Принцип действия когерера основан на том, что сильная электромагнитная волна, проходя через тонкие механические соединения, размыкает или замыкает цепь. То есть это всего лишь механический ключ, который реагирует [...]]]> Когерер  — прибор детекции сигналов ВЧ, был изобретен Эдвардом Бранли в конце  девятнадцатого века.
Просуществовав  всего лишь тридцать лет, он уступил место более чувствительным и удобным лампам…

Принцип действия когерера основан на том, что сильная электромагнитная волна, проходя через тонкие механические соединения, размыкает или замыкает цепь. То есть это всего лишь механический ключ, который реагирует на силу электромагнитного импульса.

Отсюда — все плюсы и минусы когерера.
В плюсах — крайняя простота и возможность построения в любую эпоху.
В минусах:
Во-первых, так как когерер это выключатель, который имеет всего два состояния — то никакой модуляции сигнала быть не может. Только азбукой Морзе. Про голос и радиовещания можно не вспоминать.
Во-вторых так как когерер это механический переключатель, то электромагнитная волна должна быть достаточной силы. То есть чувствительность у когерера очень слабая. Ему нужно мощные радиостанции, и чтобы недалеко.
Ну и в-третьих, главное — когерер это только приемник.
А в приемниках недостатка не было — можно построить и детекторный и даже кристадиновый. А вот с передатчиками с самого начала была засада — приходилось строить искровые, которые были намного дороже разумного и к тому же забивали эфир телеграфным кодом, мешая работать нормальным звуковым радиостанциям.

Однако не стоит отворачиваться от него, как от «тупиковой ветви эволюции» развития радио.

Существует ряд особенностей, делающих этот приборчик привлекательным для попаданца.
Как упоминалось, он прост в изготовлении:

Как видно из рисунка, когерер состоит из двух контактов (их желательно изготовить из инертного металла, как пример, Попов использовал платиновые пластинки),
контейнера из изолятора (традиционно — трубка из стекла, но почему бы не деревянный ящичек?)) и металлического порошка.

На последнем мы остановимся наиболее подробно.
Дело в том, что два года назад я решил из любопытства собрать «Грозоотметчик» конструкции Попова.

На первый взгляд — ничего сложного.
Однако после того, как я собрал когерер, я столкнулся с тем, что стальной порошок, насыпанный в спрессовался,
вследствие чего сопротивление элемента резко падало даже в отсутствие сигнала!
(в качестве источника радиоволн широкого спектра я использовал блокинг генератор с повышающей обмоткой,
подсоединенной к искровому промежутку из двух гвоздей).
Даже встряхивание и помешивание порошка не исправило ситуацию.
Порошок был получен с помощью гвоздя и напильника.
Решив, что размер имеет значение, я мелко нарезал очищенную от ржавчины стальную проволоку (D=1,3 мм)
кусочками длиной по 2-3 мм.
Работа когерера действительно улучшилась.
Однако и сама насечка и стальной порошок начали окисляться буквально через два дня даже
в плотно закупоренном контейнере (пузырек из под лекарства, в таких раньше продавали зеленку и марганцовку).
В итоге я сделал насечку нержавеющей проволоки и наполнил ей когерер.
Возможно из-за большего калибра проволоки чувствительность ухудшилась в 1,2-1,3 раза.
Т.е. изначально, со стальной проволокой, приемник регистрировал сигнал на расстоянии ~20 м.
С нержавеющим наполнителем предельная дальность составила уже ~15 м.
Медная пыль давала довольно низкое сопротивление и регистрировала сигнал на расстоянии не больше десяти метров.
Хотя возможно я сделал слишком мелкий порошок (насечка из очищенной от лака проволоки проводила электричество
не хуже простого провода)
В наиболее совершенных конструкциях позапрошлого века использовался серебряно-никелевый порошок, цинковый с примесью железа и смесь железных опилок, ртути и масла.

В 1899г Чандра Боше изобрел ртутный когерер.
Конструкция его не так проста, как порошкового
E — изолирующее основание
M — ртуть (один из электродов)
P — слой нефти (для изоляции и предотвращения испарения)
D — второй электрод (вращающийся медный диск)

При регулировке слой нефти доводили 0,05-0,1 мм.
При каждом прохождении сигнала реле сдвигало анкер простейшего часового механизма,
который немного поворачивал диск, уничтожая контакт.
Такой когерер был гораздо чувствительней порошкового, и его можно было настраивать,
однако наличие жидкости и громоздкость механизма делало его крайне чувствительным к качке и тряске.

Помимо рассмотренных выше основных существовало множество  иных конструкции, применявшихся уже не так широко в силу каких-либо обстоятельств.

Игольчатый трехконтактный когерер.
Чувствительный, но требующий высококачественного микрометра.
Подобный использовал Маркони в своем приемнике, поместив его в вакуум.

Еще одна конструкция Гульельмо, созданная им по подобию ртутного.
c,h, l -элементы подставки
g — микровинт
Капелька ртути ртути находилась между двумя цилиндрическими электродами,
неподвижным угольным d и регулируемым железным f.
(Непонятная деталь в самом низу — наушники! Да, последние три конструкции пригодны для приема тонового сигнала!)

Все  когереры, рассмотренные выше, являются двухполюсниками.
Поэтому типовую схему включения можно изобразить вот так:


К — это собственно когерер
А — антенна
З — заземление
Б₁ и Б₂ — источники питания (в моем случае когерер рассеивал в среднем 0,06 Вт, так что
подбирать придется под нагрузку)
Р — усилитель. Во времена когерера применялось реле.
Г и М — приборы регистрации сигнала (Г — гальванометр, М — механизм обнуления когерера
(молоточек у Попова или часовой механизм в ртутном когерере))
Для повышения селективности приемника параллельно когереру ставился колебательный контур, питаемый через катушку связи.

При всех своих недостатках когерер успешно использовался на протяжении поколения.

Именно когерерные приемники стояли у истоков радиосвязи и радиолокации.
Безусловно, он проигрывает любым другим детекторам в чувствительности и широте применения. Однако не стоит забывать о его простоте, дешевизне, надежности.
На первых порах он станет надежным подспорьем в развитии технологии связи.

Однако,  прежде чем внедрять когерер, подумайте сначала о радиостанциях, которые он будет принимать!

Принцип действия пирометра прост до безобразия. Проволочка в лампочке разогревается от батарейки через реостат, чтобы можно было регулировать накал. Если посмотреть [...]]]> Если мы имеем платину, а тем более — тонкую платиновую проволоку и научились прятать ее в вакуумную колбу, то мы можем замутить интересную вещь — оптический пирометр. То есть — бесконтактный измеритель высокой температуры…

Принцип действия пирометра прост до безобразия. Проволочка в лампочке разогревается от батарейки через реостат, чтобы можно было регулировать накал. Если посмотреть через лампочку на раскаленный предмет и покрутить настройки накала, то когда температура спирали совпадет с температурой раскаленного предмета, эта спираль на фоне предмета «потеряется» (человеческий глаз очень чувствителен к разнице яркостей красного света).
Осталось только откалибровать прибор.
Собственно, на этом все.

Измерять температуру можно, начиная с 600^oC, потому что ниже лучи инфракрасные и человеческий глаз их просто не видит. То есть если металл нагрелся так, что начал светится — можно измерять.

Самое интересное — и реализация ненамного сложнее.

Главная деталь — лампа с раскаленной спиралью. Спираль совсем не обязательно должна быть платиновой или вольфрамовой — подойдет даже углеродная нить, которая использовалась в конце 19 века в лампах Эдисона.

Поэтому пирометр попаданцу будет доступен сразу после того, как он сделает гальванический элемент и научится вакуумировать лампы с углеродной нитью.

Основная проблема такого пирометра — это разряженная батарея. Поэтому калибровать ручку реостата нельзя, нужно поставить амперметр, проградуированный в градусах температуры.

Так как мы ориентируемся на свечение с длиной волны 0.65 мкм, то в современных приборах ставят красный фильтр, который пропускает только эти 0.65 мкм, чтобы остальная муть не мешалась в кадре. Ну и конечно, современный пирометр имеет линзы — он по конструкции телескоп.

Вот с чем придется повозиться — это с калибровкой.
Дело в том, что расчеты температуры на основе сопротивления нити и напряжения батареи попаданцу помогут несильно. Ну, это если он вообще с этим справится с требуемой точностью. Просто видимая температура всегда чуть ниже истинной. При этом для разных материалов она чуть-чуть колеблется. Поэтому калибровать придется чисто практически — например, по температуре размягчения стали или температура точки Кюри (определяется магнитом). Шкала выйдет приблизительная, но со временем она будет уточняться.

И еще — при измерении высоких температур (больше 1500^oC) легко пережечь примитивную нить. Поэтому даже сейчас для этого существуют фильтры, которые затемняют нить и можно измерять высокую температуру со слабым нагревом нити. Для этого на амперметре у попаданца должны быть две шкалы — со светофильтром и без. Хотя вопрос в измерении 1500^oC для попаданца возникнет не скоро.

Несмотря на простоту прибора, теория под ним достаточно сложная — это свечение абсолютно черного тела. Это свойство заметили очень давно и оно стало одной из причин для появления квантовой теории. Первые попытки построить такой пирометр относятся к 1783 году, но тогда его не оценили. Пирометры более-менее современной конструкции появились в 1901 году — то есть когда металлургия шагнула на новый уровень и потребовались удобные методы контроля. Но ведь попаданец одной из первых вещей в любом случае будет развивать металлургию, верно?

Обычному человеку такая вещь незнакома.
Просто потому, что не нужна ни для чего.
Однако, в сталелитейных производствах, да и вообще — где есть обработка горячего металла, такая штука суровая необходимость. А закалка? А сварка?
Вот просто — должен быть пирометр и точка, без него не обойтись!

Конечно, современный пирометр по сравнения с таким — это реактивный самолет по сравнению с бумерангом. Профессиональный пирометр легко измеряет от -50^oC до 3000^oC, при этом подключается к компьютеру и поэтому может работать в автоматическом режиме. Там уже принцип действия чуть другой, он измеряет не видимый красный свет 0.65 мкм, а инфракрасный. Но и только.

Почему-то попаданцы всегда мыслят с бытовой точки зрения. Я встречал три книги, где попаданец мастырит мясорубку, но ни одной (!) где попаданец строит пирометр для выплавки и обработки стали, ну хотя бы на производстве мясорубок…

Главным предназначением астролябии было определение точного времени. Или определение положения звезд. Это для кого как — существуют арабские трактаты, в которых описано 1000 применений астролябии. Тысяча [...]]]> За полтысячи лет до Рождества Христова в Древней Греции была изобретена интересная штучка, которую впоследствии стали называть астролябия. Слово красивое, почти матерное, но и само устройство было достаточно забавным.

Главным предназначением астролябии было определение точного времени. Или определение положения звезд. Это для кого как — существуют арабские трактаты, в которых описано 1000 применений астролябии. Тысяча или не тысяча, но львиная доля этих применений связана с астрономическими наблюдениями в данной местности. Но мы люди практичные, нам в первую очередь нужен прибор, который решает обратную задачу — по высоте звезд или солнца определяет где мы находимся.

И нам не просто нужно определить наше положение — делать это нам придется на корабле, то есть на качающейся палубе. Поэтому всякие настольные варианты нам не годятся — прибор должен быть исключительно ручного применения.

Для этого была изобретена наблюдательная астролябия. Собственно, именно этот прибор нам  и нужен. Более того — скорее всего попаданцу придется таким прибором и ограничиться. Единственное усовершенствование — это делать не полный круг как на картинке, а вырезать из него сегмент. Именно так и было сделано, причем в двух вариантах — с сегментом в 90 градусов (четверть круга) — прибор стал называться квадрант, а с сегментом в 60 градусов (шестая часть круга) — секстант. Хотя тот вид, который приобрел секстант в 18 веке, для попаданца недостижим.

Тот классический секстант, который мелькает в фильмах про Нельсона или Нахимова — это вам не левая астролябия,  это сложнейший оптический прибор, у него несколько зеркал, стеклянные пластины для преломления, светофильтры (на солнце ведь смотрим, а если на звезды, то светофильтр нужно переключить на другой), ну и зрительная труба с линзами. И все части должны быть отъюстированы, а там ведь есть еще шкала, позволяющая определить угол до одной угловой минуты — то есть, фактически, положение до одной морской мили.

Да подзорная труба — просто турецкая дешевка в сравнении с таким прибором! Неизвестно еще, что на корабле стоит дороже  — фамильная шпага капитана с каменьями в рукояти или казенный секстант.

Главное отличие настоящего секстанта от наблюдательной астролябии — точное позиционирование на уровне горизонта и точный контроль наклона. Поэтому и измерения много качественнее. Весь смысл этой системы в том, что мы одновременно в окуляр видим и линию горизонта и солнце, и двигая рычаг, совмещаем их. Если же будет боковой наклон — то солнце в окуляре сместится в сторону.

Вот  анимированная гифка из википедии, из которой ясно как это все происходит.
Обратите внимание — измерение производят по нижнему краю Солнца.

Но для настоящего секстанта все так просто не заканчивается. Существуют специальные таблицы, которые вносят поправку на параллакс — то есть преломляющее действие земной атмосферы. Все данные по положению Солнца, Луны и 56 звезд начиная с 1762 года печатаются в «Морском Альманахе» («Nautical Almanac»). Но из-за неточного значения земного года, прецессии Земли и Луны а также движения звезд, нужно не просто было иметь этот самый «Nautical Almanac», но его новое ежегодное издание. И, что интересно — он ежегодно выпускается до сих пор, и сейчас можно получить к нему доступ онлайн. Печатались и коммерческие альманахи, но этот — официальный для Royal Navy.

Конечно, круто. Остается только вопрос — а что мы получим в результате таких измерений? Мы получим свое положение на этой планете? К сожалению нет. Мы получим только половину положения — то есть широту (насколько мы сместились к югу или к северу), а вот долготу этим методом не получить. Для получения долготы были придуманы морские хронометры. Это было настолько важно, что в 1714 году Британское правительство объявило конкурс с призом от 10 до 20 тысяч фунтов (в зависимости от достигнутой точности), а эта сумма на сегодняшние деньги — несколько миллионов фунтов стерлингов. При этом что характерно — неточные часы на корабле бесполезны, это будет плюс-минус Африка.

Поэтому несмотря на немалые усилия, хронометр — половинчатый метод. Однако, если вы попали в Древний Египет и отправились на корабле в страну Пунт вдоль побережья Африки —  то даже такая наблюдательная астролябия (примитивный секстант) будет за счастье. Тем более, что настолько качественных таблиц к ней не нужно — все равно она не даст такой точности измерений.

Не роняйте секстант!  Прибор тонкий и медный. Обидно промахнуться мимо Австралии только потому, что однажды с перепоя руки дрожали.

P.S. Рекомендуется не забывать, что на корабле секстант называю «секстан», а вместо «кОмпас» говорят «компАс». За своего не сойдете, но совсем на береговую крысу похожи  не будете.

Все несколько проще. Атмосферное давление падает перед дождем. И чем сильнее будет буря, тем сильнее упадет давление. [...]]]> Как измеряют атмосферное давление нас учили еще в школах. Но вот зачем это нужно в памяти уже не откладывается. Между тем мы собираемся измерять давление в древнем мире. Мы что, будем вести дневники наблюдений на радость будущим метеорологам?

Все несколько проще. Атмосферное давление падает перед дождем. И чем сильнее будет буря, тем сильнее упадет давление. И упадет заранее — еще и облака на горизонте не появились, еще солнце светит, а стрелка ползет к отметке «гроза»… Барометр — незаменимая вещь для моряка!

Барометров существует много разных типов. Мы, естественно, выберем самый простой — ртутный барометр. Для его изготовления требуется всего лишь ртуть и налаженное стеклодувное дело. Такие барометры до сих пор можно найти на метеостанциях, да и прогноз атмосферного давления до сих пор говорят в «миллиметрах ртутного столба». Проблема возникает только в том, что нормальное давление — это 760 мм. рт. ст. Да, именно 760 мм, то есть 76 сантиметров. Трубка со ртутью должна быть длиной сантиметров 90 хотя бы — совсем неудобно даже для корабля.

Как это сделать — метровая трубка, заполненная ртутью, открытым концом опускается в мисочку со ртутью. Ртуть из трубки не вытекает — этому препятствует атмосферное давление, но все же немного проседает — при нормальном давлении столбик становится длиной 76 см, а над ним образуется вакуум. Возможен вариант с просто изогнутой трубкой.

Ртуть можно заменить простой водой, но вода куда легче и чтобы компенсировать атмосферное давление, ее нужно наливать в трубку длиной 10 метров — только в этом случае вверху трубки образуется вакуум. И, кстати — это причина, что насос, расположенный наверху колодца, не в состоянии засосать воду с глубины более 10 метров, ее просто атмосферное давление туда не протискивает.

Однако, можно сделать барометр «относительный», налив в пробирку воды и заткнув ее герметической пробкой с пропущенной через пробку трубкой. Трубка должна уходить в воду сантиметров на 15. Если заткнуть пробку в момент, когда давление будет нормальным (судя по ртутному барометру), то отклонения давления будут видны по столбику в трубке. Это вполне транспортабельный вариант, который можно установить на судне. Чтобы во время качки вода в пробирке не бултыхалась, то вместо воды можно налить масла — кроме всего прочего масло еще легче воды, поэтому отклонения от изменения давления будут более заметны. Если вы моряк — эта штука из области «маст хэв»!

Проблемы возникнут с калибровкой. Нет, если вы попали в прошлое на школьном автобусе и у вас достаточно линеек, чтобы отметить эти 76 см, то проблем нет. А если эталона сантиметра-метра у вас под рукой нет, то придется эмпирически подбирать отметку «ясно», «дождь», «буря» и прочее.

Однако, магниты из железняка были плохие. Но компас из них построить было можно. В 12-13 веке в Европе появились самые примитивные компасы — кусочек железняка плавал, положеный на пробку. Направление показывал «куда-то туда». Только в [...]]]> Магнит человечеству известен давно. Главным источником магнитов древнего мира были холмы Магнезии в Греции, там добывали запасы магнитного железняка…

Однако, магниты из железняка были плохие.  Но компас из них построить было можно. В 12-13 веке в Европе появились самые примитивные компасы — кусочек железняка плавал, положеный на пробку. Направление показывал «куда-то туда».  Только в 14 веке в догадались поставить стрелку на иглу и добавить картуш с румбами. Поэтому у Колумба компас был вполне внятный. Однако, сама магнитная стрелка была вещью крайне дорогой. Существовали специальные мастерские по их изготовлению. Технология была такой: бралась стальная стрелка и по ней нужно было проводить в одном направлении куском магнитного железняка.  Кроме того, что правильно выбрать направление, операцию натирание необходимо было проводить долго — несколько недель. Поэтому мастерская выглядела как комната, где сидят подмастерья и целыми днями двигают туда-сюда куски железняка. И все равно — результат был не ахти. Происходило это потому, что для стрелки компаса требовался магнитно-твердый материал, который долго не размагничивается. Это — углеродистая сталь, причем закаленная. Но чтобы ее хорошо намагнитить, нужно достичь насыщения магнитного поля, что методом натирания было не то, чтобы невозможно, но близко к нему.

Мы пойдем другим путем. Будем считать, что наш попаданец уже построил гальванический элемент. Тогда достаточно собрать из этих элементов батарею, причем соединять желательно параллельно — нас интересует именно ток. После чего из медной проволоки делается катушка. Диаметр катушки — чем меньше, тем плотность силовых линий будет больше. В условиях средневековья навивать больше, чем два слоя витков — смысла нет. Катушка заливается древесной смолой для изоляции и чтобы витки не замкнуло. После этого внутрь катушки ложится будущая стрелка компаса и на долю секунды подсоединяется гальваническая батарея. Процесс закончен. Стрелка компаса много сильнее намагничена, чем у конкурентов.

Метод производства следует держать в секрете, и цены на компасы не снижать, иначе конкуренты задавят.  Если же вы попали в более древние времена, где компаса не знают, то ищите мореплавателей. Они — потребители номер один, им даже в случае каботажного плавания компас на порядок полезнее сухопутных путешественников.

Если две двояковыпуклые линзы вставить в трубку [...]]]> В свое время, раскопав Трою, Шлиман очень удивился, когда нашел среди прочего отшлифованую линзу. То есть технологией шлифовки линз попаданцу не удастся удивить аборигенов. Правда, во времена средневековья это умение было близко к забвению, но с 16 веков интерес к оптике опять возник и все пошло в гору.

Если две двояковыпуклые линзы вставить в трубку на определенном расстоянии друг от друга — получится подзорная труба. Или телескоп — что кому надо. Это простое знание и сделало переворот в оптических приборах. Следует только помнить, что изображение будет перевернуто. Для того, чтобы изображение было прямое, окуляр нужно сделать составным — их дух-трех линз. Технологически это заметно сложнее, но даже для средневековья это не является невозможным, хотя на начальном этапе это не нужно — спрос будет все равно.

Поэтому можно попробовать организовать производство подзорных труб. Основные покупатели — как всегда военные и моряки. Рынок не будет большим, поэтому цена изделия получится немалая. Время внедрения — начиная с медного века и заканчивая 16 веком, когда это начали производить и без попаданца. Главное, что нужно иметь перед внедрением — это производство оптического стекла.

Одна из сложностей при производстве трубы — коллимационная ошибка. Это когда оптическая ось не совпадает с геометрической осью трубы и изображение вытягивается в одну сторону, как в кривом зеркале. Ее до сих пор сложно избежать, а уж когда линзы шлифовались вручную она гарантированно присутствовала. Для ее уменьшения линзы должны стоять в определенном положении — какие чуть наклонно, а какие нужно вращать вдоль оптической оси. А если еще учесть, что кривизну линз поначалу не удастся сделать стандартной, то длина каждой трубы будет чуть отличаться.. В общем, это все надо подбирать и подзорная труба получается вещью штучной, на конвейер не поставить.

Подзорную трубу в наше время делают с призмой, это сокращает ее длину. А раньше для сокращения длины ее делали складной, что давало проблемы с соосностью. А так как она из меди, то разбалтывается достаточно быстро и коллимационная ошибка увеличивается. Поэтому для начала рекомендуется делать трубу жесткой, не складной. Она будет сантиметров 70 длиной и обращаться с ней нужно крайне аккуратно — смять медную тонкостенную трубку несложно.

В 1608 году в Голландии были поданы четыре заявки на патенты создания подзорной трубы. Ни одна из них удовлетворена не была, потому что подзорная труба была военной хай-тек технологией и в целях секретности разглашению не подлежала. Нам, видимо, придется сделать то же.

Следует также помнить, что на начальном этапе желательно избегать демонстрации подзорной трубы духовенству и другим непрофильным организациям, которые все равно не будут в числе покупателей. Потому что духовенство легко может поставить клеймо «колдовская вещь», все равно ведь ему она не нужна. А когда на большинстве военных кораблей будет подзорная труба, то черную магию в обыденной вещи никто искать не будет.