Прежде всего займемся электрической дугой. Что ты знаешь о ней?

— Ничего, — ответил мальчик. — Я никогда ее не видел. Я видел на картинках электрическое освещение с помощью дуги, но я никогда не был в большом городе. Я не знаю, как она работает, потому что все статьи в журнале о радио с помощью дуги считают, что устройство дуги всем известно.

— Значит, тебе надо начать с самого начала. Когда электрический ток непрерывно или почти непрерывно идет через маленький промежуток в цепи — промежуток, наполненный воздухом или другим газом при атмосферном давлении, получается непрерывный разряд, называемый дугой. Она ионизирует воздух, если ты знаешь, что это значит.

— Знаю, — сказал Хюг. — Доктор Камерон мне объяснил, когда говорил мне о теории электронов: атомы разбиваются, и ионы, разлетаясь в воздухе, делают воздух проводником.

— Вроде этого. Дуговая лампа, употребляемая для уличных фонарей, состоит из пары угольных стержней с кончиками близко один от другого. Когда через кончик проходит ток, уголь накаляется и дает яркий свет. Промежуток между кончиками наполнен раскаленными парами углерода, что делает свет еще ярче.

— Так это вроде искры, — сказал мальчик.

— Нет, этого нельзя назвать искрой теоретически, может быть, и трудно точно разграничить одно от другого. Дуговые разряды постоянны и почти непрерывны, искровые же временные и прерывающие. Кроме того, способ устройства и пользования дугой совершенно отличен от приборов с искрой. В 1910 г. англичанин Дудделль нашел, что если цепь, состоящая из самоиндукции и емкости, шунтирует дугу постоянного тока, дуга может издать музыкальный звук. Он предположил наличие колебаний и проверил это, включив в цепь измерительный инструмент.

Схема дуги Дудделля.

План Дудделля прост. К положительному углю дуги он присоединил короткую проволоку внутренней обкладки лейденской банки; к отрицательному он присоединил наружную обкладку через катушку самоиндукции с большим числом витков. Лейденская банка (конденсатор) дала ему энергию, катушка — инерцию. Как только ток появлялся, через ничтожную долю секунды в катушке появлялись колебания большой частоты. Понимаешь, почему?

Мальчик отрицательно покачал головой.

— Чтобы понять это, надо знать, что электрическая дуга, рассматриваемая как проводник электричества, обладает некоторыми особенностями. Не все проводники оказывают одинаковое действие на ток, но, как общее правило, ток прямо пропорционален элекродвижущей силе и электропроводности проводника. Это называется законом Ома. Угольные пары в дуговой лампе не подчиняется этому закону. Наоборот, усиление тока, проходящего через дугу уменьшает разность потенциалов между углями; ослабление тока ведет к увеличению разности потенциалов.

Теперь посмотрим, что же произошло в приборе Дудделля, где цепь, в которую были включены конденсатор и катушка, проходила кругом дуги с постоянным током. Как только в этой цепи появлялся ток, часть тока, проходящего через дугу, уходила на заряжение конденсатора. Это ослабляло дугу, но, в силу особенностей раскаленного угольного газа, эта потеря тока увеличивала разность потенциалов между углями, одновременно увеличивая разность потенциалов между обкладками лейденской банки. Это продолжалось до тех пор, пока банка не была заряжена. Если банка не была больше в состоянии извлекать ток, сила тока, проходящего через дугу возрастала до своей нормы; вследствие этого уменьшалась разность потенциалов углей, и полностью заряженный конденсатор разряжался через дугу. Немедленно после разряда противоположные токи нейтрализовались и цикл начинался сначала.

Ты видишь, Хюг, что в этой системе лейденская банка попеременно заряжается и разряжается и образует переменный ток, получившийся из постоянного. Электроны или ток мчатся туда и назад по катушке. Очевидно, что частота зависит от естественного периода колебаний конденсатора и катушки одного ряда с ним. Если частота эта не превышает 30.000 в секунду, волны могут быть слышны. Вот почему дугу часто называют музыкальной или поющей дугой. Принцип был ясен, но Дудделль достиг колебаний слишком слабых для целей радио.

В 1903 году Паульсен в Дании снова взялся за этот вопрос, рассматривая его с точки зрения радио. Это было тогда, когда Маркони добился возможности передачи сигналов через океан, но был стеснен слабостью искровой передачи. Паульсен считал, что большая продолжительность дугового разряда поможет разрешить проблему больших расстояний. Он доказал это на деле. Датский изобретатель сразу увидел два слабых места в дуге Дудделля: во-первых, промежуток воздуха недостаточно быстро дезионизировался, а во-вторых, развивалось слишком много теплоты. Для преодоления первой трудности он поместил промежуток в разреженную среду, так что дезионизация происходила быстрее. Во втором случае он применил охлаждение одного из электродов водой.

Схема передатчика с вольтовой дугой Паульсена.

Паульсен сделал дугу, причем положительный электрод был из угля, а отрицательный был из меди и охлаждался водой; дуга была заключена в сосуд, наполненный воздухом, углекислотой и парами алкоголя и помещена поперек между полюсами сильного электромагнита перпендикулярно к ним. Тогда явилась возможность получить в цепи конденсатора колебания частоты 1.000.000 в секунду, так что прибор был применим для беспроволочного телеграфа.

Тогда Паульсен соединил катушку в этой цепи как первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого в одном ряду с антенной, и настроил их одинаково. В американском флоте в дуговых аппаратах соединения устроены иначе — медный анод включен непосредственно с антенной через заряжающую катушку. Маленькие дуговые передающие аппараты часто снабжены прерывателем, уменьшающим слишком большую частоту колебаний и делающим ее доступной для слуха.

Сигнализация совершается, переключая генератор на некоторый нагрузочный контур или на антенну. Этот способ имеет недостатки, но он все же принят на многих больших станциях; одна из наиболее известных в их числе, станция в Лифильде, близ Оксфорда, в Англии, служащая контрольной станцией Британского кругосветного радио.

— Понял, ты что такое дуга?

— Да, — сказал Хюг и, взяв карандаш, сделал набросок: — что-то в этом роде?

Торн сделал несколько поправок.

— Да, ты схватил идею. Теперь перейдем к альтернаторам. Но погоди! Джэд Блэден тебе объяснил, как устроены динамомашины. Показал ли он тебе, как работает альтернатор?

— Я сам даже сделал альтернатор, — гордо ответил Хюг, — только отцу не удалось спасти его, когда шалаш сгорел.

— Значит, ты понимаешь, что если бы мы имели возможность строить альтернаторы, могущие давать большую частоту, нам бы не надо было ни искр, ни дуг. Стоило бы только соединить один полюс альтернатора с антенной, а другой с землей.

— Но ведь их же строят?

— С большими трудностями и колоссальными затратами. Альтернаторы Гольдшмита с вращающимся полем с его сложной внутренней конструкцией, дающей нужную частоту при помощи вращающихся противоположно магнитных полей, были в ходу до войны, но скорость вращения так велика, что ни одна машина не выдерживает такой работы. Альтернаторы Александерсена индукторного типа…

— Я сделал такой, только, конечно, маленький.

— Тогда я не стану объяснять. Они приняты в Америке и работают прекрасно. Но их стоимость чрезвычайно велика и они не прочны. Французский альтернатор Латура проще и очень остроумен, но не так солиден как Александерсеновский, хотя и употребляется на самой большой станции в Сент-Ассизе.

Есть еще одна система передачи, которую тебе надо знать, это вентиль Флеминга. Он предназначался сперва для детектора в приемнике, и, как детектор, не превзойден до сих пор. Но когда с вентилем познакомились лучше, в нем были найдены изумительные возможности.