Резиновые провода | ТМ 1940-01

В. РЕМНЕВ, Рисунки Л. СМЕХОВА

Вы читаете этот журнал при свете электрической лампы, которая соединена металлическими проводами с генератором на электростанции. Вырабатываемая генератором электроэнергия передаётся по проводам на фабрики и заводы, в учреждения и квартиры.

Вы говорите по телефону, и здесь тоже ток от вашего телефонного аппарата передаётся к собеседнику по металлическим проводам и по ним же передаётся от собеседника к вам.

И в том и в другом случае средством связи служат металлические провода. Они тянутся по столбам вдоль дорог и улиц, они лежат под землёй в виде кабелей, пересекают реки, моря, океаны.

*

Долгое время считали, что провода — это единственное средство передачи электрической энергии на расстояние. Но в 1895 г. русский учёный Александр Степанович Попов изобрёл радио — способ передачи электрической энергии совершенно без проводов.

Наряду с огромными достоинствами этот способ передачи электрической энергии обладает, однако, и некоторыми недостатками. Электрическая энергия от антенны передающей радиостанции распространяется во все стороны, между тем иногда бывает необходимо направить энергию только в один какой-либо приёмник. До сих пор осуществить это не удалось.

Специальные антенны дают возможность передать энергию в одном направлении, например, на юго-восток. Но это «направление» настолько обширно, что передачу могут принимать все приёмники, находящиеся в указанном направлении.

У исследователей возникла мысль передавать такие же волны, как в радио, по проводам. Оказалось, что по одной паре проводов можно производить одновременно несколько передач. Провода играют здесь роль рельсов, которые направляют поток энергии к определённому пункту, сама же энергия в виде электромагнитных волн располагается в пространстве вокруг провода.

Такая связь по проводам с помощью токов высокой частоты в настоящее время получила широкое распространение. Но этим способом можно передавать только достаточно длинные волны, длиннее 10 000 метров; более короткие волны очень сильно поглощаются в проводах и делают передачу нецелесообразной.

*

Недавно был предложен новый, оригинальный способ передачи электрической энергии в определённом направлении. Электрический ток передаётся не по проводнику, а по изолятору, например, по резиновому стержню. Такие опыты проделаны были в некоторых английских и американских лабораториях. Английскому учёному Саутворту, удалось осуществить передачу электромагнитных волн длиною 10 сантиметров по резиновому стержню. Установка состояла из генератора, дающего электромагнитные волны этой длины, и сплошного резинового стержня, диаметр которого равнялся 10 сантиметрам. В один конец стержня были вделаны две пластинки, образующие передающую антенну, а в другой — две такие же пластинки, представляющие собой приёмную антенну. Первая пара пластин была связана с генератором, вторая — с приёмником.

Резиновый стержень, внутри которого нет никакой металлической жилы, служит «проводом», по которому передаются электромагнитные волны. Вместо резины можно использовать и любой другой изоляционный материал, например, стекло, эбонит, смолу и др. Вырабатываемые генератором переменные токи высокой частоты возбуждают при посредстве пластин, вделанных в переднюю часть стержня, электромагнитные волны. Эти волны передаются по стержню на другой его конец, к приёмному аппарату, и в нем преобразуются в звуковые волны, воспринимаемые ухом.

Резиновый «проводник» при этом не играет роли рельсов, направляющих электромагнитную волну, он играет роль трубы, внутри которой заключены электромагнита волны. Боковая поверхность стержня служит как бы стенкой, через которую электромагнитная волна не может проникнуть, если только длина её достаточно мала.

Проводник-изолятор отличается той особенностью, что по нему нельзя передавать электромагнитные волны любой длины. Для каждого стержня существует определённая предельная длина волны. Все волны длиннее предельной выходят из проводника через его боковую поверхность и распространяются во все стороны в окружающее пространство; волны, короче предельной, распространяются по материалу стержня, не выходя из его тела. Предельная длина волны определяется диаметром стержня и его материалом. Чем больше диаметр и чем выше диэлектрические свойства, т. е. свойства электрической непроводимости, тем больше предельная длина волны.

Но почему же волны, короче предельной, не выходят за стенки «проводника» изолятора?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить об известном в физике явлении, которое носит название полного внутреннего отражения.

Если луч света направить из более преломляющей среды, например, воды, в менее преломляющую, например, в воздух, то при достаточно пологом падении луч полностью отражается от поверхности воды, совершенно не выходя в воздух. Это и есть явление полного внутреннего отражения.

Однажды доктор забрался в огромный аквариум. Учёному хотелось повнимательней рассмотреть новую, недавно родившуюся рыбку необычайной окраски. На свет его фонаря собралось все население аквариума. Тогда он экранировал лампу, оставив только один тонкий, но сильный луч. Этот луч доктор направил на внутреннюю поверхность воды с таким расчётом, чтобы он отразился и упал точно на рыбку, которую Арк-Синус держал в руке.

Если поместить лампочку внутрь стеклянного стержня, то луч света, выходящий из щели кожуха, окружающего лампочку, будет распространяться по стержню, многократно отражаясь от его стенок.

Когда лампочка не имеет светонепроницаемого кожуха с щелью, то от неё исходит не один луч, а бесконечное множество лучей. Они также будут отражаться от стенок стержня, заполняя своими зигзагами все пространство внутри него.

Это свойство света используют для устройства светящихся фонтанов. Внутри основания фонтана в воде помещается лампочка, свет которой благодаря полному внутреннему отражению распространяется по столбу воды, как по стеклянному стержню. Так как поверхность столба воды не вполне гладкая, то часть лучей выходит из столба воды, отчего он кажется освещённым изнутри.

Доктор глубокомысленных наук Арк-Синус сидел в парке культуры и отдыха и наблюдал за игрой красок в светящемся фонтане. Вдалеке на фоне вечернего неба вырисовывался чёткий контур радиобашни. Заметив, что свет идёт вдоль струи фонтана, не выходя наружу, доктор решил и радиоволны пустить также по какой-либо трубе, чтобы избежать потерь.

Точно так же ведут себя и электромагнитные волны в «проводнике-изоляторе». «Проводник-изолятор», обладающий более высокими диэлектрическими свойствами, чем воздух, вызывает явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн.

Доктор Арк-Синус знал, что природа света и ультракоротких радиоволн одинакова. Чтобы проверить, не подчиняются ли закону полного внутреннего отражения ультракороткие волны, Арк-Синус взял эбонитовый стержень и направил в него излучения из генератора. Долго бегал доктор по стержню с антенной в руках и приёмником за плечами, но, сколько он ни искал, никаких признаков радиоволн вокруг стержня он не обнаружил. Вследствие полного внутреннего отражения вся энергия распространялась внутри стержня и не могла выйти наружу.

При практическом применении «проводников-изоляторов» придётся столкнуться с очень интересными их особенностями.

Мы привыкли к тому, что металлические провода изолируются друг от друга и от других предметов диэлектриками — не проводящими электричество материалами. Например, провода, подвешенные на столбах, прикрепляются к ним при помощи фарфоровых изоляторов; провода, проложенные в помещениях, заключены в резиновую оболочку, и т. д.

Чем же изолировать резиновые провода? Для них резина уже не является изолятором.

Оказывается, что лучшие изоляторы для резиновых проводов — это медь, железо. При подвеске резиновых проводов к столбам будут пользоваться только металлическими креплениями. Соприкосновения резиновых проводов с деревом и другими изолирующими в обычном смысле слова материалами придётся всячески избегать.

Вероятно, резиновые провода будут подвешивать на стальном тросе, как в настоящее время подвешиваются телефонные освинцованные кабели.

Какое же применение найдёт на практике этот новый способ передачи электромагнитных волн?

В последние годы для передачи как по проводам, так и без них получают распространение все более и более короткие волны, все чаще применяются для связи волны длиной 6—7 метров. Недалеко то время, когда будут применяться волны, измеряемые уже сантиметрами.

Телевизионная передача оказалась возможной только на коротких волнах — в 6—7 метров и меньше.

До сих пор эти волны передавались исключительно через эфир. Передача по проводам связана с большими техническими трудностями, но эти трудности необходимо преодолеть, так как на таких коротких волнах передача энергии через эфир возможна лишь на расстояния прямой видимости, т. е. на 30—40 километров.

По междугородным телефонным линиям в настоящее время передаётся одновременно несколько разговоров. Дальнейшего увеличения числа одновременных передач можно добиться лишь при укорочении электромагнитных волн, а при коротких волнах можно пользоваться только резиновыми проводами.

Познакомившись со способностью эбонитового стержня служить проводником для ультракоротких волн, доктор Арк-Синус, по примеру английского учёного Саутворта, установил ультракоротковолновую телефонную связь со своим сыном, жившим в соседнем доме. Энергия передавалась по резиновым проводам.

«Проводник-изолятор» позволит передавать несколько сот разговоров одновременно.