Ostali članci iz serije:
- Istorija štafete
- Istorija elektronskih računara
- Istorija tranzistora
- Internet istorija
В naučili smo kako američki naučnik i učitelj Prvi put sam putovao Evropom. Tokom posete Londonu, posebno je posetio čoveka koga je duboko poštovao, matematičara . Uz Henrija je bio i njegov prijatelj Aleksandar Bah i njegov novi poznanik, takođe eksperimentator u oblasti telegrafa, . Babbage je gostima rekao da će uskoro poslaniku demonstrirati svoju računsku mašinu, ali je sa još većim zadovoljstvom podijelio s njima ideju o svojoj novoj mašini, “koja će umnogome nadmašiti mogućnosti prve”. Henry je zabilježio opće informacije o ovom planu u svoj dnevnik:
Ova mašina je podeljena na dva dela, od kojih jedan gospodin B. naziva skladište, a drugi mlin. Skladište je ispunjeno točkovima na kojima su naslikani brojevi. Povremeno ih poluge izvlače i pomiču u mlinu, gdje se obavljaju potrebne manipulacije. Po završetku, ova mašina će biti u stanju da tabelarira bilo koju formulu algebarske prirode.
Istoričar ne može a da ne osjeti kako mu jeza teče niz kičmu od takvih nasumičnih ukrštanja ljudskih života. Ovdje su se ukrstile dvije niti istorije računarskih mašina, od kojih se jedna bližila svom kraju, a druga tek počinjala.
Uostalom, iako se Babbageova mašina često predstavlja kao početak istorije modernih univerzalnih kompjutera, veza između njih je prilično slaba. Njegova mašina (koju nikada nije napravio) bila je kulminacija sna o mehaničkom računarstvu. Ovaj san, koji je prvi izrazio Leibniz, inspirisan je sve složenijim satnim mehanizmima koje su stvarali zanatlije od kraja srednjeg veka. Ali nijedan računar opšte namene nije izgrađen na čistoj mehanici – zadatak je pretežak.
Ali elektromagnetski relej, koji su zamislili Henry i drugi, može se prilično lako implementirati u računarska kola, čija bi se složenost bez njega činila nezamislivom. Međutim, do ove tačke još su bile decenije, a Henri i njegovi savremenici nisu mogli da predvide takav razvoj događaja. Postao je predak bezbrojnih tranzistora koji su omogućili današnji digitalni svijet, tako isprepleten s našim modernim životima. Releji su ispunili unutrašnjost ranih programabilnih kompjutera, vladali su kratko prije nego što su ih zamijenili njihovi čisto elektronski rođaci.
Releji su izmišljeni nekoliko puta nezavisno 1830-ih. Njegovi ciljevi su bili različiti (petorica njegovih pronalazača osmislila su najmanje tri aplikacije) - kao i primjeri njegove upotrebe. Ali zgodno je o njemu razmišljati kao o uređaju dvostruke namjene. Može se koristiti kao prekidač koji upravlja drugim električnim uređajem (uključujući, što je važno, još jedan relej), ili kao pojačalo koje slab signal pretvara u jak.
Prebaci
Joseph Henry je u jednoj osobi spojio duboko poznavanje prirodne filozofije, mehanike i zanimanje za problem mehaničkog telegrafa. U 1830-im godinama, možda je samo Wheatstone imao takav skup kvaliteta. Do 1831. godine izgradio je krug dug 2,5 km koji je mogao upravljati zvonom koristeći najmoćniji magnet ikada napravljen. Možda, da je nastavio tako aktivno da radi na telegrafu i pokazao istu upornost kao što je Morse pokazao, onda bi njegovo ime bilo uključeno u udžbenike.
Ali Henri, nastavnik na Akademiji u Albaniju i kasnije na koledžu u Nju Džersiju (sada Univerzitet Prinston), napravio je i poboljšao električne uređaje za potrebe istraživanja, podučavanja i naučne demonstracije. Nije ga zanimalo pretvaranje pedagoškog alata u sistem za razmjenu poruka.
Oko 1835. smislio je posebno genijalnu demonstraciju koristeći dva kruga. Sjetite se da je Henry otkrio dvije dimenzije elektriciteta - intenzitet i količinu (mi ih zovemo napon i struja). Stvorio je kola s intenzivnim baterijama i magnetima za prijenos elektromagnetizma na velike udaljenosti i kola s kvantitativnim baterijama i magnetima za stvaranje elektromagnetnih sila velike snage.
Njegova nova jedinica kombinirala je oba svojstva. Snažan kvantitativni elektromagnet mogao bi podići teret od stotine kilograma. Intenzivan magnet na kraju dugačke petlje korišten je za podizanje male metalne žice: prekidača. Zatvaranje intenzivnog kola uzrokovalo je da magnet podigne žicu, što je otvorilo prekidač i kvantitativno kolo. Kvantitativni elektromagnet je tada iznenada ispustio svoje opterećenje uz zaglušujući tresak.
Ovaj relej - a to je uloga koju igraju intenzivan magnet i njegova žica - bio je neophodan da se demonstrira transformacija električne energije u mehaničku energiju, kao i kako mala sila može kontrolirati veliku. Lagano utapanje žice u kiselinu da bi se sklopio krug bi uzrokovalo da se mali prekidač lagano pomakne, što bi rezultiralo katastrofom pada dovoljno metala da zgnječi svakoga ko je dovoljno glup da stoji ispod njega. Za Henrija, štafeta je bila sredstvo za demonstriranje naučnih principa. Bila je to električna poluga.
Henry je vjerovatno bio prvi koji je na ovaj način spojio dva kola - tako da je, koristeći elektromagnetizam jednog kola, kontrolirao drugi. Drugo mjesto, koliko znamo, pripada Williamu Cooku i Charles Wheatstoneu, iako su imali potpuno različite ciljeve.
U martu 1836., ubrzo nakon što je prisustvovao demonstraciji telegrafa u Hajdelbergu koji je koristio galvansku iglu za prenos signala, Kuka je inspirisala muzička kutija. Cook je vjerovao da bi korištenje igala za predstavljanje slova u pravom telegrafu zahtijevalo nekoliko igala, a za njih bi bilo potrebno nekoliko kola. Cook je želio da elektromagnet aktivira mehanizam, koji je već mogao biti složen koliko god se želi u demonstriranju željenog slova.
Zamislio je mašinu koja liči na muzičku kutiju, sa buretom okruženom mnogim iglama. Na jednoj strani cijevi treba biti kružna skala sa slovima. Takva kutija bi trebala biti na svakom kraju telegrafske linije. Nabijena opruga bi trebala uzrokovati rotaciju cijevi, ali većinu vremena će biti zaključana na mjestu pomoću čepa. Kada se pritisne telegrafski ključ, sklop se zatvara, čime se aktiviraju elektromagneti koji otvaraju obje brave, a obje mašine se okreću. Kada se na skali pokaže željeno slovo, ključ se otpušta, brave škljocnu na svoje mjesto i zaustavljaju kretanje cijevi. Cook je, nesvjesno, rekreirao Ronaldov kronometrijski model telegrafa, izumljen dvije decenije ranije, i rane eksperimente braće Shapp s telegrafom (samo su oni koristili zvuk, a ne struju, za sinhronizaciju brojčanika).
Cook je shvatio da bi isti mehanizam mogao pomoći u rješavanju dugogodišnjeg problema telegrafa - obavještavanje primaoca o novoj poruci. Da biste to učinili, možete koristiti drugi krug s drugim elektromagnetom, koji bi aktivirao mehaničko zvono. Zatvaranje kruga bi povuklo čep i zvono bi zazvonilo.
U martu 1837. Cook je počeo raditi s Wheatstoneom na telegrafu, i otprilike u to vrijeme počeli su razmatrati potrebu za drugim krugom. Umjesto instaliranja nezavisnog kola za alarmni signal (i kilometraže dodatnih žica), zar ne bi bilo lakše koristiti glavno kolo za kontrolu signala?
Do tada su se Cook i Wheatstone vratili dizajnu igle i bilo je sasvim očito da se mali komad žice može spojiti na iglu tako da, kada bi njen kraj privukao elektromagnet, njen rep bi završio drugi krug. Ovo kolo bi pokretalo signal. Nakon određenog intervala, tokom kojeg bi primalac poruke mogao imati vremena da se probudi, isključi signal i pripremi olovku i papir, igla bi se već mogla koristiti za prijenos poruke kao i obično.
Tokom dvije godine, na dva kontinenta, dva puta, u dvije različite svrhe, ljudi su shvatili da se elektromagnet može koristiti kao prekidač za kontrolu drugog kola. Ali bilo je moguće zamisliti i potpuno drugačiji način interakcije između dva kola.
Pojačalo
Do jeseni 1837. Samuel Morse je bio uvjeren da bi njegova ideja za električni telegraf mogla uspjeti. Koristeći Henryjevu intenzivnu bateriju i magnet, slao je poruke na udaljenosti od pola kilometra. Ali da bi dokazao Kongresu da njegov telegraf može prenositi poruke širom kontinenta, trebalo mu je mnogo više. Bilo je jasno da bez obzira koliko su baterije bile moćne, u nekom trenutku će kolo postati predugačko da bi prenosio razumljiv signal na drugi kraj. Ali Morse je shvatio da, uprkos snažnom padu snage s rastojanjem, elektromagnet može otvoriti i zatvoriti drugi krug, napajan iz vlastite baterije, koja zauzvrat može dalje prenositi signal. Proces se može ponoviti onoliko puta koliko je potrebno i preći udaljenosti bilo koje dužine. Zbog toga su ovi međumagneti nazvani "releji" - poput poštanskih stanica za mijenjanje konja. Primili su električnu poruku od svog slabijeg partnera i s novom je snagom prenijeli dalje.
Nemoguće je utvrditi da li je ova ideja inspirisana Henryjevim radom, ali Morse je svakako bio prvi koji je koristio releje u tu svrhu. Za njega relej nije bio prekidač, već pojačalo, sposobno da pretvori slab signal u jak.
S druge strane Atlantika otprilike u isto vrijeme , londonski farmaceut, došao je na sličnu ideju. Vjerovatno se zainteresovao za telegraf oko 1835. godine. Do početka 1837. redovno je eksperimentisao sa stazom od jedan i po kilometar u Regent's Parku u sjeverozapadnom Londonu.
Ubrzo nakon što su se Cook i Wheatstone upoznali u martu 1837., Davy je osjetio konkurenciju i počeo ozbiljnije razmišljati o izgradnji praktičnog sistema. Primijetio je da se sila otklona galvanske igle značajno smanjila kako se dužina žice povećavala. Kako je napisao mnogo godina kasnije:
Tada sam pomislio da će čak i najmanji pokret igle, debljine dlake, biti dovoljan da dovede dvije metalne površine u kontakt, dovršavajući novo kolo ovisno o lokalnoj bateriji; i ovo se može ponavljati zauvek.
Davey je ovu ideju pretvaranja slabog električnog signala u jak nazvao "električnim osvježenjem". Ali nije uspeo da realizuje ovu ili bilo koju drugu ideju o telegrafu. Dobio je patent za telegraf 1838. godine, nezavisno od Cooka i Wheatstonea. Ali 1839. je otplovio u Australiju, bježeći od nesretnog braka, i prepustio polje aktivnosti konkurentima. Njihova telegrafska kompanija kupila je ovaj patent nekoliko godina kasnije.
Releji u svijetu
U istoriji tehnologije mnogo pažnje posvećujemo sistemima, ali često ignorišemo njihove komponente. Pratimo istoriju telegrafa, telefona, električnog svjetla i kupamo njihove tvorce toplim zracima našeg odobravanja. Ali ovi sistemi su mogli nastati samo kroz kombinaciju, rekombinaciju i modifikaciju postojećih elemenata koji su tiho rasli u sjeni.
Relej je jedan od takvih elemenata. Brzo je evoluirao i diverzificirao se kada su telegrafske mreže počele da se razmnožavaju 1840-ih i 1850-ih. Tokom sledećeg veka, pojavio se u električnim sistemima različitih vrsta. Najranija modifikacija bila je upotreba krute metalne armature, kao na telegrafskom signalu, za kompletiranje kola. Nakon isključivanja elektromagneta, armatura je isključena iz kruga pomoću opruge. Ovaj mehanizam je bio pouzdaniji i izdržljiviji od komada žice ili igala. Razvijeni su i modeli zatvorenog po defaultu, pored originalnog open-by-default dizajna.
Tipična štafeta s kraja XNUMX. stoljeća. Opruga T sprečava da armatura B dođe u kontakt sa terminalom C. Kada je elektromagnet M aktiviran, on savladava oprugu i završava krug između žice W i terminala C.
U ranim godinama telegrafije, releji su se rijetko koristili kao pojačala ili "obnavljači" jer se jedno kolo moglo proširiti preko 150 km. Ali bili su veoma korisni za kombinovanje niskostrujnih dugih vodova sa lokalnim visokonaponskim vodovima koji su se mogli koristiti za napajanje drugih mašina, na primer, Morzeovog rekordera.
Deseci patenata u Sjedinjenim Državama u drugoj polovini 4. veka opisali su nove tipove releja i njihove nove primene. Diferencijalni relej, koji je podijelio zavojnicu tako da je elektromagnetski efekat bio poništen u jednom smjeru, a pojačan u drugom, omogućio je korištenje dupleks telegrafije: dva signala koja putuju u suprotnim smjerovima na jednoj žici. Thomas Edison je koristio polarizirani (ili polarizirani) relej da stvori kvadrupleks koji može poslati XNUMX signala istovremeno na jednoj žici: po dva u svakom smjeru. U polariziranom releju, sama armatura je bila trajni magnet koji je reagirao na smjer struje, a ne na silu. Zahvaljujući trajnim magnetima, bilo je moguće napraviti releje sa uklopnim kontaktima koji su nakon uključivanja ostali otvoreni ili zatvoreni.
Polarizovani relej
Pored telegrafa, releji su se počeli koristiti u željezničkim signalnim sistemima. Pojavom mreža za prijenos energije, releji su se počeli koristiti u ovim sistemima, posebno kao zaštitni uređaji.
Ali čak i ove opsežne i složene mreže nisu zahtijevale više od releja nego što su bile u stanju pružiti. Telegraf i željeznica stizali su do svakog grada, ali ne do svake zgrade. Imali su desetine hiljada krajnjih tačaka, ali ne i milione. Električni prenosni sistemi nisu marili gde završavaju – oni su jednostavno snabdevali strujom lokalno kolo, a svaki dom i posao mogli su da ponesu onoliko koliko im je potrebno.
Telefonija je bila sasvim druga stvar. Telefoni su bili potrebni za komunikaciju od tačke do tačke, iz bilo koje kuće ili kancelarije u bilo koju drugu, i stoga su im bila potrebna kontrolna kola u neviđenim razmerama. Ljudski glas koji je dolazio u obliku vibracija duž žica bio je bogat signal, ali slab. Stoga su telefonskim komunikacijama na daljinu bila potrebna kvalitetnija pojačala. Ispostavilo se da prekidači mogu raditi i sa takvim pojačalima. Sada su telefonske mreže, više nego bilo koji drugi sistem, kontrolisale evoluciju prekidača.
Šta čitati
• James B. Calvert, “The Electromagnetic Telegraph”
• Franklin Leonard Pope, “Moderna praksa električnog telegrafa” (1891.)
izvor: www.habr.com