Ежегодно 7 мая в России отмечается День радио. Откуда взялся этот праздник, кто изобрел радиоприемник и почему радиоволны проходят сквозь стены? На вопросы отвечает Артём Коновальчиков, ассистент кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР).
Что такое радио?
Радио — это способ беспроводной передачи информации на расстояние с помощью электромагнитных волн. Причем это может быть любой вид информации, будь то новости, музыка или видео — все можно отправлять и получать по воздуху, без каких-либо проводов или кабелей.
Кто изобрел радио?
Изобретателями радио можно считать сразу нескольких ученых, которые работали одновременно, но независимо друг от друга и не зная о работах других. Например, в Европе считают, что радио изобрел Гульермо Маркони, в США — Никола Тесла, а в России — Александр Попов.
В отличие от Николы Теслы и Гульермо Маркони, Александр Попов не патентовал свои изобретения и не пытался получить от них прибыль, поэтому не имеет должного признания за границей.
Почему День радио отмечают именно 7 мая? Что произошло в этот день?
В этот день в 1895 году Александр Попов впервые представил изобретенный им приемник электромагнитного сигнала (это случилось на заседании Русского физико-химического общества в Петербургском университете). Но на этом история не заканчивается.
Немного позднее русский ученый опубликовал статью в научном издании о созданном им приемнике электромагнитных колебаний, которые могли передаваться на расстояние до 60 метров. Спустя два года Александр Попов успешно произвел прием сигнала из четырех букв — «ГЕРЦ» — уже на расстояние более 250 метров от передающей станции. С помощью своих изобретений ученому удалось показать: информацию можно передавать на большие расстояния, не используя никаких проводов! До этого люди использовали телеграф, для которого нужно было прокладывать провода, что было дорого и неэффективно. Изобретение Попова неизбежно вошло в историю и стало ключевым событием в развитии радиосвязи по всему миру. Оно послужило прототипом для последующих радиоприемников.
Впервые такой радиоприемник применили в Российском военном флоте. Устройства Попова и его ассистента, радиотехника Петра Рыбкина, использовали, чтобы находить бури и грозы. В 1902 году Попову удалось установить радиосвязь между береговыми службами, маяками и кораблями на Черном море.
Вскоре радио стало уже неотъемлемой частью жизни миллионов людей, заменяя газеты и даже театры, концертные залы. Разработки ученого до сих пор используются в морской навигации и радиоастрономии. Более того, современные средства связи, в том числе интернет, Wi-Fi и Bluetooth, немыслимы без радиоволн, вклад в открытие которых сделал Попов.
Каким было первое устройство для радио?
Если говорить о приемнике Попова, то это было устройство, которое обнаруживало и регистрировало сигналы беспроводного телеграфа.
Этот приемник состоял из следующих элементов: антенна (вертикальный провод, подвешенный в воздухе, улавливающий радиоволны), когерер (прибор, обнаруживающий радиоволны и заполненный металлическими опилками, которые слипаясь увеличивали свою проводимость), реле (электромеханическое устройство, которое включало звонок или записывающее устройство при обнаружении сигнала когерером), а также батарея в качестве источника питания.
Работал этот приемник так: батарея создавала электрический ток в цепи, к которой был подключен когерер и звонок. Но этот звонок не звенел, так как у когерера было большое электрическое сопротивление. Но когда на антенну попадала электромагнитная волна, в ней также появлялся электрический ток. И вот тогда ток, который проходил одновременно от антенны и источника питания, оказывался достаточно большим — в этот момент проскакивала искра, опилки когерера спекались, и по прибору проходил электрический ток. Вот тогда звонок и начинал звенеть.
Помимо звонка у этого приемника был еще специальный ударный механизм. Он ударял одновременно по звоночку и когереру, тем самым встряхивая когерер. Когда проходила электромагнитная волна, звонок звенел, а когерер встряхивался: опилки в нем рассыпались, а сопротивление снова увеличивалось. Из-за этого электрический ток переставал протекать по когереру, а звонок переставал звенеть — до следующего приема электромагнитной волны.
Радиоволны и электромагнитные волны — это одно и то же? Как они проходят сквозь стены?
Радиоволны — это частный случай электромагнитных волн, который охватывает только часть электромагнитного спектра. А электромагнитные волны включают в себя все диапазоны частот и длин волн, от радиоволн до гамма-лучей.
Электромагнитные волны могут проходить сквозь стены благодаря своим свойствам. Некоторые типы электромагнитных волн (в том числе радиоволны, а также микроволны, инфракрасные лучи и даже часть видимого света) обладают хорошей проникающей способностью через определенные материалы, включая стены. Все благодаря длине и энергии этих волн: они позволяют проникать через материалы без особых потерь, не вызывая значительного поглощения или отражения.
При этом стены обычно состоят из материалов с относительно низкой плотностью: например, дерева, гипсокартона, кирпича или бетона. Электромагнитные волны могут легко проходить через эти материалы, поскольку между атомами и молекулами стен достаточно пространства для прохождения волн.
Где сейчас используют радиоволны? Их передают только по радио?
На самом деле радиоволны широко используются во многих сферах. Современную жизнь невозможно представить без устройств, способных перехватывать сотни миллионов радиоимпульсов.
Радиоволны используются в беспроводной связи для передачи данных между устройствами: мобильные сети (сотовая связь), беспроводной интернет (Wi-Fi), беспроводные технологии передачи данных, такие как Bluetooth и NFC. А также для распространения радиопрограмм и телевизионных сигналов. Спутниковые системы, такие как GPS, ГЛОНАСС и Galileo, тоже используют радиоволны — для определения местоположения и навигации.
Еще с помощью радиоволн можно находить объекты, определять их расстояние и направление движения. Это применяется в военных и гражданских системах радиолокации, а также в беспилотных летательных аппаратах и автономных автомобилях. В медицине радиоволны используют для диагностики и лечения различных заболеваний. Например, в медицинской радиологии используются радиоволны для создания изображений тела (с помощью МРТ, магнитно-резонансной томографии).
Кроме того, радиоволны играют ключевую роль в астрономических исследованиях: с их помощью ученые исследуют космические объекты и явления, например черные дыры, галактики, космические излучения.
Все это лишь несколько примеров того, как используют радиоволны в современном мире. Беспроводной интернет, цифровое телевидение, банковские карты и множество других технологий, на которых строится наш образ жизни, имеют свои корни в историческом моменте 7 мая 1895 года, когда выдающийся физик Александр Попов представил устройство, повлиявшее на технический прогресс того времени.
Что нового сейчас разрабатывают в этой области?
С радиотехнологиями тесно связан так называемый интернет вещей: когда физические объекты оборудуют специальными сенсорами, позволяющими собирать данные и обмениваться ими через интернет. Эти технологии используют для беспроводной связи между этими устройствами и центральной системой управления.
Например, наверняка вы слышали об «умных» домах, где термостаты, освещение, камеры безопасности и бытовые приборы можно подключить к интернету и управлять ими удаленно.
Еще есть промышленные системы мониторинга и управления, где c помощью сенсоров собираются данные о производственных процессах и оборудовании, чтобы повысить их эффективность; или медицинские устройства, например мобильные датчики здоровья. Они позволяют передавать данные о состоянии здоровья пациентов в режиме реального времени.
Анна Шиховец