Engineering
Електромеханічний телеграф
Передайте повідомлення азбукою Морзе телеграфною лінією і подивіться, як воно надходить: лінія заряджається ланка за ланкою, якір писального апарата притягується через повітряний зазор, а штифт видавлює крапки й тире на паперовій стрічці. Подовжте лінію, прокладіть її кабелем, змініть пружину та швидкість передавання і подивіться, коли позначки розпливаються, а коли зникають зовсім.
Що відбувається
На одному кінці лінії стоять ключ і батарея 60 В, на другому — писальний апарат. Лінія — ланцюгова схема щонайбільше з восьми RC-ланок (повітряна лінія: 15 Ом і 10 нФ на кілометр, або кабель: 5 Ом і 200 нФ), зворотним проводом слугує земля. Котушка апарата опором 150 Ом має індуктивність свого магнітного кола, L(g) = L_leak + μ₀·N²·A/(2g), і притягує якір силою F = μ₀·N²·A·i²/(4g²) через повітряний зазор, що зменшується з 1,0 до 0,4 мм, проти пружини жорсткістю 100 Н/м із попереднім натягом 0,2 мм; рівняння котушки враховує ЕРС руху. Біля переднього упору штифт притискає паперову стрічку, що рухається зі швидкістю 20 мм/с; позначки читаються як крапки й тире за їхньою довжиною.
Якір відривається від заднього упору за 12,6 мА і відпадає назад, коли струм спадає нижче 10,1 мА. На 200 км повітряної лінії струм за натиснутого ключа дорівнює 18,9 мА; крапка, передана зі швидкістю 20 слів за хвилину, надходить із запізненням на 19,8 мс і залишає позначку завдовжки 42 мс, хоча передавалася 60 мс. На 20 км затримка становить 2,5 мс. Через 300 км кабелю SOS надходить як SOS, перша позначка — через 27,1 мс після натискання ключа; за швидкості 40 слів за хвилину читається ATA. Через 800 км кабелю струм котушки не перевищує 13,6 мА, і на папір нічого не потрапляє; якщо зменшити попередній натяг пружини вдвічі, якір притягується лише один раз, і все повідомлення перетворюється на одну довгу розмиту смугу.
Модель: зосереджені RC-ланки, не більше восьми; індуктивність котушки — за її зазором; якір — маса на пружині з демпфуванням між двома упорами; без витоку на землю, без реле. Крок 20 мкс; енергетичний баланс сходиться з роботою батареї.
Що спробувати
Подивіться, як SOS проходить лінією і з’являється на стрічці. Прокладіть лінію кабелем, подовжте її або передавайте швидше — і позначки почнуть розпливатися; коли нічого не надходить, послабте пружину або тримайте ручний ключ натиснутим.
Рівняння модуля
Рівняння C·dV_k/dt = i_(k−1) − i_k, i_k = (V_k − V_(k+1))/R d(L(g)·i)/dt = V_n − R_coil·i L(g) = L_leak + μ₀N²A/(2g), F = μ₀N²A·i²/(4g²) m·d²x/dt² = F − k·(x₀ + x) − c·dx/dt
