Эти свойства магнита и были использованы при устройстве электромагнитного телефона.
Первый электромагнитный телефон
Магнит с надетой на него катушкой, на которой нанесена обмотка из изолированного провода, поместили в полую деревянную трубку. Один конец трубки закрыли тонкой стальной пластинкой — мембраной, которая оказалась около одного из полюсов магнита. Получился электромагнитный телефон, или, как называют упрощенно, телефонная трубка. При помощи двух таких трубок оказалось возможным устроить одностороннюю телефонную связь, как это показано на рис. 15.
Рис. 15. Односторонняя передача разговорной речи при помощи двух телефонных трубок.
Один из собеседников (слева на рисунке) говорит в тот конец трубки, который закрыт мембраной. Звуковые волны приводят мембрану в быстрое колебательное движение. Мембрана то удаляется, то приближается к магниту. От этого в обмотке катушки возникает электрический ток, который передается по проводам линии связи. Второй собеседник, который слушает передачу, держит свою телефонную трубку около уха. Электрический ток, проходя по обмотке этой трубки, то усиливает, то ослабляет притяжение мембраны к магниту. В результате мембрана во второй трубке начинает колебаться в такт с первой мембраной, повторяя все ее движения.
Эти колебания мембраны создают звуковые волны, и второй собеседник услышит сказанное первым собеседником на другом конце линии связи.
Создание микрофона
Первый электромагнитный телефон был несовершенен. Этот аппарат позволял вести разговор только на расстоянии до двух километров. Чем больше было расстояние между говорящими, тем громче приходилось кричать в трубку. Причина заключалась в том, что мембрана электромагнитного телефона лишь незначительную часть звуковой энергии превращала в электрическую.
Как же улучшить действие телефона? Ученые отказались от способа передачи речи при помощи только телефонных трубок. Был изобретен новый способ превращения звуковых колебаний в электрические.
При опытах по измерению электрической проводимости различных тел было обнаружено одно интересное явление. Оказалось, что если поперек двух палочек из прессованного угля положить третью палочку, то получится очень чувствительное устройство, которое может преобразовывать в электрический ток самые ничтожные воздушные колебания.
Соединим угольные палочки проводами с полюсами электрической батареи, как это показано на рис. 16.
Рис. 16. Применение микрофона для передачи разговорной речи.
В один из проводов, идущих от батареи, включим телефонную трубку. Ничего особенного при этом не произойдет, только в момент включения в трубке раздастся легкий щелчок. Но вот мы начинаем говорить, и тотчас же на другом конце провода раздаются звуки нашего голоса.
Что же происходит с угольными палочками при разговоре? Оказывается, в местах их соприкосновения электрическая проводимость резко меняется. Дело в том, что величина электрической проводимости между угольными палочками зависит от того, насколько плотно они прижимаются друг к другу. Чем сильнее прижата верхняя палочка к двум нижним, тем лучше контакт между ними. От этого уменьшается сопротивление электрическому току, проходящему через места соприкосновения палочек.
Как только сопротивление уменьшается, ток в телефонной трубке сразу же возрастает и ее мембрана сильнее притягивается к магниту.
Звуковые волны заставляют угольные палочки то прижиматься друг к другу, то отходить назад. В такт с колебаниями воздуха происходит и изменение тока в линии. Когда разговор прекращается, сопротивление контактов между угольными палочками становится постоянным.
Такой прибор чувствителен к очень слабым звукам. Он позволяет передавать их на гораздо большее расстояние, чем электромагнитная телефонная трубка. На довольно большом расстоянии слышен не только обычный разговор, но и шепот. Этот прибор получил название угольного микрофона. В современных микрофонах палочки заменены угольным порошком, к которому прикасается тонкая угольная или стальная мембрана. В порошке гораздо больше точек соприкосновения, чем у трех угольных палочек. От этого микрофон приобретает большую чувствительность.
В современном телефонном аппарате передающий прибор, микрофон, и принимающий, телефон, соединены в один общий прибор, называемый в технике микротелефоном. В быту микротелефон называют разговорной трубкой или телефонной трубкой. Внешний вид ее хорошо знаком каждому. Трубка из полированной пластмассы сделана так, чтобы ее было удобно держать рукой. На одном из концов трубки укреплен телефон, на другом — микрофон.
Телефон и микрофон защищены крышками с отверстиями. Под крышкой телефона (рис. 17) находится круглая стальная пластинка — мембрана, а под ней — две катушки электромагнита, к которым притягивается мембрана при прохождении по этим катушкам электрического тока. Под катушками помещены кольцеобразные постоянные магниты.
Рис. 17. Части телефона: 1 — корпус (внутри корпуса видны катушки, надетые на полюсные наконечники), 2 — кольцеобразные магниты, 3 — полюсные наконечники, 4 — катушки, 5 — мембрана, 6 — прокладка, 7 — крышка.
Микрофон в телефонных аппаратах последних выпусков делается неразборным, в виде закрытого капсюля, разрез которого показан на рис. 18. Под двойной крышкой микрофона находятся: фигурная мембрана из тонкой латуни, подвижный электрод, угольный порошок и неподвижный электрод. Электроды включаются в электрическую цепь.
Рис. 18. Микрофон.
На каком же расстоянии позволяет вести разговор современный телефонный аппарат?
В настоящее время существуют линии телефонной связи на тысячи километров. При этом величина электрического тока, который идет от одного телефонного аппарата к другому, постепенно уменьшается. Уменьшение тока тем больше, чем длиннее провод и чем он хуже изолирован. Потери тока в линии приводят к тому, что на расстоянии нескольких десятков километров разговор по телефону еле слышен. Поэтому на дальних линиях связи устанавливают усилители. Они похожи на ламповые радиоприемники.
Слабые токи, которые возникают в антенне при работе радиостанции, в радиоприемнике усиливаются радиолампами. В радиоприемник поступает ток в миллион раз больший, чем тот, который был принят антенной. Усиливаются также и телефонные токи. Разница с телефонной передачей заключается в том, что в радиоприемнике усиление одностороннее: от антенны к радиоприемнику, а в телефонной линии — двустороннее, так как передача разговора идет в обоих направлениях. Современная техника телефонной связи позволяет осуществить телефонный разговор между Москвой и самыми удаленными окраинами нашей Родины.
Современные телефонные аппараты
Промышленность выпускает телефонные аппараты двух систем. В каждом аппарате одной системы имеется своя электрическая батарея для питания микрофона. Это — аппарат системы МБ. В аппаратах другой системы используется общая, центральная батарея, которая помещается на телефонной станции. Это — аппараты системы ЦБ.
Снаружи телефонного аппарата МБ имеется рукоятка индуктора, т. е. маленького генератора переменного тока. Для вызова абонента рукоятку нужно вращать. При вращении рукоятки индуктора в нем вырабатывается электрический ток, который по проводам поступает на телефонную станцию. Там он приводит в действие вызывные приборы телефонистки.
Один, два, три поворота рукоятки индуктора — и станция получает сигнал вызова. Для подачи сигнала отбоя, который указал бы телефонистке на окончание разговора, нужно положить на рычаг аппарата трубку и два-три раза повернуть рукоятку индуктора.