kich odległościach od stacji nadawczej (zależnie od mocy stacji). W odległościach większych natężenia pól elektromagnetycznych są już tak słabe, że prądy, powstające w antenach odbiorczych, wymagają obok filtrowania także odpowiedniego wzmocnienia. Zadanie to spełnia lampa elektronowa.
R o z d z i a ł X.
O regu low an iu długości fal elek tryczn ych .
Już kilkakrotnie nadmienialiśmy, że długość fali elektrycznej można zmieniać zapomocą odpowiednich regulatorów, włączonych w antenę nadawczą. Regu
latory te mają zadanie stworzyć takie warunki, by jednorazowy przemarsz elektronów wzdłuż anteny trw ał nie dłużej ani nie krócej, tylko dokładnie tyle czasu, ile im zgóry wyznaczymy.
Jeśli bowiem zamierzamy wytwarzać falę elek
tryczną o długości np. 600 m, to częstotliwość prądów antenowych powinna wynosić 500 tysięcy na sekundę.
Znaczy to, że kolumny elektronów powinny przebiec w przeciągu każdej sekundy 500000 razy w jedną stronę anteny i tyleż razy w stronę przeciwną, t.
j.
łącznie (tam i napowrót) miljon razy w każdej sekundzie. Je
den zatem przemarsz wzdłuż drutu antenowego powi
nien odbyć się w przeciągu jednej miljonowej części sekundy. Dla fal krótszych będzie oczywiście ten czas odpowiednio krótszy. Nie należy przytem zapominać, że po każdym marszu następuje króciutki postój elek
tronów, poczem rozpoczyna się marsz następny w prze
ciwną stronę i t. d.
9 0 O regulowaniu długości fal elektrycznych.
Jak widać, prąd elektryczny przebiega wzdłuż anteny z błyskawiczną szybkością. Napozór wydaje się więc rzeczą nieprawdopodobną, abyśmy mogli go ujarzmić i kazać mu biec wolniej lub szybciej — we
dług naszej woli. A jednak można to uczynić — przy
najmniej w pewnych granicach — przy pomocy pro
stych stosunkowo urządzeń, których zasadę zaraz po
znamy. Obraz bowiem, jaki wytworzyliśmy sobie o na
turze fal elektrycznych i o prądach szybkozmiennych byłby niezupełny, gdybyśmy istotę tych urządzeń cał
kiem pominęli.
Sprawa ta jest niezmiernie ważna także i dla stacji odbiorczej. Wszak chwytanie fal elektrycznych polega na odpowiedniem dostrojeniu anteny odbiornika. A prze
cież antena, to szosa, wzgl. tunel, przebity przez ocean izolującej atmosfery i wypełniony elektronami. Elek
trony, uderzone pierwszym impulsem nadciągającej fali, biegną w kierunku jednego krańca anteny. Tam (wskutek działania samoindukcji) gromadzą się naw et w nadmiarze, poczem znowu powracają i t. d. Harce takie — jak wiemy — odbywałyby się przez pewien czas naw et bez działania dalszych impulsów falowych.
Byłyby to mianowicie drgania własne (swobodne) anteny. Będą one bardziej intensywne i, co najw aż
niejsze, trw ać będą bezustannie, skoro tempo drgań własnych anteny będzie zgodne z częstotliwością nad
ciągającej fali. (Jest to t. zw. zjawisko rezonansu).
Rozważymy przeto, co należy uczynić, ażeby czę
stotliwość drgań własnych w antenie można było zmieniać według naszej woli. Innemi słowy, co należy zrobić, aby prąd przebiegał przez antenę w czasie zgóry przez nas oznaczonym.
O regulowaniu długości fal elektrycznych. 91
Celem zrozumienia tej rzeczy powróćmy do n a
szych balonów (ryc. 1), wypełnionych powietrzem i połączonych z sobą rurą z zaworem W. Wiemy już, że po przeniesieniu pewnej ilości powietrza z jednego ba
lonu do drugiego i po otwarciu zaworu rozpocznie się ruch strumienia powietrza, kolejno w jedną i w drugą stronę z pewną charakterystyczną częstością (drgania własne). Otóż w dotychczasowych rozważaniach omó
wiliśmy zaledwie jedną stronę tego zjawiska, miano
wicie podkreśliliśmy, że jest ono następstwem bez
władności powietrza. Obecnie zastanowimy się nad jego przebiegiem.
Przypuśćmy w tym celu, że oba nasze balony są jednakowej pojemności i zawierają np. po 3 kg po
wietrza. Przenieśmy teraz 1 kg powietrza z jednego balonu do drugiego. Uzyskamy wówczas w tym dru
gim balonie gęstość, a więc i prężność, dwa razy większą, niż w pierwszym ; drugi bowiem będzie za
wierał 4 kg powietrza, podczas gdy pierwszy tylko 2 kg.
Po otwarciu zaworu rozpocznie się odpływ, przyczem — jak wiemy — do pierwszego balonu powróci nietylko ten jeden, brakujący mu kilogram, ale wpłynie doń jeszcze, na mocy rozpędu, dodatkowy kilogram po
wietrza. (W rzeczywistości nadm iar ten będzie już nieco mniejszy z powodu oporów). Przez rurę zatem przesuną się 2 kg powietrza. Na odbycie tego ruchu potrzeba oczywiście pewnego czasu. Od długości tego czasu zależy właśnie częstość drgań własnych po
wietrza.
Zmieńmy następnie oba balony, zastępując je du- żemi kotłami o równych sobie pojemnościach, np. tak dużemi, że w każdym z nich mieści się w normalnych
92 O regulowaniu długości fal elektrycznych.
warunkach (t. j. przy zwyczajnem ciśnieniu) po 30 kg powietrza. Ażeby teraz wywołać w jednym z nieb prężność dwa razy większą, niż w drugim, należ}
przenieść już nie 1 kg, ale 10 kg powietrza z jednego kotła do drugiego. Po otwarciu zaworu rozpoczną się drgania. Przez rurę będzie teraz przepływać za każ
dym razem już nie po 2 kg, lecz po 20 kg powietrza.
Zrozumiałą tedy jest rzeczą, że i czas każdego prze
pływu będzie odpowiednio dłuższy, a co za tern idzie, drgania powietrza staną się powolniejsze.
Gdybyśmy zam iast balonów dali zbiorniki mniejsze, to i skutek byłby przeciwny. Zatem im większe damy zbiorniki powietrza, tern drgania będą powolniejsze i naodwrót.
Jakżeż teraz postąpić z elektrycznością, ażeby to samo uzyskać? Zbiornikiem elektryczności jest prze
cież każde ciało, gdyż każde ma w sobie elektrony.
Tak, ale tu chodzi o możność gromadzenia większego nadm iaru elektryczności. A — jak wykazuje doświad
czenie — nadm iar elektronów gromadzi się zawsze tylko na zewnętrznej powierzchni przewodnika. Inaczej zresztą być nie może, bo elektrony, jako naboje rów- noimienne, umieszczone w nadmiarze, np. na kuli me
talowej, odpychają się wzajemnie, usiłując rozmieścić się jak najdalej od siebie. Osiadają przeto na powierz
chni kuli w równych od siebie odstępach tern gęściej, im mniejsza jest powierzchnia kuli.
Wynika stąd, że pojemność elektryczna jakiegoś przewodnika jest tern większa, im większa jego po
wierzchnia; obojętną zaś jest rzeczą, czy przewodnik ten jest w ewnątrz pusty czy pełny. Pojemność elek
tryczna bańki mydlanej jest więc taka sama, jak po
O regulowaniu długości fal elektrycznych. 93
jemność masywnej kuli ołowianej, tej samej, co bańka objętości.
Napięcie elektryczne naelektryzowanej kuli jest objawem wzajemnego spychania się elektronów, roz
mieszczonych na jej powierzchni (o ile naturalnie na
ładowano ją ujemnie). A ponieważ elektrony odpy
chają się tern silniej, im mniejsza między niemi odle
głość, więc w miarę w zrastania ich gęstości rośnie za
razem napięcie naboju kuli.
Do zwiększenia jednak gęstości elektrycznej po
trzeba doprowadzić tem większy zasób elektronów, im większa jest powierzchnia kuli — podobnie, jak do zwiększenia prężności gazu w wielkim balonie potrzebna jest większa ilość powietrza, niż do uzyskania takiej samej prężności w balonie małym. Jasnem więc jest, że zarówno doprowadzenie jak i odprowadzenie odpo
wiedniej ilości elektryczności do (wzgl. od) pewnej kuli będzie trwało tem dłużej, im większa jest jej średnica.
A zatem, jeżeli dwie, różnoimiennie naelektryzo- wane kule (ryc. 2) będą duże, to po połączeniu ich przewodnikiem c d uzyskamy powolne drgania elek
tryczne. Każdorazowe bowiem przelewanie się wielkiej ilości elektronów z jednej kuli do drugiej musi trwać dłużej, niż przepływ małej ich liczby w wypadku, gdy kule są małe. Oto zasada, na której opiera się sposób regulowania częstotliwości drgań własnych dla prądów szybkozmiennych.
W praktyce jednak nie używa się kul metalowych, gdyż sprawiałyby one zbyt wiele kłopotu. Mianowi
cie kule takie musiałyby być naogół bardzo wielkie (np. wielkości kopuły kościelnej), a nadto każdy wła
94 O regulowaniu długości fal elektrycznych.
ściciel radioodbiornika musiałby mieć w zapasie co najmniej kilkanaście kul różnej wielkości, by stosow
nie do potrzeby dołączać do anteny kule większe lub mniejsze, zależnie od tego, czy zamierza chwytać fale dłuższe, czy krótsze.
W praktyce używa się urządzeń zastępczych o nie
wielkich rozmiarach, lecz zdolnych do gromadzenia w sobie olbrzymich ilości elektryczności. Są to t. zw.
kondensatory (łac. condensare = gromadzić, zagęścić).
Kondensator o wymiarach malutkiego notesu, mieszczą
cego się w kieszonce od kamizelki, może mieć po
jemność większą, niż największa kopuła kościelna.
(Pojemność kondensatora mierzy się zawsze przez porównanie z pojemnością kuli odpowiedniej wielko
ści. Np. mały kondensator „o pojemności 500 cm u posiada taką samą pojemność, jaką posiadałaby kula o promieniu 500 cm, czyli o średnicy 10 m).
Co więcej, ten lilipuci przyrząd można również tak skonstruować, że pozwala on zastąpić cały zapas kul różnej wielkości, gdyż przez odpowiednie nastawienie ruchomych jego części można jego pojemność dowolnie zmieniać (kondensator obrotowy).
Na czem polega zdolność kondensatora do groma
dzenia tak wielkich ładunków elektrycznych?
Oto, gdyby kazano komuś napełnić powietrzem dętkę rowerową lub piłkę nożną np. przez dmucha
nie ustami, to wzrastająca tam ciągle ilość powietrza (wprowadzanego oczywiście porcjami), osiągnęłaby wreszcie taką gęstość, a więc i prężność, że dalsze wdmuchiwanie przekraczałoby już wysiłek człowieka.
Podobnie dzieje się z każdym przewodnikiem, pod
danym procesowi elektryzowania. Przewodnik taki
O regulowaniu długości fal elektrycznych. 95
przyjmuje tylko tak długo dodatkowe porcje elek
tryczności, dopóki napięcie jego nie zrówna się z na
pięciem tego ciała, od którego te porcje bezpośrednio pobiera.
Gdybyśmy jednak wewnętrzną powierzchnię dętki rowerowej, wzgl. piłki nożnej, nasycili substancjami pochłaniającemi powietrze, to moglibyśmy nadmuchać tam znacznie
więk-wisko zachodzi w każ
dym kondensatorze. Kondensator najprostszej postaci przedstaw ia nam rycina 36. Składa się on z dwu płytek metalowych Pi i P 2) oddzielonych od siebie w arstwą izolatora, np. powietrzem, tafelką szklaną, miką, n a
tłuszczoną kartką papieru i t. p. Połączmy płytkę Px z jakiemkolwiek źródłem elektryczności, np. z ujemnym biegunem silnej baterji elektrycznej, płytkę zaś P 2 za pośrednictwem drutu d z ziemią Z.
Otóż, gdyby nie było płyty P 2, to elektrony, napły
wające z baterji przez przewodnik p, osiadałyby po obu stronach płyty Px. A napływałyby one tak długo, dopóki wzrastająca ciągle ich gęstość nie wytworzy
łaby na płycie takiego samego napięcia, jakie istnieje na biegunie baterji.
Skoro jednak zbliżymy płytę P 2, to sytuacja zaraz się zmieni. Mamy wtedy bowiem do czynienia ze zja
wiskiem, rozważanem w rozdziale II, ryc. 7 (oddzia
świeżo wdmuchanej dawki osiadałaby na ścianach gumy.
d
Analogiczne zja- Ryc. 36. Kondensator.
96 O regulowaniu długości ial elektrycznych.
ływanie pola elektrycznego na przewodniki niena- elektryzowane). Mianowicie, naelektryzowana ujemnie płyta Pt wytwarza dokoła siebie pole elektryczne.
W polu tem znajduje się nienaelektryzowana płyta P2.
Wobec tego elektrony swobodne, znajdujące się w pły
cie P „ są teraz działaniem pola odpychane na naj
dalszy koniec przewodnika d, t. j. do ziemi.
Płyta zaś P 2, pozbawiona pewnej ilości elektronów (tem większej, im silniej działa Pj) zostaje tem samem naelektryzowana dodatnio i jako taka oddziaływa za
raz na płytę Px, przyciągając jej elektrony ku sobie.
Wskutek tego obustronny ładunek płyty Pu ciągniony przemocą przez płytę P 2, osiada praw ie w całości w najbliższem jej sąsiedztwie, t. j. na powierzchni zwróconej ku P s (więcej zbliżyć się nie może, bo przeszkadza w arstw a izolatora). Druga strona płyty Px, ogołocona prawie całkowicie z nabojów elektrycznych, zapełnia się natychm iast nową porcją elektronów, które napływają tam bezzwłocznie z bieguna baterji. Ta nowa porcja wzmacnia naturalnie pole elektryczne. Spotęgo
wane zaś działanie pola wypycha z płyty Pt (do ziemi) jeszcze większą ilość jej elektronów swobodnych, czyli elektryzuje ją jeszcze silniej dodatnio. Wobec tego ta zaraz się odwzajemnia i ściąga tę ostatnią porcję znowu jak najbliżej siebie, w skutek czego przeciwna strona płyty Px zostaje ponownie ogołocona i t. d.
W ten sposób na płytach kondensatora gromadzą się ogromne ilości elektryczności. (Na płycie P^ — nabój ujemny, na P s — dodatni).
Pojemność kondensatora j est tem większa, im większe są powierzchnie płyt, im mniejsza między niemi od
ległość, oraz im lepszy gatunek izolatora, który je
O regulowaniu długości fal elektrycznych. 97
/
przedziela. W celu zwiększenia pojemności kondensa
tora nadaje mu się zwykle postać, przedstawioną na ryc. 37, gdzie zamiast jednej pary płyt o dużej po
wierzchni, użyto kilku płyt mniejszych. Kondensator tak wykonany jest bardzo wygodny, ponieważ zajmuje mało miejsca.
Zależnie od konstrukcji kondensatora, pojemność jego może być stała lub zmienna. Chcąc zmienić po
wzajemną odległość, albo towy-wreszcie rodzaj warstwy
izolującej. Najłatwiej i najprościej daje się to usku
tecznić przez rozsuwanie płyt, jak to ma miejsce w znanych powszechnie kondensatorach obrotowych.
Kondensatory o stałej pojemności oznacza się zwykle w schematach dwiema równoległemi do siebie kreskami (ryc. 46 c), o zmiennej zaś pojemności takiemiż dwiema kreskam i z dodatkiem ukośnej strzałki (ryc. 46 a, b).
Rola kondensatora nie ogranicza się jedynie do re
gulowania długości fali, wzgl. częstotliwości drgań własnych obwodu. Zależnie bowiem od okoliczności, zwłaszcza od sposobu łączenia go z przewodami, może on spełniać jeszcze inne, niemniej ważne zadanie. Bę
dzie jeszcze o tem mowa w następnych rozdziałach.
Narazie zastanowimy się jeszcze, czy nie możnaby znaleźć także innych środków, umożliwiających regu
lację częstotliwości drgań własnych anteny.
H arce elektronów 7
98 Jeszcze o regulowaniu długości fal.
R o z d z i a ł XI.