fragmentu, trudno było zacząć skuteczne grzebanie w drutach. Pilnie strzeżoną tajemnicą elektroników jest to, że każde urządzenie składa się z elementarnych klocuszków, i że daje się na nie rozebrać.

Tak zapewne doszło do powstania kolejnego elementu alchemicznego obrazu: tajemniczego języka schematów elektronicznych, które mogą zrozumieć tylko wtajemniczeni. Konieczność, a nie kaprys, nie chęć odgrodzenia się murem niezrozumienia od mas. Faktycznie, tego samego rodzaju schematy znajdziemy w dokumentacji urządzeń czysto mechanicznych, jednak zapewne działanie przekładni i sprzęgieł jest dużo bardziej intuicyjne, choć taki dyferencjał w swoim czasie był sztandarowym kładącym pytaniem na egzaminie na prawo jazdy.

Tak czy owak, by zrozumieć działanie radia, musimy czytelnie na kawałku papieru nasmarować, co z czym jest połączone, w tym celu wyprostować przewody i poprowadzić symbolizujące je kreski tak, żeby od razu było wiadomo do czego prowadzą. Co więcej, warto podzielić całość na funkcjonalne bloki. To prowadzi do powstania schematu blokowego. Prawdą jest także, że schematu urządzenia elektronicznego nie przeczyta osoba, która nie przeszła odpowiedniego treningu. Diabli wiedzą dlaczego tak jest, trenowałem... zapomniałem. Chodzi chyba o to, żeby umieć sobie podzielić plątaninę symboli i kresek na funkcjonalne fragmenty, podobnie jak w czytaniu zwykłego pisma, czy graniu z nut, umieć wychwytywać typowe fragmenty i koncentrować się na elementach nietypowych.

Elektronika pozwala nam na wykonywanie kilku powszechnie potrzebnych operacji, które wbrew chyba powszechnemu przekonaniu są do wykonania innymi metodami, jednak rezultaty okażą się o wiele kiepściejsze. Po pierwsze: wzmacnianie sygnałów. Na ogół schemat działania jest taki, że mamy przetwornik czegoś na sygnał elektryczny i dopiero w takiej formie cokolwiek się z nim robi. Tak najprościej mamy mikrofon, z niego płynie prąd odwzorowujący drgania, które dotarły do membrany, i dalej stoi jakaś elektronika w skrzynce, do której znowu podłączamy na przykład wielką szafę, zwaną kolumną głośnikową. Ta dokonuje ponownej konwersji sygnału elektrycznego na akustyczny. Można się posłużyć zupełnie inną instalacją i takie urządzenia były podobno wykonywane. Na przykład membrana poruszała zawór, który regulował przepływ powietrza w rurze. Tą metodą niemal bezpośrednio zamieniano sygnał akustyczny na akustyczny o większej mocy. Wystarczyło rurę z powietrzem doprowadzić do tuby (zwanej czasem tubą wykładniczą) i ponoć dobrze było słychać co trzeba. Jednak rozwiązanie się nie przyjęło, widać było kiepskie. Na oko można wyliczyć szereg prawdopodobnych wad: na przykład ograniczone pasmo przenoszenia. Trudno sobie wyobrazić, by taki zawór był w stanie skutecznie drgać z częstotliwościami rzędu 12 tysięcy wychyleń na sekundę (12 KHz).

Inną operacją, jaką bardzo łatwo przeprowadzić za pomocą układów elektronicznych na przebiegu, jest wycięcie określonego pasma częstotliwości. Te obie operacje razem powodują, że możemy budować wszelkiego rodzaju fantastyczne maszyny radiowe. Ile razy można wzmocnić sygnał elektryczny? Wyjaśnienie tej kwestii nie jest całkiem proste, trzeba bowiem jeszcze wyjaśnić, o jakie wzmocnienie chodzi. Jak już wspomniałem, sygnały z anteny mają napięcia na poziomie 1 milionowej wolta. Sygnał dobiegający do głośnika ma około wolta. Wzmocnienie napięciowe spokojnie sięga miliona razy. Wszelako możemy się oszukać. Powszechnie znane urządzenie, zwane transformatorem, zmienia wartość napięcia i wsadzeniem transformatora w obwód moglibyśmy udawać wzmocnienie. Próba zasilenia głośnika w ten sposób wprost z anteny skończyłaby się fiaskiem, bowiem moc, jaka dociera do anteny odbiornika, zazwyczaj jest diabelnie mała, tymczasem tak naprawdę jakiekolwiek skutki powoduje właśnie dostarczenie odpowiedniej mocy. Tak więc interesuje nas wzmacnianie mocy. W naszym przypadku sygnału na poziomie jednego mikrowolta stosunek mocy dostarczonej do głośnika do tej dobiegającej z anteny wynosi jakieś 10 do potęgi 12 czyli drobne 1000 miliardów.

Na tym poziomie zaczynają się "schody" ze wzmacnianiem, albowiem wielkość sygnału zrównuje się z szumami i zakłóceniami, które docierają do wejścia odbiornika. Ale, niech żywi nie tracą nadziei. Dzięki przeróżnym sztuczkom, do których należy polewanie ciekłym azotem, udaje się jeszcze co nieco wydusić z elektryki.

Jedną z najlepszych metod walki z zakłóceniami jest właśnie ograniczone pasmo przenoszenia. O co chodzi, można wyjaśnić, posługując się może bardziej intuicyjnym pojęciem selektywności odbiornika radiowego. Chodzi o to, by odbierać dokładnie jedną stację, tę, do której dostroiliśmy się, a żeby nawet silna bliska lokalna stacja była całkowicie "wycięta". Osiągnięcie tego efektu wymaga opanowania sztuki budowania wszelkiego rodzaju obwodów drgających. Ażeby elektroniczne układy miały ochotę drgać ze ściśle określonymi częstościami i to jeszcze na dodatek od – do. Inaczej mówiąc, trzeba umieć zbudować huśtawkę, która rozbuja się, powiedzmy, przy 1 popchnięciu na sekundę, prawie tak samo będzie się kiwać przy popychaniu co 1.01 sekundy i prawie wcale przy 0.99 i 1.02 sekundy.

Jaki jest poziom trudności technicznych, może zilustrować taki przykład. Napięcia indukowane w antenach krótkofalowych przez silne lokalne stacje mogą sięgać nawet dziesiątek woltów. Nie mówimy tu o przypadku, gdy mamy sąsiada krótkofalowca, wtedy zaświeci żarówka podłączona do kawałka drutu. To napięcie stacji lokalnej (odległego czasem o kilkanaście kilometrów nadajnika) trzeba stłumić do poziomu ułamków mikrowolta, żeby audycja naszej słabej stacji była słyszalna. W praktyce przydałoby się, aby, powiedzmy, przy częstotliwości 10 MHz (10 milionów drgań na sekundę) osiągnąć taki efekt dla różnicy częstotliwości nadawania 1000 Hz. A więc dla różnicy częstotliwości wynoszącej 0.01 procenta. Jeśli wrócić do naszego huśtawkowego przykładu, to dla 1.01 popchnięcia na sekundę powinna się ona dyndać z amplitudą 10 metrów, gdy częstotliwość popchnięć zmieni się do 1.02 sekundy, amplituda musi zmaleć do 1/100 milimetra: wychyleń nie będzie w ogóle widać. Takie sztuczki są możliwe w układach elektronicznych.

Dzięki takim możliwościom radiotechnika bardzo szybko wkroczyła do wojska. Pierwsza radiowa potyczka została stoczona już w 1905 roku. Ale to już historia na całkiem osobny artykuł.

 




 
Spis treści
451 Fahrenheita
Literatura
Od Redakcji
Bookiet
Recenzje
Zatańczysz pan...
Spam(ientnika)
Hormonoskop
Wywiad
W. Świdziniewski
Andrzej Pilipiuk
Paweł Laudański
Piotr K. Schmidtke
Tomasz Pacyński
Adam Cebula
Romuald Pawlak
Adam Cebula
Konrad Bańkowski
Adam Cebula
Zbigniew Zodaj
Tomasz Olczyk
Jerzy Grundkowski
Grzegorz Czerniak
Piotr Lenczowski
Miłosz Brzeziński
XXX
Dominika Materska
EuGeniusz Dębski
 
< 24 >