Как настраиваются на волну

Для того чтобы множество станций могло вести передачи, не мешая друг другу, каждой из Них выделена строго определенная частота или длина волны. А чтобы принять одну из этих передач, в приемнике есть специальное устройство — колебательный контур (рис. 6). Он представляет собой замкнутую цепь, состоящую из катушки индуктивности и конденсатора. Катушка (ее иногда называют индуктивностью) — это свитый в спираль провод, а конденсатор — близко расположенные металлические пластины, на которых можно собирать заряды и накапливать, таким образом, электрическую энергию.

Если присоединить батарею к пластинкам конденсатора, на нем появятся электрические заряды. Пластина, соединенная с отрицательным полюсом, зарядится отрицательно, а соединенная с положительным — положительно. На пластинах появится электрическое напряжение, которое будет возрастать, пока не сравняется с напряжением батареи. Тогда конденсатор окажется заряженным до предела, соответствующего его электрической емкости, т. е. способности запасать электрические заряды. Чем больше емкость конденсатора, тем больше зарядов «войдет» в него при данном напряжении, тем больше электрической энергии сосредоточится в электрическом поле между пластинами.

Запасенная энергия останется в конденсаторе и после отключения батареи. Если заряженный конденсатор присоединить к катушке индуктивности, запасенная энергия вызовет протекание электрического тока через катушку: по ней потечет разрядный ток конденсатора.

Вокруг всякого проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Появляется оно и вокруг катушки. Электрическая энергия конденсатора превращается в катушке в магнитную энергию электрического тока. В тот момент, когда конденсатор разрядится, магнитное поле достигает наибольшего значения и начинает убывать, пронизывая витки катушки.

Энергия, запасенная магнитным полем, разумеется, не может исчезнуть бесследно, она должна перейти в другой вид энергии. Согласно закону магнитной индукции, уменьшающееся магнитное поле катушки создает в ней электродвижущую силу, которая препятствует исчезновению поля. Эта сила создает ток, который начинает снова заряжать конденсатор. Но этот зарядный ток будет течь уже в обратную сторону. Конденсатор вновь зарядится, но его пластины как бы поменяются местами: положительная зарядится отрицательно, отрицательная— положительно. Зарядившийся конденсатор снова начнет разряжаться через катушку. Однако разрядный ток в цепи потечет уже в другом направлении. Вокруг катушки появится магнитное поле, и процесс повторится в той же последовательности.

Электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора, называется замкнутым колебательным контуром. В нем происходит периодическое перемещение электрических зарядов (т. е. движение тока) в противоположных направлениях. Конечно, со временем колебания тока в контуре прекратятся подобно тому, как постепенно затухают колебания маятника. Ведь провода, из которых сделан контур, обладают электрическим сопротивлением. Часть энергии при каждом колебании затрачивается, чтобы преодолеть это сопротивление, и превращается в тепло. Это основная причина энергетических потерь в контуре.

От чего же зависит частота электрических колебаний в контуре? Период колебания маятника, например, связан с его длиной. Чем больше длина, тем больше период, тем медленнее качается маятник. В часах ходиках, например, период равен 0,5 секунды, а самый большой маятник, подвешенный под 100-метровым куполом Исаакиевского собора в Ленинграде, совершает полное колебание за 20 секунд.

В электрическом контуре частота колебаний определяется величиной емкости конденсатора и индуктивности катушки. Чем больше число витков в катушке, тем меньше при данном диаметре ее индуктивность, тем быстрее изменяется сила тока в контуре. Чем меньше емкость конденсатора (рис. 7), тем меньше времени нужно на его разрядку и зарядку. Меняя величину емкости или индуктивности, легко настроить контур на любую частоту.

Колебания в электрическом контуре могут совершаться неизмеримо быстрее, чем качается самый короткий маятник. Перезарядка конденсатора с малой емкостью происходит за тысячные и миллионные доли секунды. Это значит, что частота колебаний в контуре — тысячи и миллионы раз в секунду, т. е. тысячи и миллионы герц.

В электрический контур можно вводить энергию извне. Для этого нужно воздействовать на контур внешней периодической силой, т. е. переменной электродвижущей силой какой-то определенной частоты. Такие колебания, вызванные действием внешней силы, называются вынужденными колебаниями.

Если частота вводимой в контур электродвижущей силы совпадает с частотой колебаний контура, возникает явление резонанса — амплитуда колебаний достигает наибольшей величины. При этом не надо увеличивать амплитуду подводимого колебания; нужно только, чтобы частота подводимых колебаний равнялась собственной частоте контура. Именно это явление и позволяет настраивать приемник на определенную волну и выделять нужную станцию среди огромного количества других.

Попробуем пояснить физическую сущность этого явления сначала на примере маятника. Чтобы маятник не останавливался, нужно подталкивать его в такт его собственным колебаниям. Даже если каждый толчок очень слаб, он передаст маятнику небольшую порцию энергии, но постепенно маятник можно раскачать очень сильно.

Так же можно «раскачать» и электрический контур, если подавать в него энергию в такт его собственным колебаниям. Из электрических колебаний различных частот контур выделит только нужную, свою частоту (рис. 8), так как лишь она вызовет явление резонанса. Из слабых «подталкиваний» контур постепенно соберет, накопит значительную энергию. Контур не сможет, конечно, собирать «толчки» и увеличивать амплитуду колебаний беспредельно. Чем больше амплитуда напряжения на контуре, тем больше амплитуда тока, тем больше потери, тем больше энергии рассеивается в виде тепла.

Каждый контур способен усиливать не одну частоту, а целую полосу частот, но чем выше его качество, или, как говорят, добротность, тем уже эта полоса. Если в паспорте приемника записано, что полоса пропускания 6 кгц, а мы настроились на волну 1500 м (200 кгц), то приемник примет все частоты от 197 до 203 кгц. Расстояние между вещательными станциями, как правило, 9—10 кгц. Поэтому, принимая полосу в 6 кгц, мы все же слышим лишь одну передачу. Правда, случается, что в приемнике слышны сразу две передачи. Это значит, что контур приемника плохо разделяет частоты, что у него недостаточная избирательность.

ПОИСК

Block title

РАЗНОЕ

Детская Энциклопедия

Как настраиваются на волну

Как настраиваются на волну

РАДИО