Przedmiot: Historia idei i odkryć naukowych |
Temat: Wpływ rozwoju fizyki w XIX wieku na rozwój współczesnej telefonii komórkowej |
Na rozwój współczesnej telefonii komórkowej miało wpływ kilku faktów. Najważniejsze to:
-Akustyka, elektryczność. Montowane w telefonach głośniki wykorzystują zjawisko piezoelektryczne, które w 1880 r. odkryli fizycy francuscy Paul i Pierre Curie (mąż Marii). Natomiast baterie, których pierwowzorem jest wynalezione w 1877 r. przez francuskiego chemika ogniwo Leclanchégo, to najczęściej akumulatorki litowo-jonowe, które w przeciwieństwie do wcześniej używanych niklowo-kadmowych nie mają tzw. efektu pamięci. W ładowarkach stosowany jest transformator impulsowy, czyli tzw. zasilacz beztransformatorowy. Zwykły transformator wykorzystuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej, które w 1831 r. odkryli niezależnie Michael Faraday (1791-1867) i amerykański fizyk Joseph Henry (1797-1878), natomiast w impulsowym napięcie wyjściowe jest prostowane przez diodę (prostownik półokresowy) lub tzw. mostek Graetza, wynaleziony przez niemieckiego fizyka Loe Graetza (1856-1941), który prowadził badania promieniowania termicznego.
-Elektromagnetyzm- Maxwella sformułował równania, z których wynika możliwość generacji i rozprzestrzeniania się fal elektromagnetycznych.
Pierwsze równanie Maxwella to prawo Gaussa dla elektryczności. Dotyczy ładunku i pola elektrycznego. Prawo Gaussa zastosowane do dowolnej powierzchni podaje związek pomiędzy strumieniem pola elektrycznego przechodzącym przez tę powierzchnię i całkowitym ładunkiem zamkniętym wewnątrz niej. Prawo Gaussa może być użyte do wyznaczenia E, jeśli rozkład ładunków jest tak symetryczny, że przez odpowiedni wybór powierzchni Gaussa możemy łatwo obliczyć całkę w równaniu. Całka ta, zwana powierzchniową, oznacza, że rozpatrywaną powierzchnię, przez którą przenika strumień pola elektrycznego, należy podzielić na odpowiednią ilość elementów powierzchniowych, z jakiej się składa cała rozpatrywana powierzchnia.
Drugie równanie Maxwella to prawo Gaussa dla magnetyzmu. Prawo Gaussa dla pola magnetycznego będące jednym z podstawowych równań elektromagnetyzmu jest formalnym stwierdzeniem wniosku wypływającego ze znanych faktów dotyczących elektromagnetyzmu, mianowicie wniosku o nieistnieniu izolowanych biegunów magnetycznych. Z prawa Gaussa można wyprowadzić prawo Coulomba. Wówczas ładunki jednoimienne odpychają się, a ładunki różnoimienne przyciągają się z siłą odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi. Ładunek umieszczony na izolowanym przewodniku przemieszcza się w kierunku jego powierzchni zewnętrznej.
Trzecie równanie Maxwella dotyczy efektu elektrycznego zmieniającego się pola magnetycznego. Jest to tzw. prawo indukcji wybitnego fizyka i twórcy prawa elektrolizy Michaela Faradaya. Prawo indukcji Faradaya głosi, że indukowana w obwodzie elektrycznym SEM równa jest szybkości, z jaką zmienia się strumień przechodzący przez ten obwód. Sztabka magnetyczna przesuwana przez zamknięty obwód powoduje powstanie prądu w tym obwodzie. Prąd płynący w przewodniku wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. W równaniu oznacza przenikalność magnetyczną próżni, i jest styczną do drogi całkowania, zaś i jest natężeniem płynącego prądu elektrycznego.
Czwarte równanie Maxwella związane jest z prawem Ampera, które zostało rozszerzone przez Maxwella. Dotyczy ono efektu magnetycznego zmieniającego się pola elektrycznego. Zakres zastosowań równań Maxwella jest niezwykle duży, obejmuje on podstawowe zasady działania wszystkich makroskopowych urządzeń elektromagnetycznych, takich jak silniki, synchrotrony, telewizja, radar. Jednak najważniejsze było wyprowadzenie równań noszących jego imię, czterech równań, które razem opisują, za pomocą odpowiednich wielkości wektorowych, wzajemny związek pomiędzy polem elektrycznym a polem magnetycznym w danej przestrzeni.
Telefon bezprzewodowy. Niemiecki wynalazca Heinrich Rudolf Hertz, odkrył fale, które po emisji mogłyby wychwycone przez ustawiony w pewnej odległości odbiornik. Kilka lat później, Guglielmo Marconi przesłał te fale na odległość kilkunastu kilometrów i nazwał je radiem. Szybko zaczęły pojawiać się pierwsze propozycje wykorzystania właściwości odkrytych fal radiowych. Jedną z rozważanych możliwości, już w roku 1891, było uruchomienie telefonii bezprzewodowej (ATS1). Pierwsze opracowane aplikacje używane były do celów komunikacji morskiej. Na początku wszystkie tego typu nowości były przyjmowane bardzo niechętnie, jednak po katastrofie Titanica zainteresowanie komunikacją zarówno między statkami na morzu, jak między statkiem i portem wzrosło bardzo gwałtownie. Wkrótce doceniono również możliwość komunikacji między pojazdami poruszającymi się po lądzie.
Prekursorem dzisiejszej telefonii bezprzewodowej były wynalazki Mikołaja Tesli z końca XIX wieku. Mikołaj Tesla to odkrywca pola elektrycznego wirującego oraz t. zw. prądów Tesli. W okolicach 1881 Nikola Tesla (wynalazca między innymi cewki Tesli oraz baterii słonecznej) opracował prototyp urządzenia do bezprzewodowej komunikacji. Jego badania dały fundamenty pod przyszłą konstrukcję radia. Pierwsze próby uruchomienia telefonii bez kabla odbyły się w lata 40. i 50. dwudziestego wieku to na przykład radiotelefony montowane w samochodach policyjnych, które pozwalały na około sześć rozmów (zanim nie padał akumulator) i początkowo wymagały operatora, łączącego rozmowy.
Guglielmo Marconi w latach dziewięćdziesiątych XIX wieku prowadził na strychu domu swoich rodziców własne doświadczenia. Wykorzystywał dostępne wówczas narzędzia, m.in. iskrownik Hertz'a oraz urządzenia przekształcające sygnał radiowy w prąd elektryczny. Wkrótce odkrył, w jaki sposób można generować, wysyłać a następnie odbierać fale radiowe na znacznych odległościach.
Marconi pracując na strychu swojego domu udoskonalił aparaturę Hertza uzyskując iskrę wtórną-najpierw w odległości 10 a później 30 metrów, udało mu się to również wtedy, gdy oddalił odbiornik od nadajnika o 3 kilometry. Po wykonaniu tych doświadczeń Marconi zwrócił się do rządu włoskiego z prośbą o wsparcie finansowe, jednak jego prace nie zostały docenione. Inni uczeni nie wierzyli w możliwość przesłania sygnału na większe odległości, ponieważ krzywizna Ziemi nie pozwoliłaby falom radiowym przebyć tak dużej drogi. Po odrzuconych prośbach Marconi zwrócił się o potrzebną pomoc do Rządu Wielkiej Brytanii, otrzymał ją i tutaj rozpoczął prace.
Do 1899 roku Marconiemu udało się uzyskać łączność na odległość około 50 km, tak więc połączenie radiowe Wielkiej Brytanii z Francją poprzez kanał La Manche przestało być problemem, natomiast w grudniu 1901 roku, fale radiowe zostały przesłane ponad Atlantykiem pokonując dystans 3000 km. Ze St. John na Nowej Funlandii (Kanada) Marconi wypuścił latawiec z umieszczoną na nim anteną odbiorczą i pomyślnie odebrał literę "S" nadaną alfabetem Morse'a w Poldhu w Kornwalii (Anglia). Jak się później okazało przesłanie tego sygnału było możliwe dzięki istnieniu jonosfery (górnego rejonu atmosfery, od którego fale odbijają się i wracają na Ziemię), o której istnieniu Marconi wówczas nie wiedział.
Po uzyskaniu takich wyników nastąpił szybki rozwój urządzeń radiokomunikacyjnych. Urządzenia zostały tak udoskonalone, iż możliwe stało się transmitowanie mowy z jednego miejsca Ziemi i usłyszenia jej w innym.
Guglielmo Marconi i Aleksander S. Popow zbudowali niezależnie w latach 1895 -1897 zespół urządzeń nadawczo-odbiorczych umożliwiający przesyłanie na odległość sygnałów zakodowanych alfabetem telegraficznym Morse'a bez konieczności stosowania przewodów łączących nadajnik z odbiornikiem.
Pierwsze próby uruchomienia telefonii bez kabla odbyły się w lata 40. i 50. dwudziestego wieku to na przykład radiotelefony montowane w samochodach policyjnych, które pozwalały na około sześć rozmów (zanim nie padał akumulator) i początkowo wymagały operatora, łączącego rozmowy.
LITERATURA:
http://fizyka.maszyna.pl/2.3przesylanie_analogowe.php
http://www.przeglad-techniczny.pl/archiwum/arch/2005/25/fizyka_w_komorce.htm
http://zadane.pl/zadanie/626740
www.if.pw.edu.pl/~pluta/pl/fn/utw151007.ppt
http://www.tuo.agh.edu.pl/referaty.html
http://fizyka.maszyna.pl/2.3przesylanie_analogowe.php
http://pl.wikipedia.org/wiki/Telefon_kom%C3%B3rkowy
1