Файл: Теоретические основы радиотехники. Идеи и достижения отечественных исследователей.docx

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)Кафедра «Философия»Р Е Ф Е Р А Тдля сдачи кандидатского минимумапо дисциплине:«История и философия науки»ТЕМА«Теоретические основы радиотехники. Идеи и достижения отечественных исследователей»Выполнил:аспирант Цыбанов И.А. Кафедра «АТСнаЖТ»Направление: 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи».Направленность: 2.2.15 «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»Научный руководитель: к.т.н., доц. Табунщиков А.К. Проверил к.ф.н., доц. Садикова О.Г.Москва – 2022 Содержание ВведениеНеуклонное совершенствование методологической базы радиотехники как одной из самых динамично развивающихся технических дисциплин, дающих начало новым техническим наукам, с одной стороны, а с другой, – ее стремительное вхождение в повседневную жизнь, сопровождающееся падением интереса к инженерному творчеству, – все это детерминирует необходимость погружения в историю этой науки. История радиотехники, как и история любой науки, есть некое «хранилище подсказок» на вопросы, поставленные самой жизнью.

---

Цель реферата – рассмотреть ретроспективу формирования научных основ теоретической радиотехники в контексте современных научных достижений в данной области, для выявления причин кризиса научного познания в области радиотехники. Поставленная цель предполагает решение следующих задач:

1. 
   Исследование теории радиотехники.
   
2. 
   Рассмотрение основных научных достижений радиотехники.
   
3. 
   Исследование процесса развития радиотехники через научные революции.
   
4. 
   Исследование причин, последствий, возможных путей выхода из кризиса, отчасти связанного с падением престижа научного познания в области радиотехники.
   

Задачи, выдвинутые мной, актуальны, поскольку их решение поможет глубже вникнуть в проблему, с которой столкнулось человечество на данном этапе своей истории. Эта проблема связана с потерей интереса к научному и техническому творчеству, что является парадоксальным в условиях современного прогресса при его неуклонных темпах роста. Необычным является и тот факт, что интерес к новинкам потребительской электроники и научным открытиям не угасает, а наоборот возрастает. Люди следят за выпуском современных устройств связи, портативных компьютеров, но в корне не понимают, по какому принципу осуществляются функции, заложенные разработчиками в различной технике. Установить причины и возможные последствия этого кризиса предлагается с помощью рассмотрения истории, выявления тенденций развития такой технической дисциплине, как радиотехника.

Глава 1. Предпосылки создания радиотехники

1.1 Естественнонаучные открытия в области электротехники

Двадцатый век был отмечен величайшими открытиями в области электричества и электромагнетизма, положившими начало развитию современной электротехники и радиоэлектроники.Одним из отцов-основателей электротехники по праву можно считать итальянского ученого Александра Вольта. Именно он в 1800 году создал «элемент Вольта" - первый гальванический элемент. Он опустил две пластины — цинковую и медную — в банку с кислотой и соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, и на медной стали образовались пузырьки газа. Вольт предположил, а после доказал, что электрический ток протекает по линии.Для практического применения Вольт придал гальваническому элементу форму вертикального цилиндра (колонны), состоящего из соединенных колец из цинка, меди и ткани, пропитанной кислотой. Вольтовый столб

---

высотой в полметра генерировал напряжение, чувствительное для человека.

Изобретение Вольта позволило создать устройство для выработки электроэнергии достаточно большой мощности и тем самым решило одну из острых проблем, с которыми столкнулись исследователи того времени.

С древних времен электричество и магнетизм были известны по отдельности (первые упоминания об электричестве и магнетизме относятся к 8 веку до нашей эры), но их взаимосвязь не была доказана ни одним ученым.

Одним из первых ученых, экспериментально подтвердивших связь между электричеством и магнетизмом, был датский физик Ханс Кристиан Эрстед. В 1820 году он продемонстрировал, что проводник, по которому протекает электрический ток, вызывает отклонение магнитной стрелки компаса.

Эрстед продемонстрировал на лекции в университете, как он нагревал провод от вольтовой колонки, для чего он и создал электрическую или, как тогда говорили, гальваническую схему.

На демонстрационном столе был установлен навигационный компас, через стеклянную крышку которого проходил один из проводов. Вдруг один из студентов (здесь показания свидетелей расходятся — говорят, что это был аспирант или даже студент университета) случайно заметил, что, когда Эрстед замыкал цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону, когда Эрстед замыкал цепь. Однако существует мнение, что Эрстед сам заметил отклонение стрелки.

В пользу стороннего наблюдателя Эрстед говорит, что сначала он был занят скручиванием проводов, и он, который много раз сталкивался с подобным опытом, был бы очень заинтересован результатом опыта.

Однако предыдущие исследования Эрстеда и его страсть к концепции Шеллинга указывают на противоречие. Некоторые источники даже предполагают, что Эрстед якобы повсюду носил с собой магнит, чтобы постоянно думать о связи магнетизма и электричества. Возможно, это выдумка, призванная укрепить позиции Эрстеда как исследователя. Действительно, если он был так обеспокоен этой проблемой, почему он не попытался подробно описать этот опыт заранее, используя диаграмму и компас? В конце концов, компас - одно из наиболее очевидных практических применений магнита. Однако нельзя отрицать, что он размышлял над проблемой связи электричества и магнетизма, между которыми по его мнению не было никакой связи.

Сначала Эрстед повторил условия своего лекционного опыта, а затем изменил их. Он обнаружил следующее: "Если расстояние от провода до стрелки составляет не более 3/4 дюйма, то отклонение составляет 45 °. С увеличением расстояния угол пропорционально уменьшается. Абсолютное отклонение зависит от мощности устройства»

---

Затем экспериментатор решил проверить влияние проводников из разных металлов на стрелку. Для этого были взяты провода из платины, золота, серебра, латуни, свинца, железа. И происходит необъяснимое! Металлы, которые никогда не обладали магнитными свойствами, приобретали их, когда через них проходил электрический ток.Эрстед начал зачищать стрелку от проволоки с помощью стекла, дерева, смолы, глины, камней, диска электрофора. Экранировать устройство тогда не удалось. Стрелка упорно отклонялась даже когда ее поместили в сосуд с водой. Если соединительный провод Эрстеда был расположен вертикально, то магнитная стрелка вообще не указывала на него, а располагалась, так сказать, по касательной к окружности с центром вдоль оси провода. Исследователь предложил рассматривать влияние проволоки на ток как вихревое воздействие, поскольку вихри на двух концах одного диаметра действуют в противоположных направлениях.Английский экспериментатор Майкл Фарадей прочитал работу Эрстеда и обнаружил вращение магнита вокруг проводника тока и вращение проводника тока вокруг магнита. Через 10 лет он открыл явление электромагнитной индукции. Исследовал явление самоиндукции и индукции Фарадей дал представление о линиях электропередач, которые, по его мнению, существовали, и высказал идею о том, что распространение электромагнитных взаимодействий - это процесс распространения волны с конечной скоростью. Фарадей дал математическое описание явления электромагнитной индукции (закон Фарадея), которое позже стало одним из главных уравнений радиотехники.Максвелл. Фарадей предположил, что в пространстве вокруг проводника тока действуют особые электромагнитные силы.В 1861-1865 годах британский физик, математик и механик Джеймс Максвелл продолжил работу Фарадея, проведя серию экспериментов с электромагнитными волнами и используя их для создания теории электромагнитного поля, которую он сформулировал как систему из четырех дифференциальных уравнений в частных производных (уравнения Максвелла). Это привело к возможности расчета электромагнитного поля, которое может распространяться в пространстве в виде электромагнитной волны. Максвелл пришел к выводу об электромагнитной природе света (1865) и показал, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света.

---

R2QWEGSER2Q3EgDSFBEQR2RqtegHSFNR RQFWGAFEDRQEGSSTQ3HRDGGR EHRSDGCGT3WYHRDJGMFGHRWYTWYRHUTJZGFMHFJYWTEhrFDNGCGHYETJMFHGFGEWQTWYERHTDJGB VBDFEAghrDJGMFNGETERWHDGMGFEgghrDGMFGGWYETJFMGNFBDGEhrTZJGFNFBGW4yeartjhmfxxgfndgewertjsyktdul Wfqf r2qqweghrhtqehsfnheYwuetjkryfmgdhsgwtewretjgmnfswy45eutjfmgnfdgafweghrjtfh, mgnfdegtwyeturky, hmgnfbdsgewyretjykfh, mcnbdgaehretjrykhmfgnfbdgetwyretjmfhbc bdgeahrtjkyfh, mgnfbgewyeutrkyfgdsgagyeurykhmgnfdget356wuetjkryfmgdhsgwtewretjgmnfswy45eutjfmgnfdgafweghrjtfh, mgnfdegtwyeturky, hmgnfbdsgewyretjykfh, mcnbdgaehretjrykhmfgnfbdgetwyretjmfhbc bdgeahrtjkyfh, mgnfbgewyeutrkyfgdsgagyeurykhmgnfdget3563746iktyghfr4

1.2 Первые устройства беспроводной связи

В 1872 году американский изобретатель Малон Лумис получил первый в мире патент на устройство беспроводной связи – радиотелеграф. Это устройство было способно передавать радиосигнал на расстояние до 20 км, что было продемонстрировано изобретателем в октябре 1872 года в штате Вирджиния. 28 ноября 1875 американский инженер Томас Эдисон объявил прессе, что в ходе экспериментов с телеграфом он замечал явление, которое он назвал «эфирными силами». Однако данная теория не была признана научным сообществом и Эдисон не стал продолжать свои исследования в этой области. В 1878 году английский и американский изобретатель Дэвид Хьюз запатентовал устройство для передачи и приема радиоволн, на основании открытой им зависимости между шумами в приемнике телефона и воздействием на него индуктивного маятника. Впоследствии это изобретение получило название «микрофон Хьюза». В 1884 году итальянец Фемистокл Кальчецци–Онести изобрёл трубку, наполненную железными опилками, названную впоследствии «когерер». Это изобретение послужило прообразом электрических коммутаторов, без которых радиовещание невозможно. В 1885 году Т. Эдисон получил патент на систему радиосвязи между судами, который он затем продал Гульельмо Маркони. Электромагнитные волны радиодиапазона (λ = 6 м, f = 500 МГц) впервые были получены и изучены немецким физиком и естесствоиспытателем Генрихом Герцем в 1886–1889 гг. Он их генерировал и излучал при помощи вибратора, возбуждаемого искровым разрядом. Во втором вибраторе под действием принимаемой волны проскакивала искра. Г. Герц показал, что электромагнитные волны способны отражаться, преломляться, интерферировать и поляризоваться, подобно световым волнам. Таким образом, он продемонстрировал, что радиоизлучение обладает всеми свойствами волн, которые стали называть электромагнитными волнами или волнами Герца. Он обнаружил, что уравнения, описывающие электромагнитное поле, можно переформулировать в виде дифференциального уравнения в частных производных, названного волновым уравнением.[1]

---