История выдающихся открытий и изобретений

 Рис. 8.4. Лампа накаливания Эдисона с цоколем и патроном 
В поисках наиболее долговечного материала для изготовления тела накал сотрудники Эдисона объездили весь юг США, Кубу, Китай, Бразилию, Японию (мог ли даже мечтать об этом А.Н. ЛодыинР). Наконец, после многих испытаний остановились на японском бамбуке, из волокон которого изготовлялись угольные нити подковообразной формы. Затем Эдисон изготовил насос для откачки воздуха из стеклянной колбы до разрежения в одну миллионную долю атмосферы. Вскоре лампа была включена и прогорела 45 ч, и никто из сотрудников не мог оторваться от этого зрелища. Как писал Эдисон «…Никто из нас не мог уйти спать, и… во мне укрепилось убеждение, что, наконец, родилась пригодная для практики лампа…»
В январе 1880 г. Эдисон получил патент на вакуумную лампу накаливания. Но огромной заслугой Эдисона является создание всей установочной аппаратуры, выключателей, плавких предохранителей, счетчиков энергии. Поистине гениальной изобретательской находкой явилось создание цоколя и патрона: прошло почти 130 лет, но никому не удалось «выдумать» такое, казалось бы, несложное устройство (рис. 8.4).
В новогоднюю ночь 1 января 1880 г. состоялась публичная демонстрация ламп Эдисона, на которой присутствовало около трех тысяч человек – в том числе, ученые, инженеры, предприниматели, общественные деятели. На Международной выставке в Париже в 1881 г. к лампе Эдисона выстраивались огромные очереди, каждому хотелось включить и выключить лампу. Величайшей заслугой Эдисона перед электроэнергетикой является то, что он впервые внедрил комплексное решение системы электрического освещения, построил первую электрическую станцию (1882) и обеспечил реальные условия для массового применения лампы накаливания.
  
ГЛАВА 9 У истоков радиоэлектроники и техники сверхвысокой частоты (СВЧ)
 
Открытие явления термоэлектронной эмиссии
В течение всего XX в. продолжалось триумфальное шествие электротехники и ее разнообразных практических применений в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, связи, медицине, быту. Оказалось, что нет такой сферы в жизни современного общества, где бы не получила применение электротехника.
Но в середине XX в. и особенно во второй его половине обнаружилась такая область, где прорыв по своим последствиям оказался равнозначным новой научно-технической революции – это электроника.
Зарождение электроники было исторически обусловлено и вызвано потребностями развивающегося производства, энергетики, новейших технологий. Электронные приборы позволяли исследовать и измерять процессы в микромире, недоступные другим средствам. Исключительная роль в развитии средств связи, радиотехники, информатики и управления принадлежит радиоэлектронике.
Первым человеком, стоявшим у колыбели радиоэлектроники, был уже известный читателю из предыдущих глав невероятно одаренный и талантливый изобретатель Т.А. Эдисон. Выдающийся талант Эдисона-изобретателя находил предмет изобретения, казалось бы, на «пустом» месте. Заурядное, известное многим явление творческим гением Эдисона приобретало совершенно новые грани. Внутренняя поверхность стеклянной колбы лампы накаливания со временем темнела, что заметно снижало интенсивность светового потока. Это знали тысячи людей, а для Эдисона это явление оказалось отправной точкой для открытия новой области техники, да еще какой – радиоэлектроники!
С 1880 г. он начал вдумчиво исследовать причины этого явления и обнаружил, что почернение колбы вызвано осаждением на ее поверхности частиц раскаленной угольной нити. Но как «поймать» эти частицы и определить, заряжены ли они, и если да, то каким зарядом – положительным или отрицательным?
Через три года экспериментов Эдисон создает опытную установку. На пути потока частиц он укрепил металлическую пластину, соединенную через гальванометр с источником питания. Оказалось, что угольные частицы отрывались от той ветви U-образной нити (рис. 9.1), которая соединялась с отрицательным полюсом батареи. Значит, эти частицы обладают отрицательным зарядом, и если внутри колбы поместить электрод, соединенный с положительным полюсом источника питания, то частицы будут притягиваться к нему. Эдисон изготовил лампу с добавочным металлическим электродом, соединенным с положительным полюсом батареи, и при включении гальванометра его стрелка отклонилась. Это убедительно доказывало, что в вакууме от нити к добавочному электроду идет электрический ток. Так было открыто явление термоэлектронной эмиссии, получившее название «эффект Эдисона». В то время научного объяснения этого необычного явления никто дать не мог, но Эдисон, не дожидаясь «научного обоснования», стремился применить открытый им эффект на практике.
 Рис. 9.1. Схема опыта Эдисона: 
 1 – угольная нить; 2 – металлическая пластина; 3 – гальванометр 
Через несколько лет, когда Дж. Дж. Томсоном был открыт электрон (1897), стало ясно, что Эдисон открыл эмиссию электронов с раскаленной нити. В 1884 г. в Американском институте инженеров-электриков был сделан доклад об «Эффекте Эдисона», который сразу же был опубликован. Это была первая в мировой технической литературе статья об электронике.
Изобретение радио
С изобретением радио и широчайшим распространением радиосвязи во всем мире связаны имена нескольких талантливых ученых и изобретателей, каждый из которых сделал свой вклад в создание одного из величайших завоеваний науки и техники. Но первым, кто должен быть назван среди них, был уже известный своими открытиями Никола Тесла.
Еще в 1893 г. он разработал основные элементы радиосистемы, в том числе передатчик и приемник, настроенные в резонанс. Как писал один из английских биографов [9.3], в его схеме «были все признаки радио». Тесла указывал, что, если высокочастотный сигнал пропустить через катушку и конденсатор, то возникнет «резонансный эффект», передающийся на большое расстояние без проводов. И хотя он запатентовал часть своей радиосистемы с описанием аппаратуры, он «…никогда не занимался ее коммерческим применением и даже не удосужился сообщить об этом в печати». Кстати, так он поступал со многими своими открытиями, оставляя другим возможность их использования. А.С. Попов, создав в 1895 г. первый практически пригодный радиоприемник, тоже не получил на него патента. Это позволило итальянскому изобретателю Г. Маркони запатентовать в 1897 г. свою схему и заявить о своем приоритете. И только в 1943 г. через полгода после смерти Н. Теслы американский суд официально подтвердил его приоритет в изобретении радио. Отметим, что после утверждений Маркони о его заслугах, Н. Тесла в частных беседах указывал, что Маркони заимствовал идеи из 17(!) его патентов. Выдающийся английский физик Э. Резерфорд (1871-1937), называя Теслу «вдохновенным пророком электричества», подчеркивал: «Изобретателем беспроводной связи считается Маркони, но на самом деле это был Тесла».
Миллионы людей, с успехом использующие в наши дни мобильные телефоны, даже не представляют, что более 100 лет назад Тесла предсказывал возможность создания «радиотелефонных приемников, дешевых и портативных – не больше наручных часов», позволяющих передавать и слушать сообщения «по всему земному шару». Как сказал Цицерон об Архимеде (287-212), «…в нем больше гения, чем может вместить человеческая природа». Этими же словами можно характеризовать Н. Теслу.
Мы еще вернемся к работам Маркони, но прежде подробней осветим вклад А. С. Попова в изобретение радио. Работая преподавателем Минного офицерского класса в Кронштадте, А.С. Попов (1859-1905) еще до начала 90-х годов высказывал мысль о «возможности использования лучей Герца (т.е. электромагнитных волн) для создания беспроводной связи», потребность в которой наиболее остро ощущалась на флоте. Об этом, в частности, он говорил в своей лекции в Кронштадтском морском собрании в 1889 г. Основное внимание Попов уделял надежному и устойчиво работающему индикатору электромагнитных волн.