Koherer - poszukiwania burz w stylu retro
Powrót do korzeni radia
W kwestii rozwoju łączności radiowej wiele zawdzięczamy, obok Tesli i Marconiego, także Aleksandrowi Popowowi.
Był on rosyjskim uczonym, ukończył fizykę na Uniwersytecie Petersburskim. Na przełomie XIX i XX wieku jako jeden z pierwszych zainteresował się ideą dalekiej łączności radiowej. W 1894 roku skonstruował wykrywacz piorunów, który w istocie był jednym z pierwszych odbiorników radiowych. W latach 1895 – 1897 zbudował niezależnie od Gugliemo Marconiego radiotelegraf, a w roku 1897 uzyskał łączność radiową na odległość 5 km.
W swych pracach często wykorzystywał tak zwany koherer, którym właśnie teraz zajmiemy się bliżej.
Koherer
Koherer jest w istocie zdumiewająco prostym, ale jednocześnie dosyć sprawnym detektorem fal elektromagnetycznych. Jego mała selektywność nie stanowiła problemu w początkach prac nad radiem.
Budowa tego elementu jest następująca:
Składa się on ze szklanej rurki, wewnątrz której są umieszczone elektrody. Pomiędzy nimi znajdują się luźno wsypane opiłki metalu. Najczęściej wykorzystywano opiłki stalowe lub mosiężne. Stopień wsunięcia elektrod można regulować.
Mój koherer:
Oczywiście zdobycie oryginalnego koherera stanowiłoby dziś dosyć duży problem. Możemy sami go zbudować. Można wykorzystać opiłki pozostałe po piłowaniu elementów stalowych, a zamiast rurki szklanej plastikową. Elektrody można zastąpić łebkami gwoździ.
Działanie koherera polega na fakcie, że rozsypane wewnątrz opiłḱi stanowią duży opór dla prądu elektrycznego płynącego między elektrodami. Okazuje się jednak, że wystarczająca silny impuls promieniowania elektromagnetycznego powoduje zmianę orientacji opiłków, a nawet wystąpienie między nimi mikroskopijnych spawów (dzięki mikrowyładowaniom). W efekcie opór koherera gwałtownie maleje. Można go przywrócić do wartości początkowej przez potrząśnięcie. W bardziej zautomatyzowanych zastosowaniach uaktywniony koherer uruchamiał dzwonek, którego młoteczek potrząsał kohererem powodując przywrócenie go do stanu oczekiwania.
Mając koherer możemy pokusić się o zbudowanie pierwszego wykrywacza burz pomysłu Popowa. Jego schemat:
Antena musi być dosyć długa: przynajmniej 10 metrów przewodu-linki rozwieszonego na wysokości nie mniejszej niż 6 metrów. Uziemienie także musi być dobrej jakości. Urządzenie wykrywa burze z piorunami z odległości ponad 25 kilometrów. Piorun będący potężną iskrą elektryczną powoduje wytworzenie impulsu elektromagentycznego, który odebrany przez antenę i skierowany do koherera powoduje spadek jego oporności. Obwód zostaje zamknięty i obwód wykonawczy informuje o wystąpieniu wyładowania (żarówka lub dzwonek). By rejestrować kolejne wyładowania należy potrząsnąć kohererem.
W razie pobliskich wyładowań koniecznie trzeba zdjąć lub uziemić antenę, ponieważ jej pozostawienie w czasie burzy może być skrajnie niebezpieczne.
Działanie tego wykrywacza burz można też testować na mniejszą skalę: zamiast anteny stosując kilkunastocentymetrowy odcinek drutu i powodując w pobliżu wyładowania elektryczne za pomocą cewki Ruhmkorffa. Przeskok iskry w pobliżu spowoduje zadziałanie wykrywacza.
Życzę miłej i pouczającej zabawy:)
Literatura dodatkowa:
- Falcona E., Castaing B., Electrical conductivity in granular media and Branly’s coherer: A simple experiment, American Journal of Physics, 2005, 73(4), str. 302–306
- Morecroft J.H., "Spark Telegraphy". Principles of Radio Communication, Wiley, 1921, str. 275–363. Retrieved September 12, 2015
- Попов А.С., Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний, Журнал Русского физико-химического общества, 1896, XXVIII, str. 1-14
- Turner L.W., Electronics Engineer's Reference Book, Butterworth-Heinemann, 2013, str. 2-4
Marek Ples