Galena - mineraal, mis kuuleb

... kuigi mitte sõna otseses mõttes!

Kuigi selle artikli pealkiri võib tunduda veidi eksitav ja tunduda mõnevõrra liialdatud, on selles tegelikult palju tõtt. Galenal on tõepoolest võime raadiolainetest muusikat ja hääli eraldada, mis muudab selle tõeliselt veetlevaks. Järgmises selgituses püütakse veidi süveneda (ilma liiga tehniliseks minemata) ja laiendada seda üsna lihtsustatud päist, et loodetavasti selgitada ja selgitada.

  00696250015890788084073.jpg Radiola valmistatud Rootsi kristallist raadio koos kõrvaklappidega Selle Rootsi kristallraadio ülaosas olev seade on galena 'kassi vurrude' detektor.

Pliisulfiidmineraal galeen, mida nimetatakse ka plii pilguks, kuigi oluline nii plii kui ka hõbeda maak, on ka looduslik pooljuht. See tähendab, et selle elektrijuhtivuse väärtus jääb juhi, näiteks metallilise vase, ja isolaatori, näiteks klaasi, oma. Teatud asjaoludel juhib galeen elektrit. Sellel on väike ribalaius, muidu tuntud kui energiapilu, mis on energiavahemik tahkis, kus ei saa eksisteerida elektroonilisi olekuid. Galeeni puhul on ribade vahe umbes 0,4 eV [elektronvolti]. Elektronvolt on kineetilise energia hulk [st. liikumisest tingitud objekti kvantitatiivne omadus], mille saab (või kaotab) üks elektron [mis on subatomaarne osake], mis kiirendab puhkeolekust elektrilise potentsiaali erinevuse kaudu [st. pinge], mis on ühe volti laengu liigutamiseks vajalik töö vaakumis. Lühidalt, kuigi galeen on pliimaak, mis on metall, siis galeen ise on plii(II)sulfiidi (anorgaaniline ühend) looduslik mineraalne vorm ja see on mittemetall. Galeeni keemiliste proportsioonide väikesed lisandid või tasakaalustamatus loovad olukorra, kus kui elektrone saab piisavalt ergutada, saab need aatomitest lahti rebida ja voolama panna.

Link galeeni mineraalide lehele Mindatis: Galena

  07246630015890746244073.jpg Galena

Põhja-Yorkshire, Inglismaa, Ühendkuningriik Inglismaalt Põhja-Yorkshire'ist pärit vana BGS-i (Briti Geoloogiateenistuse) galeeni isend, millel on tüüpilised 'juhtpilgu' tunnused.

Tänu pooljuhtomadusele kasutati galeenit varajastes traadita sidesüsteemides ja seda kasutati kristallraadiovastuvõtjate 'kristallina'. Galenat kasutati punktkontaktdioodina [kaheklemmiline elektrooniline komponent, mis juhib voolu peamiselt ühes suunas], mis on võimeline raadiosignaalide tuvastamiseks alaldama vahelduvvoolu. Galeenikristalli ennast kasutati koos terava traadiga, mida tuntakse 'kassi vurruna', mis puutus sellega kokku.

  07962260015890789563430.jpg Galena kassi vurrude detektor Sellel fotol on kujutatud varajast raadiolainedetektorit, mida kasutati kristallraadiovastuvõtjates umbes aastatel 1905–1940.

MIS TÄPSELT ON KRISTALL-RAADIO?
Lühidalt öeldes on see väga lihtne AM-riba vastuvõtja, mis oli raadio algusaegadel populaarne. Vastuvõtja saab kogu oma võimsuse pika traatantenni poolt kogutud raadiolainetest ning ei vaja patareisid ega majapidamisvoolu. Kristallraadio disaini lihtsus muutis selle ideaalseks sõidukiks ülemaailmse traadita side plahvatuslikuks levikuks 20. sajandi alguses. Inimeste jaoks, kes elavad eraldatud kohtades, kellel puudub juurdepääs ühelegi toiteallikale, nagu maapiirkondade talupidajad ja karjakasvatajad, sai omatehtud kristallraadio hinnatud teabeallikaks turgude, ilmateate ja uudiste kohta. Samuti olid linnapiirkondades esimest korda ajaloos suured inimgrupid teadlikud sündmustest, mis toimuvad nende kodulinnas ja kogu maailmas. Kristallraadio töötati välja ajal, mil enamik inimesi arvas, et kui tahad midagi teha, pead seda ise tegema ja odavad poest ostetud raadiod on veel aastate pärast! Kuigi kristallraadio konstruktsioon on viimase 100 aasta jooksul läbi teinud lõputuid muudatusi, sealhulgas dioodi asendamine kristalliga, jääb kristallraadio endiselt kristallraadioks ja põhikontseptsioon on sama. Osasid saab suhteliselt hõlpsalt hankida kohalikest allikatest ja on võimalik kokku panna algeline vastuvõtja, mis suudab salvestada raadiosignaale miilide kaugusel. Aastate jooksul on kasutatud palju erinevaid skeeme ja konstruktsioone, kuigi põhimõte on alati jäänud samaks.

  08491160015890811086814.jpg Lihtne kristallraadio skeem Antenn püüab kinni õhus liikuvad raadiolained ja muudab need vahelduvvooluks. Voolu voolamiseks on vaja täielikku vooluringi. Maandusühendus on see, mis lõpetab vooluringi, võimaldades voolul voolata. Pooli ja kondensaatori kombinatsioon moodustab häälestusahela. Mähise induktiivsus kombineeritakse muutuva kondensaatori mahtuvusega, et luua vooluahel, mis resoneerib teatud sagedusel, võimaldades sellel sagedusel läbida, kuid blokeerib teised sagedused. Põhilises kristallraadios pole häälestusahel kuigi täpne. Selle tulemusena kuulete tõenäoliselt mitut jaama korraga. Siiski on võimalik ehitada tundlikumaid häälestusahelaid, mis suudavad lihvida üksikuid jaamu. Diood moodustab ahela detektoriosa. See lihtsalt teisendab antennist ja häälestusahelast tuleva vahelduvvoolu signaali alalisvooluks. See alalisvool on küll üliväike, kuid sellest piisab tundliku piesoelektrilise kõrvaklapi juhtimiseks, mis voolu heliks muudab. Algselt oleks diooddetektor olnud 'kassi vurrude' komplekt.

AM ehk amplituud [signaali tugevus] modulatsioon [kandelaine varieerus proportsionaalselt edastatava sõnumisignaaliga) on raadioringhäälingu tehnoloogia, mis oli esimene meetod, mis töötati välja heliraadiosadete tegemiseks. Seda kasutatakse endiselt kogu maailmas, peamiselt kesklaine (tuntud ka kui AM-sagedusala), aga ka pikalaine ja lühilaine raadiosagedusaladel. AM on hääle või muusika mulje avaldamise meetod vahelduvvoolu (AC) kandja lainekujule. AM-sagedusalas töötavad raadiojaamad edastavad vahelduvvoolu raadiosignaali, mille võtab vastu kristallraadio pikk traatantenn. Vahelduvvoolu signaal liigub pika traatantennilt kristallraadio mähisesse ja mähise pikkust reguleerides pöördlüliti (või liuguriga) ühendatud kraanide abil saab raadiot häälestada (või resoneerida) raadio soovitud sagedusele. jaam. Mitte iga Galena kristalli kontaktasend ei toimi, nii et 'kassi vurrude' kallal askeldamine, et leida armas koht, nõuab kannatlikkust ja oskusi.

Kristallraadio on oma nime saanud 'kristallidetektori' järgi, mis on ülalmainitud 'kassi vurrude' traat, mida lohistatakse ja surutakse vastu galeenkristalli, kuni leitakse raadiojaam või staatika. Seejärel eraldab galeen helisignaali vahelduvvoolu kandelainest, lastes voolul läbida ainult ühes suunas. See alaldab vahelduvvoolu raadiolaine alalisvooluks (DC). Seejärel muudetakse alalisvool kõrvaklappide abil heliks. Kuna soovitud signaali leidmine ja hoidmine mis tahes aja jooksul oli üsna keeruline, asendati 'kassi vurrud' diood lõpuks moodsama germaaniumdioodiga. Germaanium on süsiniku rühmas hallikasvalge metalloid, mis on keemiliselt sarnane oma rühma naabritega räni ja tina.

Vastuvõtja toide tuleb antennist ja see on kristallraadio toimimise jaoks oluline. Kui pikk 50–100 jala pikkune traatantenn peaks tagama hea vastuvõtu, siis kõigest 10–20 jala pikkune antennijuhe või lihtne silmusantenn tabab tugevaid kohalikke raadiojaamu siiski. Hea maandus on ka kristallraadio jõudluse oluline element, kuna see tagab tagasivoolu antennist läbi raadio ja maasse. Maandusjuhe on kinnitatud maasse löödud metallvaia külge. Kindlasti ei tasu äikese ajal kuulata pika välise traatantenniga kristallraadiot!

  09658650015890818104073.jpg 1922. aasta piltdiagramm, mis näitab kristallraadio vooluringi Põhineb Gernsbacki 1922. aasta raamatu 'Radio For All' (autoriõigus aegunud) joonisel 33, kus antenn on asendatud sõnaga antenn. See ühine skeem ei kasutanud häälestuskondensaatorit, vaid kasutas antenni mahtuvust, et moodustada mähisega häälestatud vooluring. Detektor oli 'kassi vurrude' tüüpi, mis koosnes Galena tükist, mille peenike traat kontaktis sellega kristalli osal, moodustades dioodiga kontakti.

KRISTALLRAADIOTE TEKKIMINE JA ARENG.
Kristallraadiotehnoloogia tekkis 1830. aastatel esmakordselt kasutusel olnud elektriliste telegraafisüsteemide tulemusena, kus kaugside loodi Morse koodi abil. Häälsuhtlus oli veel palju aastaid ees, kuni Šoti päritolu Ameerika teadlane ja insener Alexander Graham Bell või Ameerika elektriinsener Elisha Gray (olenevalt sellest, millist versiooni uskuda) 1876. aastal telefoni leiutas ja välja arendas. Lisaks traattelegraafi edusammudele, Umbes sel ajal tehti katseid ka kristalsete mineraalide elektromagnetiliste omadustega, viies need kokku erinevate oksüdeerunud metallidega. Saksa füüsik ja insener Karl Ferdinand Braun leidis, et teatud metallide ja mineraalide kombinatsioonid võimaldasid suuremal hulgal elektrivoolu läbi kombineeritud materjalide voolata ühes suunas, mitte teises suunas. Seejärel, aastal 1887, tõestas Saksa füüsik Heinrich Rudolf Hertz elektromagnetlainete olemasolu, edastades ja võttes juhtmevabalt raadioimpulsse õhu kaudu. Raadiolained läbivad võnkuvate elektromagnetväljade abil õhus suuri vahemaid. Kui raadiolained tabavad elektrijuhti, näiteks antenni juhet, indutseerivad võnkuvad elektromagnetväljad vastuvõtvas juhis vahelduvvoolu. Vahelduvvoolus sisalduv edastatav teave tuleb seejärel eraldada, teisendades või filtreerides vahelduvad signaalid otsesteks signaalideks - alalisvooluks (DC) -, mis sisaldavad ainult saatjast pärit häält või heli. Esimest korda kasutas kristalle raadiolainete detektorina 1894. aastal India polümaat (füüsik, bioloog, biofüüsik, botaanik, arheoloog ja ulmekirjanik) Sir Jagadish Chandra Bose oma mikrolaineoptika katsetes.

Prantsuse füüsik Édouard Eugène Désiré Branly leiutas 'kohereri', mis oli raadiosignaali detektori primitiivne vorm. See seade koosnes torust või kapslist, mis sisaldas kahte üksteisest väikese vahemaa kaugusel asuvat elektroodi, mille vahele jäid lahtised metallviilud. Kui seadmele rakendati raadiosignaali, klammerdusid metalliosakesed kokku või sidusad , vähendades seadme esialgset suurt takistust, võimaldades seeläbi palju suuremal alalisvoolul läbi selle voolata. 1897. aastal kasutas Itaalia elektriinsener Guglielmo Marconi oma Branly Cohereri versiooni vastuvõtjas, mida kasutati esimese traadita side loomiseks üle La Manche'i väina. Lõpuks asendati Branly Cohereri tuvastamismeetod 1907. aastal kristalldetektoriga, kust kristallraadio sai oma nime, nagu selles artiklis varem mainitud.

  05417240015890819434073.jpg Galeenia kristallid kasutamiseks kristallraadios Galeenikristallid, mida müüakse Poola kristallist raadiovastuvõtjates 1930. aastatest.
Neid sisaldava kasti tekst ütleb: 'Ramona Gold' | ‘Maailma võimsaim raadiokristall’ | 'Poola raadiotööstus S.F.W.'

Juba II maailmasõja ajal kasutasid sõdurid väljal oma süsinikterasest habemenuga jämedalt ehitatud kristallraadioid, mida hakati kutsuma 'rebaseaugu raadioks', et nad saaksid kuulata raadiosaateid nii meelelahutuseks kui ka teabe saamiseks. Kuigi kristallraadioid kasutati sageli Esimeses maailmasõjas, kasutati neid ka Teises maailmasõjas ja esimest korda teatati sellest 1944. aasta alguses Itaalias Anzio lahingu ajal, levides hiljem üle Euroopa ja Vaikse ookeani teatrite. Need tekkisid siis, sest sõduritel ei tohtinud olla tavalisi vaakumlampraadioid, mis tol ajal kiirgasid raadiolaineid, mis võisid oma positsiooni vaenlasele ära anda. Kuna foxhole raadiol polnud toiteallikat ja see jooksis ainult raadiojaamast saadud voolust, siis ei kiirganud see ka ise raadiolaineid.

  00917200015890829914073.jpg 'Foxhole Radio' vastuvõtja teisest maailmasõjast Selles improviseeritud raadios kasutati detektori jaoks grafiidist pliiatsi juhet, mis oli kinnitatud haaknõela otsa ja surus vastu sinist terasest žiletitera. 1944. aasta oktoobris kuulus see leitnant M. L. Rupertile ja seda kasutati Itaalia kampaania ajal Teises maailmasõjas, tuntud ka kui Itaalia vabastamine.

MIS ON TEISTE MINERAALIDEGA KRISTALLRAADIODES?
Kuigi kõige sagedamini kasutati galeenit, kasutati ka mitmesuguseid muud tüüpi kristalle, näiteks raudpüriiti. Kuigi raudsulfiidid on väga levinud, ei ole raadiokristallidetektorites kasutatavad raudpüriidi täpsed vormid nii levinud. Vastasel juhul oleks raudpüriit oma omaduste ja toimivuse poolest osutunud galeenile väga tõsiseks konkurendiks, sest üldiselt säilitas see oma tundlikkuse palju kauem kui galeen. Lisaks testiti borniiti, kalkopüriiti, molübdeniiti, tsintsiiti (sh sünteetilist tsintsiiti), karborundi (ränikarbiid), räni ja telluuri. 1920. aastate kristallraadiokonstruktorid kasutasid neid 'kristalle' ja katsetasid erinevate tüüpidega, et saavutada optimaalne jõudlus. Juhtmeta komplektide valmistamiseks vajalike erinevate osade kaupmehed suudavad tavaliselt pakkuda erinevaid kristalle ja komplekte, millesse need paigaldati.

Kristallraadiod on improviseeritud ka mitmesugustest tavalistest esemetest, nagu terasest habemenuga ja pliiatsid, roostes nõelad ja mündid. Nendes vastutab alaldamise eest tavaliselt pooljuht oksiidi või sulfiidi kiht metalli pinnal. Galena oli kristalldetektorites kõige laialdasemalt kasutatav mineraal, kuna väidetavalt oli sellel 'hästi määratletud' alaldusomadused ja see 'pakkus ilmselt väga hea tonaalse kvaliteediga vastuvõttu'. Galeenist valmistatud kristalldetektorid olid tooraine rikkaliku varu tõttu odavad. Kassi vurrude detektorite materjali kaevandati erinevates maailma paikades, kuid 1920. aastatel saadi raadioid üldiselt Lõuna-Prantsusmaalt, Hispaania Andaluusia piirkonnast ja Mehhikost. Paar kaevandust Inglismaal varustasid ka kasvavat raadio- või traadita side tööstust.

  02188700015890746253309.jpg Fluoriit , jne.

Greenlawsi kaevandus, Daddry Shield, Stanhope, Durhami krahvkond, Inglismaa, Ühendkuningriik Maatriksivaba fluoriidi klaster, millel on hea selgus ja värv. Fluoriidis on ka mitu väikest galeenikristalli - üsna ebatavaline!

Traadita telegraafi ajastul enne 1920. aastat peeti kristallvastuvõtjaid 'tehnika tipptasemel' ja toodeti keerukaid mudeleid. Pärast 1920. aastat muutusid kristallikomplektid odavaks alternatiiviks vaakumlampraadiotele, mida kasutasid hädaolukordades ning noored ja vaesed. Kristallraadiod jäid Ida-Euroopas korrapäraselt kasutusse 1950. aastateni. Isegi tänapäevani on need populaarsed nii raadioamatööride kui ka harrastajate tutvustavate ja kogumisesemetena.

  02440980015890832054073.jpg Vanaaegne Arrow germaaniumist 'kristall' raadio Seda 'kristall'raadiot müüdi 1960ndatel lastele hariva mänguasjana ja detektorina kasutati moodsamat germaaniumdioodi. See oli komplektis koos piesoelektrilise kõrvaklapi ja antennijuhtmega, mille otsas on klamber, et kinnitada suurema antenni jaoks voodivedrudele.