Для сравнения проводников из различных металлов пользуются понятием удельного сопротивления. Это такое сопротивление, которое оказывает току проводник длиной 1 м и сечением 1 мм2 (диаметр проводника при этом около 1,13 мм). Единицу сопротивления назвали омом в честь немецкого физика Г. Ома (1787–1854). Так вот, каждый метр стальной проволоки указанного диаметра оказывает току сопротивление, равное 0,138 Ом, а каждый метр такого же диаметра медной проволоки — 0.017 Ом, т. е. в 8 раз меньше.
Чтобы лучше представить ослабление тока в проводах из-за их сопротивления, предположим, что к линии, образованной двумя стальными проводами сечением 1 мм, подключена батарея напряжением 220 В (с таким напряжением мы имеем дело в наших квартирах). Размыкая и замыкая ключ, будем посылать в линию двоичные импульсы тока и регистрировать их на выходе участков линии различной длины.
Подсчитаем сопротивление, оказываемое току линией длиной, например, 1 км. Сопротивление провода определяется, как известно из школьного курса физики, по формуле R = ρ∙l/s (здесь l — длина провода, м; s — площадь его сечения, мм2; ρ — удельное сопротивление материала, из которого изготовлен провод). При l = 1000 м, s = 1 мм2 и ρ =0,138 Ом∙м/мм2 сопротивление R = 138 Ом. Так как линия состоит из двух проводов, ее сопротивление равно 276 Ом. Согласно закону Ома (установленному немецким физиком полтора столетия назад), амплитуда импульсов тока в ней будет равна 220 В/276 Ом = 0,8 А. Этого тока достаточно, чтобы заставить вспыхивать в такт импульсам обычную электрическую лампу, подключенную к проводам в конце линии.
Стальная линия связи, имеющая протяженность 10 км, оказывает сопротивление току в 10 раз большее, т. е. 2760 Ом. Естественно, в такое же число раз уменьшится амплитуда импульсов тока в линии: она будет равна 0,08 А, или 80 мА. Потери тока настолько ощутимы, что зарегистрировать передаваемую двоичную информацию с помощью обычной электрической лампы уже не удается. Для этой цели теперь подойдет, пожалуй, только лампочка от карманного фонарика.
Вспомним: сопротивление медного провода в 8 раз меньше, чем стального. Следовательно, с помощью лампочки от карманного фонарика мы сможем уверенно регистрировать импульсы в медной линии даже через 80 км. Становится понятным, почему "рельсы", по которым путешествуют биты, делают медными.
Есть еще одна причина, по которой жилы кабеля предпочитают делать из меди, а не из стали. Чтобы сделать сопротивление провода меньше, нужно увеличить его сечение. Провод из стали будет оказывать току такое же сопротивление, как и медный, если его диаметр увеличить в 2,8 раза. Забегая вперед, скажем, что существуют кабели, содержащие под одной оболочкой 500 и даже 1 000 медных жил. Легко представить, как "растолстеет" такой кабель (обычно он не толще человеческой руки), если заменить в нем медные проволоки стальными, каким неподъемным он окажется.
Мы уже несколько раз упоминали слово "кабель". Пора сказать что он из себя представляет. Кабель — это набор медных проволок (жил), которые изолируются друг от друга (для предо» вращения короткого замыкания между ними) и объединяются под общей оболочкой. Первые кабели появились во второй половине XIX в. Их история насыщена неожиданными, а порой и драматическими событиями.
Август 1850 г. Oт берегов Англии из порта Дувр отплыл небольшой буксир, носящий имя "Голиаф". Пункт назначения порт Кале, Франция. Расстояние, по понятиям мореходов, небольшое, всего 40 км, но этому плаванию было суждено войти в историю: еще бы, с помощью "Голиафа" осуществлялась прокладка первого в мире подводного кабеля. Отныне пролив Па-де-Кале не должен служить препятствием для обмена срочной информацией между двумя странами (вспомните, в какой путь пришлось А.Дюма-отцу отправить храброго гасконца и его друзей-мушкетеров с важным государственным письмом французской королевы к небезызвестному английскому лорду).
Но хотя плавание и закончилось успешно — кабель был проложен, судьба кабеля оказалась печальной. Рассказывают, что один французский рыбак принял блестевшую на солнце медь, проглядывавшую сквозь изоляцию за золото и вырезал большой кусок кабеля.
Август 1857 г. Военный американский корабль "Ниагара" с огромным запасом кабеля на борту направился от берегов Англии к Америке: началась прокладка кабеля через Атлантический океан. Возглавлял экспедицию талантливый организатор, торговец по профессии, американец Сайрус Филд. Несколько дней ему сопутствовала удача, но затем — поворот судьбы и… несколько сотен километров оборвавшегося кабеля остались лежать на дне океана.
Июнь 1858 г. Сайрус Филд не собирается предаваться отчаянию. Теперь два корабля — американская "Ниагара" и английский "Агамемнон" — ведут прокладку трансатлантического кабеля с середины океана к берегам. Но и на этот раз экспедицию постигает неудача: кабель лопнул, потеряно около 400 км.
Июль 1858 г. Наконец Европа и Америка связаны телеграфом! Биты информации начали свое беспрерывное путешествие между двумя континентами. Однако уже в августе налаженная связь внезапно прекратилась. На долгие восемь лет.
Июль 1865 г. Красавец-пароход "Грейт Истерн" взял курс от Ирландии к берегам Америки. Вот уже уложено на дно океана около 2400 км. Казалось, успех близок. Но утром 2 августа кабель, не выдержав нагрузки, порвался и утонул.
Июль 1866 г. Наконец-то удача. На этот раз потребовалось всего две недели, чтобы телеграфные линии устойчиво связали Америку и Европу. Новый и Старый Свет стали "ближе" друг к другу.
О "скромной" судьбе кабелей связи, об их прошлом, настоящем и будущем увлекательно рассказывает в своей книге "По всему земному шару" известный советский специалист в области конструирования кабелей Д.Л. Шарле. Прочтите эту книгу, не пожалеете!
Давайте познакомимся поближе с некоторыми современными кабелями связи. Сразу же оговоримся, развитие кабельной техники никак не связано с развитием цифровой связи: ведь кабели существуют более 100 лет, а история "становления на ноги" цифровой связи едва ли насчитывает три десятилетия.
Основным назначением кабелей связи считалась передача обычных телефонных разговоров (не преобразованных в цифровой код). Естественно, что техника передачи двоичных цифр на расстояние вынуждена была "приспосабливаться" к существующим кабельным линиям.
Д.Л. Шарле приводит в своей книге любопытные данные. Число телефонов в мире в 1881 г. составило 60 тыс., а спустя 100 лет, т. е. в 1981 г., - уже 508 млн, т. е. более 12 телефонов на каждые 100 жителей планеты. Ожидается ежегодный прирост числа телефонов почти на 40 млн. Для обеспечения возрастающих потребностей в телефонной связи в ближайшие годы нужно будет изготовить миллионы километров телефонных кабелей.
Ошеломляющие цифры! Пожалуй, можно без преувеличения сказать, что наша Земля опутана густой сетью кабелей связи, причем львиная их доля лежит под землей. Это так называемые подземные кабели. Существуют также подводные и подвесные кабели.
Старейшие среди современных кабелей связи — городские телефонные кабели. Да и самой разветвленной кабельной сетью является городская телефонная сеть (не секрет, что большая часть телефонов находится у жителей городов).
Городские телефонные кабели бывают разные. Они могут содержать от 10 пар проводов (такие кабели заводят в подъезды домов и подключают к распределительным коробкам, откуда телефонные провода тянутся в каждую квартиру) до 500, 1 000 и даже 3000 пар (а такие кабели используют для того, чтобы собрать воедино тянущиеся от жилых массивов к АТС более мелкие кабели).
Каждая жила кабеля изолируется кабельной бумагой или бумажной массой, получаемой из целлюлозы. Жилы скручиваются определенным образом вместе и помещаются в прочную свинцовую оболочку. В последние годы благодаря успехам химии на смену бумажной изоляции и свинцовой оболочке пришли различные пластмассы (полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласт). Прокладываются городские телефонные кабели в подземной канализации в асбестоцементных трубах.
