Nobel Fizik Serisinin Tarihi (9) -Marconi ve Braun
Radyo teknolojisi, radyo, televizyon, cep telefonları, İnternet, radar ve navigasyon dahil hayatlarımızla yakından ilgilidir. Radyo, havada veya vakumda yayılan elektromanyetik dalgaları ifade eder ve radyo teknolojisi, sinyalleri yaymak için radyo dalgalarını kullanan teknolojiyi ifade eder ve elektromanyetiğin en önemli uygulamasıdır. Pek çok fizikçi, elektromanyetik gücün keşfedilmesinden yaygın radyo kullanımına kadar bir asırdan fazla süredir önemli katkılarda bulunmuştur. Bunlar arasında, radyo teknolojisi araştırmalarına öncülük eden iki bilim insanı, 1909 Nobel Fizik Ödülü'nü aynı anda kazandı.
Kablosuz iletişim teknolojisi uygulamasına bir örnek (Kaynak: Sina)
Kablosuz iletişim tavla
19. yüzyılın sonunda, Faraday, Maxwell ve Hertz gibi bilim adamlarının aralıksız çabalarıyla elektromanyetik hızla gelişti. İtalyan fizikçi Marconi şans eseri, elektromanyetik dalgaların kablolar olmadan uzun mesafelerde bilgi iletebileceğini keşfetti. Aslında, görünmez elektromanyetik dalgalarla bilgi aktarmanın bu yolu radyo iletişimidir.
Marconi otantik bir "zengin ikinci nesil" dir ve aydınlanma eğitimi evde tamamlanır. Özellikle Maxwell, Rocky, Hertz ve diğer öncüllerin eserlerini okumak gibi 10 yaşımın üzerindeyken fizikle ilgilenmeye başladım. 1895 yılında, 21 yaşında, malikanesinde hayatının ilk elektromanyetik deneyini yaptı; bir verici tasarladı ve radyo sinyallerinin iletimini 2,4 kilometre mesafeden gerçekleştirdi; aynı zamanda elektromanyetik dalgaların bilgi iletebileceğini ve dünyada elektromanyetik dalgaların iletebileceğini keşfeden ilk kişiydi. Uygulamaya koyan bilim adamları.
Marconi tarafından tasarlanan verici (Kaynak: Sohu)
Kısa süre sonra Marconi radyo iletişim mesafesini 13 kilometreye çıkardı ve telgraf kodunu uzun mesafeli kablosuz iletişim deneyleri yapmak için bir jeneratör anahtarı olarak kullanmaya başladı. Radyonun ticari uygulamalarını daha fazla incelemek için, Kablosuz Telgraf İletişim Şirketini (Marconi Radyo Şirketi'nin selefi) kurdu. 1898'de 45 kilometrelik İngiliz Kanalı kablosuz telgraf iletişim deneyi başarılı oldu ve boğazın iki yakası telgrafla başarılı bir şekilde iletişim kurabildi. Marconi'nin bir sonraki hedefi, radyoyu Atlantik Okyanusu'nun ötesine geçirmek!
Atlantik Okyanusu'nu geçen kablosuz telgraf büyük bir zorluktur. Atlantik Okyanusu 3.700 kilometrelik bir alanı kapsıyor ki bu gerçekten ultra uzun mesafeli kablosuz yayılım; dahası, o zamanlar birçok insan elektromanyetik dalgaların ışık gibi düz bir çizgide yayıldığına ve Atlantik Okyanusu'nun eğimli yüzeyinin elektromanyetik dalgaları yayamayacağına inanıyordu. Biraz konuşalım, Marconi bu zihniyetle birçok deney yaptı. 1901'de Kanada'da Atlantik'in diğer tarafındaki bir İngiliz vericisinden kablosuz bir telgraf aldı ve bu deney dünyayı şok etti. Yakında Amerika Birleşik Devletleri'nden İngiliz "Times" gazetesine gelen haberler radyo yoluyla iletilecek ve gazeteyi aynı gün görmek mümkün olacak. Birçok ülkenin askeri kale ve liman gemilerinin çoğu, Atlantik rotalarında seyahat eden posta gemileri gibi radyo ekipmanlarıyla donatılmıştır. ABD hükümeti, Marconi'den yüksek güçlü bir verici istasyonun yapımına başkanlık etmesini istedi ve Birleşik Devletler Başkanı ilk kablosuz telgrafı İngiltere Kralına gönderdi. Radyo küresel bir iş haline geldi.
Marconinin Nobel Ödülü Dersinden (Kaynak: Bimonthly Physics) tarihteki ilk transatlantik telgraf iletişim diyagramı
Marconi'nin başarıları dünya çapında ilgi gördü. Birçok kişi ona "radyonun babası" diyor. 1909 Nobel Fizik Ödülü'nün podyumunda yer alması şaşırtıcı değil.
Marconi'nin radyoyu tüm dünyaya yayma sürecinde, birçok bilim insanı perde arkasında sessizce ödeme yaptı, aralarında Alman fizikçi Braun'un en göz kamaştırıcı olduğu da oldu. Kablosuz telgrafı geliştirdi ve yıllık Nobel Fizik Ödülü'nü Marconi ile paylaştı.
Kablosuz teknolojideki zorluklar
Carl Ferdinand Braun, Almanya'nın Fulda şehrinde doğdu ve babası gerçek bir memurdu. Çocukluğundan beri yiyecek ve giyecek konusunda endişesi yok ve iyi bir eğitim alıyor. 1868'de 16 yaşındaki Braun, Almanya'daki Marburg Üniversitesi'ne girdi ve doğa bilimlerine maruz kalmaya başladı. 1872'de Berlin Üniversitesi'nden fizik alanında doktora yaptı. Ertesi yıl, Leipzig'de ağırlıklı olarak matematik ve doğa bilimleri öğretmek için bir ortaokula girdi. Bu belirsiz okulda, elektromanyetik araştırma yolculuğunda ilk adımı atarak, sistematik olarak salınan akımları incelemeye başladı. Daha sonra, Fizik Enstitüsü müdürü olarak Strasbourg Üniversitesi'ne döndüğü 1895 yılına kadar Marburg, Strasbourg ve Karlsruhe Üniversitesi'nde fizik profesörü olarak görev yaptı. Bu deneyimlerden, Braun elektromanyetik deneyler yapma koşullarına sahiptir.
Braunun elektriğe ilk katkısı, katot ışınlı tüpün icadıydı. 19. yüzyılın sonunda, birçok bilim adamı katot ışınları üzerinde çalışıyordu ve çoğu başarılıydı. Alman fizikçi Roentgen tarafından X-ışınlarının keşfi ve İngiliz fizikçi Thomson tarafından elektronların keşfi haberi geldi ve Braun da kendini bu alana adadı. 1897'de vakumlu cam tüpün bir ucuna bir elektrot yerleştirdi, böylece katottan yayılan elektronlar elektrostatik kuvvetin etkisi altında elektron ışınları (yani katot ışınları) yayacaktı. Manyetik alan değiştiğinde, elektron ışını da saptırılır, böylece ekranda dalgalı bir görüntü elde edilir. Bilim adamları bu cam tüpe, Braun tüpü olarak da bilinen katot ışınlı tüp (CRT olarak kısaltılmıştır) diyorlar. Daha sonraki nesiller bu tüpü televizyonlar ve bilgisayarlar gibi elektronik ekipmanların görüntülenmesi için geliştirdiğinden, Braun tüpü aynı zamanda bir resim tüpü olarak da bilinir.
Deneyde kullanılan Braun tüpü (Kaynak: Petal Net)
Deneylerdeki geniş katot ışın tüpleri uygulaması Braun'a ilham verdi. Marconi'nin radyoyu tanıttığını öğrendikten sonra, kendisini radyo teknolojisi araştırmalarına adadı. Radyo gazetelerini ve ilgili raporları inceledikten sonra o dönemde radyo teknolojisinde iki problem olduğunu buldum: Biri elektromanyetik dalgaların belirli bir yönde yayılamamasıydı. Diğer bir deyişle, önceki Marconi kablosuz iletim deneyi, sürecin fiziksel kontrolü olmaksızın yalnızca bir sonuçtu. Birçok deneyden sonra, Marconi yönlü anteni icat etti. Enerji tüketimini etkin bir şekilde azaltan radyo dalgalarının belirtilen yönde yayılmasını sağlayabilir. 1902'de, yönlü iletilen sinyalleri almak için yönlü bir anten sistemi kullandı.
İkinci sorun, güvenilir telgraf alıcılarının ve vericilerinin eksikliğidir. Bu amaçla Braun, alıcının hassasiyetini artırmak için alıcıya bir kristal detektör ekledi. Vericiler açısından, Marconi yalnızca temel işlevlere sahip bir verici icat etti çünkü araştırması çok karmaşıktı ve radyoyu tanıtmakla meşguldü. Braun, Markov vericiyi defalarca inceledi ve değiştirdi Yeni verici, bir kondansatör ve kıvılcım olmadan bir antene bağlanan bir kapalı devre bobinden oluşuyor. Farklı kapasitörler, farklı akımlar üretmek için salınır. Aynı zamanda bu makinenin frekans bandı çok dar ayarlanmıştır. Bu şekilde verici, farklı bilgilerin elektromanyetik dalgalarını gönderebilir ve alıcı, bunu aldıktan sonra aktarabilir. Marconi, 1901'de Atlantik Okyanusu'nu geçen radyo başarısını büyük ölçüde Braun'un geliştirilmiş vericisi ve alıcısı sayesinde tamamlayabildi.
Yönlü anten yayılımının şematik diyagramı (Kaynak: NAND Net)
Braun erken radyo teknolojisinin iki problemini çözdükten sonra, radyo teknolojisi hızlı gelişimin hızlı şeridine girdi. Marconi radyonun tüm dünyada uçmasına izin verdiyse, Braun "uçmayı" hızlandırdı. Katkılarına kıyasla, Nobel Fizik Ödülü gerçekten önemsiz.
Marconi ve Braun radyo araştırmalarına takıntılı olduklarında Hollandalı bir fizikçi termodinamik için çabalıyordu. Gazlar ve sıvılar üzerine yapılan çalışmalarda nihayet gazların fiziksel özelliklerini kapsamlı ve sistematik bir şekilde tanımladı ve ayrıca moleküller arası kuvvetler kavramını ve ilgili teorileri açıklığa kavuşturdu. Sonuç olarak, Amsterdam Üniversitesi'nin ünlü profesörü 1910'da Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. Kim o? Gazları ve sıvıları nasıl inceliyor? Moleküller arası kuvvetler ne olacak? Ne olduğunu bilmek istiyorsanız, sonraki bölümü dinleyin.
Marconi ve Braun'un resmi Nobel fotoğrafları (Kaynak: Physics Bimonthly)
Referans Materyalleri
1. "Nobel Fizikte Yüzyıllık Fizik Ödülü" kitabı, 2002 yılında Shanghai Science Popularization Press tarafından yayınlandı. Yazarlar Guo Yiling ve Shen Huijun'dur.
2. "20. Yüzyılda Fiziğin Büyük Mikrokozmosu" tezi, yazar Guo Yiling, Tsinghua Üniversitesi, "Fizik Araştırmaları", Sayı 2, 2009.
3. "1909 Nobel Fizik Ödülüne Giriş" materyali için bkz. "Fizik Bülteni" 2017 Sayı 2.
4. Marconi'nin Tapuları
Yazar: Weide Yong
