Говорят, что «Золотой век радио» умер в пятидесятых годах. Телевизор убил его. Такова общепринятая версия. Но давайте на минуту остановимся. Телевизор тоже использовал радиосигналы. А что происходит сейчас? Радио скрится повсюду. Да, ваш автомобильный радиоприниматель — это одно дело. Но ваш смартфон транслирует музыку через радиоволны с вышки сотовой связи. Ваш GPS работает на радиоволнах. Как и ваш Wi-Fi. А Bluetooth-гарнитура? Тоже радиоволны.
Радиоволны — это электромагнитное излучение. По сути, они принадлежат к той же семье, что и видимый свет. Но они находятся в самом низу спектра. Низкая частота. Низкая энергия. Это значит, что они безвредны для человека. Рентгеновские лучи опасны, потому что несут высокую энергию. Радиоволны же свободно проходят сквозь стены и преодолевают огромные расстояния. Именно поэтому существует беспроводная связь. Это актуально. На самом деле, как никогда ранее.
Вы можете собрать передатчик и приемник дома. Простые материалы. Отличная причина поиграться с физикой. Давайте сделаем это.
Что такое электромагнитная волна на самом деле?
Возьмите веревку. Привяжите один конец к дверной ручке. Возьмите другой конец. Трясите его. Вверх и вниз. Видите рябь? Это волна. Энергия движется. Вещество — нет. Веревка просто вибрирует.
Уберите веревку. Теперь вы просто машете рукой перед стеной. Немного грустно. Бесполезно. Волнам нужна среда. Океанским волнам нужна вода. Звуку нужен воздух. Космос беззвучен, потому что звуку не через что распространяться.
Но с электронами все хитрее. Заставьте электрический заряд — например, электрон — вибрировать. Он создает осциллирующее электрическое поле. Это своего рода волна. Но здесь уравнения Максвелла становятся странными. Изменяющееся электрическое поле создает изменяющееся магнитное поле. А оно, в свою очередь, создает новое электрическое поле. Цепная реакция. Самостоятельное поддержание. Электрические и магнитные поля становятся средой друг для друга.
Электромагнитное излучение. Свет, технически. Да, радиоволны и есть свет. Им не нужна вода или воздух или веревка. Они летят через пустое пространство со скоростью света.
Пьезоэлектрический радиопередатчик
Пришло время создавать волны. Вам нужна зажигалка. Конкретно — та, что для барбекю, с длинной трубкой и спусковым механизмом. Внутри находится пьезоэлектрический кристалл. Ударьте по нему сильно, и он деформируется. Мгновенно возникает высокое напряжение. За этим следует искра.
Разрежьте зажигалку. Это можно сделать аккуратно. Видите кристалл?
На спусковом механизме есть молоточек, который бьет по кристаллу. Напряжение скачет. Обычно это создает искру для розжига огня. Но нам? Нам нужно напряжение. А не пламя. Напряжение создает электрическое поле. Это поле действует на свободные заряды, уже плавающие в воздухе. Электроны, ионы, все что угодно. Они ускоряются. Врезались в молекулу воздуха. Выбивают еще больше электронов. Лавина электронов.
Ускоряющиеся заряды — это ключ. Они создают изменяющееся электрическое поле. Что, в свою очередь, порождает изменяющееся магнитное поле. Бум. Радируется электромагнитная волна. О, атомы азота и кислорода тоже возбуждаются. Они испускают свет, когда успокаиваются. Вот почему вы видите искру. Видимое доказательство.
Попробуйте. Возьмите AM-радиоприемник. Найдите «мертвую зону». Без станций. Поднесите зажигалку к антенне. Нажмите на спусковой механизм. Щелк. Слышите? Вы только что приняли сигнал. Вы сделали радиопередатчик из принадлежностей для барбекю.
Приемник-когерер
Теперь перейдем к приему. Нам нужен детектор. Возьмите стеклянный стакан. Немееталлический. Это обязательно. Алюминиевая фольга. Скомкайте ее в маленькие шарики. Бросьте их в стакан. Полоска фольги по краю поможет замкнуть цепь.
Вам понадобится батарейка-таблетка. И светодиод.
Вот хитрость с проводкой: ножки светодиода имеют значение. Длинная — это плюс. Подключите ее к плюсовому контакту вашей батарейки. Если перепутать, свет не загорится. Никогда.
Зачем скомканные шарики? Алюминий хорошо проводит ток, но не идеально. Когда фольга находится на воздухе, она окисляется. Этот тонкий оксидный слой добавляет сопротивление. Крошечные точки контакта между шариками добавляют еще больше. Цепь заклинило. Недостаточно тока, чтобы зажечь светодиод. Он сидит там, темный и тихий.
Пока волна не ударит.
Эта радиоволна от вашей зажигалки несет в себе электрическое поле. Когда она попадает в зазор между двумя алюминиевыми шариками, что-то ломается. Слой оксида трескается. Сопротивление падает. Контакт улучшается. Внезапно ток начинает течь.
Светодиод загорается. Щелк. Вы зафиксировали радио.
Это не просто лайфхак. Это называется когерер. Настоящее историческое устройство. Гульельмо Маркони использовал один для беспроволочного телеграфа в 1890-х годах. Он использовал никелевую и серебряную стружку, правда. Стружка, слипавшаяся — когерирующая — для прохождения тока. Он слышал щелчок. Тот же принцип. Другой век.
Радиочасть
Технологии Маркони могли передавать точки и тире. Только азбуку Морзе. Короткие импульсы. Длинные импульсы. Нет голоса. Еще нет музыки. Просто текст через океан.
Это изменило мир. В 1912 году «Титаник» использовал эту систему для отправки SOS. В ту ночь радио спасло 700 жизней. Неплохо для щелкающих переключателей и света, пронесшегося сквозь пустоту.
Голос пришел позже. Вакуумные лампы сделали возможными непрерывные сигналы. К 1920-м годам радиоприемники стали мебелью. Центром гостиной. Сердцем современной жизни.
И все же. Вы сделали это с фольгой и зажигалкой. Но только один канал. Один сигнал. Если бы все передавали одновременно, был бы хаос. Полный шум. Бесполезно для сотовых телефонов.
Возможно, радиоволнам не нужно быть сложными. Просто чистая энергия. Отскакивающая по комнате.
Мы все еще слушаем? Или просто стримим? 📻
