Борис Беликов - Телеграф и телефон
Таким образом, не только быстрое затухание звука, но и малая скорость его распространения не позволяют нам передавать нашу речь по воздуху на большое расстояние.
Передача звуков на большие расстояния стала возможна лишь после того, как был открыт способ превращения электрической энергии в звуковую и наоборот.
Магнит и его свойства
Уже в глубокой древности были известны необыкновенные свойства магнита. Но долгое время человек знал только естественные магниты — куски железной руды (магнитного железняка). Затем обнаружили, что если таким магнитом натереть какой-либо стальной предмет, например нож, то ор также начинает притягивать к себе железные тела, т. е. сам становится магнитом. Такие искусственные магниты теперь можно увидеть в самых разнообразных приборах.
В прошлом веке было сделано новое, очень важной открытие: оказалось, что магнитные свойства железа тесно связаны с его электрическими свойствами. Это можно доказать на таком простом опыте. Если постоянный электрический ток пропустить по проволоке, то она начинает притягивать к себе железные опилки, становится магнитом. Прекращается ток — и проволока теряет свои магнитные свойства.
После этого открытия был создан электромагнит. Его легко сделать. Возьмите немного изолированного провода, намотайте его на катушку. Внутри катушки поместите какой-нибудь стержень из мягкого железа. Если теперь от какого-либо источника тока, например от электрической батареи карманного фонаря, пропустить по обмотке ток, то железный стержень намагнитится и будет, как показано на рис. 13, притягивать железные предметы — ключ, гвоздь.
Рис. 13. Намагничивание железного стержня при включении тока в обмотку катушки.
Стоит выключить ток — и железный стержень тут же потеряет свои магнитные свойства: притянутые им предметы падают вниз.
Было установлено, что в зависимости от содержания в стали того или иного количества углерода она хорошо или плохо сохраняет свои магнитные свойства. Чем больше в стали углерода, тем лучше сохраняются магнитные свойства. Гвозди и многие другие предметы делаются из мягкой стали, в которой имеется только ничтожное количество углерода. Такая сталь не сохраняет магнитных свойств; в быту она часто называется железом. Специальные сорта стали, с примесью кобальта, хрома, никеля, позволяют изготовлять магниты очень большой силы.
Свойство стали намагничиваться широко используется в генераторах — машинах, вырабатывающих ток, в электродвигателях, в аппаратах телеграфной и телефонной связи и в электроизмерительных приборах.
А не существует ли обратной связи между электричеством и магнетизмом? Не вызовет ли магнит, помещенный внутри проволочной катушки, электрический ток в ее обмотке? Оказывается, электрический ток в обмотке катушки действительно появляется, но лишь тогда, когда магнит движется, например если магнит вставляется или вынимается из катушки.
Электрический ток появляется в обмотке катушки и в том случае, когда магнит неподвижен, а к нему приближают или удаляют от него какой-либо стальной предмет, изменяя тем самым силу магнитного поля. Это наглядно можно показать, если проделать такой несложный опыт (рис. 14).
Рис. 14. Возникновение электрического тока в обмотке катушки при приближении (или удалении) стального диска к магниту.
На стальной сердечник, представляющий собой постоянный магнит, наденем катушку с обмоткой из тонкого изолированного провода. Быстро приближая к сердечнику (или удаляя от него) какой-либо стальной предмет, например стальной диск, увидим, что стрелка гальванометра на мгновение отклонится, т. е. в обмотке катушки появится электрический ток.
Эти свойства магнита и были использованы при устройстве электромагнитного телефона.
Первый электромагнитный телефон
Магнит с надетой на него катушкой, на которой нанесена обмотка из изолированного провода, поместили в полую деревянную трубку. Один конец трубки закрыли тонкой стальной пластинкой — мембраной, которая оказалась около одного из полюсов магнита. Получился электромагнитный телефон, или, как называют упрощенно, телефонная трубка. При помощи двух таких трубок оказалось возможным устроить одностороннюю телефонную связь, как это показано на рис. 15.
Рис. 15. Односторонняя передача разговорной речи при помощи двух телефонных трубок.
Один из собеседников (слева на рисунке) говорит в тот конец трубки, который закрыт мембраной. Звуковые волны приводят мембрану в быстрое колебательное движение. Мембрана то удаляется, то приближается к магниту. От этого в обмотке катушки возникает электрический ток, который передается по проводам линии связи. Второй собеседник, который слушает передачу, держит свою телефонную трубку около уха. Электрический ток, проходя по обмотке этой трубки, то усиливает, то ослабляет притяжение мембраны к магниту. В результате мембрана во второй трубке начинает колебаться в такт с первой мембраной, повторяя все ее движения.
Эти колебания мембраны создают звуковые волны, и второй собеседник услышит сказанное первым собеседником на другом конце линии связи.
Создание микрофона
Первый электромагнитный телефон был несовершенен. Этот аппарат позволял вести разговор только на расстоянии до двух километров. Чем больше было расстояние между говорящими, тем громче приходилось кричать в трубку. Причина заключалась в том, что мембрана электромагнитного телефона лишь незначительную часть звуковой энергии превращала в электрическую.
Как же улучшить действие телефона? Ученые отказались от способа передачи речи при помощи только телефонных трубок. Был изобретен новый способ превращения звуковых колебаний в электрические.
При опытах по измерению электрической проводимости различных тел было обнаружено одно интересное явление. Оказалось, что если поперек двух палочек из прессованного угля положить третью палочку, то получится очень чувствительное устройство, которое может преобразовывать в электрический ток самые ничтожные воздушные колебания.
Соединим угольные палочки проводами с полюсами электрической батареи, как это показано на рис. 16.
Рис. 16. Применение микрофона для передачи разговорной речи.
В один из проводов, идущих от батареи, включим телефонную трубку. Ничего особенного при этом не произойдет, только в момент включения в трубке раздастся легкий щелчок. Но вот мы начинаем говорить, и тотчас же на другом конце провода раздаются звуки нашего голоса.
Что же происходит с угольными палочками при разговоре? Оказывается, в местах их соприкосновения электрическая проводимость резко меняется. Дело в том, что величина электрической проводимости между угольными палочками зависит от того, насколько плотно они прижимаются друг к другу. Чем сильнее прижата верхняя палочка к двум нижним, тем лучше контакт между ними. От этого уменьшается сопротивление электрическому току, проходящему через места соприкосновения палочек.
Как только сопротивление уменьшается, ток в телефонной трубке сразу же возрастает и ее мембрана сильнее притягивается к магниту.
Звуковые волны заставляют угольные палочки то прижиматься друг к другу, то отходить назад. В такт с колебаниями воздуха происходит и изменение тока в линии. Когда разговор прекращается, сопротивление контактов между угольными палочками становится постоянным.
Такой прибор чувствителен к очень слабым звукам. Он позволяет передавать их на гораздо большее расстояние, чем электромагнитная телефонная трубка. На довольно большом расстоянии слышен не только обычный разговор, но и шепот. Этот прибор получил название угольного микрофона. В современных микрофонах палочки заменены угольным порошком, к которому прикасается тонкая угольная или стальная мембрана. В порошке гораздо больше точек соприкосновения, чем у трех угольных палочек. От этого микрофон приобретает большую чувствительность.
В современном телефонном аппарате передающий прибор, микрофон, и принимающий, телефон, соединены в один общий прибор, называемый в технике микротелефоном. В быту микротелефон называют разговорной трубкой или телефонной трубкой. Внешний вид ее хорошо знаком каждому. Трубка из полированной пластмассы сделана так, чтобы ее было удобно держать рукой. На одном из концов трубки укреплен телефон, на другом — микрофон.
Телефон и микрофон защищены крышками с отверстиями. Под крышкой телефона (рис. 17) находится круглая стальная пластинка — мембрана, а под ней — две катушки электромагнита, к которым притягивается мембрана при прохождении по этим катушкам электрического тока. Под катушками помещены кольцеобразные постоянные магниты.
