Влияние электрического тока на магнитную стрелку было открыто еще в 1820 г. Но только через 11 лет долгих и трудных поисков великий английский физик Майкл Фарадей сформулировал закон электромагнитной индукции.
Он заметил, что, если перемещать магнит около проволочной катушки, в ней возникает электрический ток.
Так как ток возникает под действием электрического поля, то, следовательно, возникновение этого последнего обязано своим происхождением изменению магнитного поля. Этим опытом было впервые показано единство электрических и магнитных явлений.
В дальнейшем ученые пришли к выводу, что всегда и везде всякое изменение магнитного поля обязательно вызывает появление электрического и , обратно, изменение электрического поля всегда вызывает появление магнитного. Таким образом, было установлено, что электрические и магнитные поля представляют собой одно из проявлений особого вида материи- так называемого электромагнитного поля.
Много важных открытий и выводов в теории электромагнитного поля сделал знаменитый английский физик Максвелл. Он доказал, что, начавшись в одном месте, изменения (колебания) электрического поля распространяются во все стороны все дальше и дальше, подобно тому как волны от брошенного камня распространяются по поверхности воды. В пространстве образуется "электромагнитная волна", которая распространяется, как показали расчеты Максвелла, со скоростью 300 тыс. км/сек.
Если через проводник пропустить переменный ток высокой частоты, то вокруг него образуется переменное электромагнитное поле, а так как направление электрических и магнитных сил будет непрерывно меняться в такт с частотой тока, то мы получим высокочастотное переменное электромагнитное поле.При известных условиях переменное электромагнитное поле может терять связь с проводником, который в этом случае станет излучающей антенной, и распространяться в окружающее пространство.
И наоборот, если мы поместим в электромагнитное поле проводник, то в нем начнет циркулировать переменный ток, разумеется, той же частоты, которой обладает поле.В этом случае проводник станет играть роль приемной антенны.
Если в первом случае проводник отдавал свою энергию распространяющуюся от него во все стороны электромагнитному полю, то во втором случае, когда поле наводит в проводнике переменный электрический ток, оно передает свою энергию проводнику.
Таким образом, высокочастотная энергия может излучаться и распространяться в виде поля и снова "извлекаться" из поля, преобразуясь в переменный электрический ток высокой частотности.
Неоценимым качеством переменных электромагнитных полей или электромагнитных волн является их способность распространяться в пространстве без проводников, да еще со скоростью света.Этим чудесным свойствам электромагнитных волн и обязано радио своими успехами и возможностями.
Электромагнитные волны прекрасно распространяются в воздухе, но присутствие воздуха для них совсем не обязательно.
Электромагнитные волны различаются по своей длине, или, что одно и тоже, по частоте колебаний несущего их переменного поля.
Радиоволны, т.е. электромагнитные волны, использующиеся сейчас в радиотехнике, занимают область, или, как говорят ученые и инженеры, спектр, электромагнитных волн длиной от 10 тыс. м (30 кгц) до 1 мм (300 тыс. Мгц).
Но это только часть обширного спектра электромагнитных волн. Свет и радиоволны, тепловые и рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, дающие нам загар, и грозные гамма- лучи имеют одну и ту же природу- это электромагнитные колебания, различающиеся только длиной волн.
Сразу за радиоволнами ( по убывающей длине волны) следуют тепловые, или инфракрасные, лучи. Именно от них мы закрываем лицо, стоя у открытой печки или пылающего костра. За ними идет узкий участок волн видимого света, сразу за которым следуют ультрафиолетовые лучи. Глаз их уже не видит, но их еще различают фотопластинки.За ними следуют рентгеновские лучи. Как известно, они обладают свойством проникать сквозь такие тела и предметы, которые совершенно непроницаемы для лучей видимого света. Они проходят сквозь ткани человеческого тела, дерево и даже металлы.
Еще дальше расположена область гамма-лучей, испускаемых ядрами атомов радиоактивных веществ при из распаде.
Важно подчеркнуть, что границы между областями спектра выбраны условно и весьма приближенно. Эти области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую и в некоторых случаях даже перекрывают друг друга.
Рассмотрим теперь более подробно спектр радиоволн.
Условно, по длинам волн, он разделен на длинные, средние, короткие и ультракороткие волны.Последний диапазон подразделяется еще на метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны.
Для радиовещания выделены специальные, строго ограниченные участки: 2000-750 м на длинноволновом диапазоне, 600-180м на средних волнах, 80-10м на коротких и от 10 до 5 на ультракоротких - это так называемые вещательные диапазоны.
Другие участки радиоспектра предназначены для радиотелеграфной связи, для радиосвязи с самолетами, радиомаячной, морской и других специальных радиослужб.
На волне 600м передается знаменитый сигнал "SOS" -сигнал бедствия. На этой волне работают все аварийные передатчики.
Короткие волны служат для дальних магистральных связей. На метровых волнах ведутся телевизионные передачи. Дециметровые и сантиметровые волны использует радиолокация, радионавигация, радиогеодезия. Миллиметровые волны последнее время все шире применяются в радиолокации, раоспектроскопии и в специальных физических исследованиях.
Любые радиоволны могут при помощи антенны излучаться в пространство и распространяться в виде энергии электромагнитного поля без проводов, однако волны различной длины распространяются не одинаково и требуют различных размеров антенн.
Земля представляет собой проводник электричества, хотя и не очень хороший. Радиоволны, проходя над землей, возбуждают в ней электротоки, на создание которых тратиться часть энергии электромагнитных волн. Эта энергия поглощается землей, и радиоволны постепенно ослабевают.
Кроме того, радиоволна ослабевает и потому, что энергия излучения передатчика расходится во все стороны пространства, и чем дальше от передатчика, тем меньше будет приходиться энергии на одну и ту же площадь, тем меньше энергии сможет принять одна и та же антенна.
Чем короче волна, тем сильнее она поглощается земной поверхностью, тем меньше распространение она проходит над землей. Не удивительно поэтому, что в первые годы развития радиотехники для дальней связи применяли волны длиной от одного до30км. Волны короче 100 метров считались неблагоприятными для дальней связи, и их отвели радиолюбителям.
Дело в том, что передачи длинноволновых станций можно принимать на расстояниях до нескольких тысяч километров, при чем громкость приема уменьшается плавно, без скачков. То же справедливо в отношении средних волн, правда, они распространяются в пределах одной тысячи километров. Зато ночью слышимость средневолновых станций резко возрастает. Что же касается коротких волн, то их энергия по мере удаления от передатчика резко убывает, так как они сильно поглощаются земной поверхностью.
Ученые занялись исследованиями условий распространения и свойств коротких и ультракоротких волн. Оказалось, что, идя у поверхности "земным лучом", такие волны действительно быстро затухают. Но, распространяясь вверх под большими углами к горизонту, короткие волны не уходят в пространство, а возвращаются обратно!