Další články cyklu:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- Historie internetu
V jsme se dozvěděli, jak americký vědec a učitel poprvé procestoval Evropu. Během návštěvy Londýna se osobně setkal s mužem, kterého hluboce obdivoval, matematikem . Spolu s Henrym byl jeho přítel, Alexander Bach, a jeho nový známý, další experimentátor na poli telegrapu, . Babbage hostům řekl, že brzy plánuje předvést svou počítací strojčlenovi Parlamentu, ale s ještě větší radostí se s nimi podělil o nápad na svůj nový stroj, "který výrazně překoná možnosti prvního". Henry zaznamenal obecné informace o tomto plánu do svého deníku:
Tento stroj se dělí na dvě části, z nichž jednu pan B. nazývá uložištěm a druhou – mlýnem. Uložiště je naplněno kolečky s nakreslenými číslicemi. Pravidelně je páky vytahují a přemisťují do mlýna, kde probíhají potřebné manipulace. Po dokončení bude tento stroj schopen uvést do tabulky jakýkoli vzorec algebrické povahy.
Historik nemůže necítit mrazení v zádech z takových náhodných překrývání v lidských životech. Zde se zkřížily dvě nitě historie výpočetních strojů, z nichž jedna se blížila k svému završení, zatímco druhá teprve začínala.
I když je Babbageův stroj často považován za začátek historie moderních univerzálních počítačů, spojení mezi nimi je poměrně slabé. Jeho stroj (který nikdy nepostavil) byl vyvrcholením snu o mechanických výpočtech. Tento sen, poprvé vyřčený Leibnizem, byl inspirován stále složitějšími hodinovými mechanismy vytvořenými řemeslníky od konce středověku. Ale žádný počítač obecného určení nebyl postaven čistě na mechanice – tato úloha je příliš složitá.
Elektromagnetické relé, které navrhli Henry a další, lze poměrně snadno integrovat do výpočetních obvodů, jejichž složitost se bez něj zdá být nepředstavitelná. Nicméně do této doby zbývalo ještě několik desetiletí, a takový vývoj nemohli Henry a jeho současníci předvídat. Stalo se předchůdcem nespočetného množství tranzistorů, které umožnily dnešní digitální svět, jenž je tak silně provázán s naším současným životem. Relé zaplnila vnitřnosti raných programovatelných výpočetních strojů, které teprve na krátkou dobu panovaly, než je nahradili jejich čistě elektronické nástupci.
Relé bylo několikrát nezávisle na sobě vynalezeno v 30. letech 19. století. Jeho cíle byly mnohostranné (pět jeho vynálezců vymyslelo alespoň tři varianty použití) – stejně jako příklady jeho použití. Ale je pohodlné o něm přemýšlet jako o zařízení s dvojím účelem. Může být použit jako spínač, který ovládá další elektrické zařízení (včetně, co je důležité, jiného relé), nebo jako zesilovač, který přetváří slabý signál na silný.
Spínač
Joseph Henry spojoval v jedné osobě hluboké znalosti v naturalistické filozofii, mechanice a zájem o problém mechanického telegrafu. V 30. letech 19. století byl takový soubor kvalit pravděpodobně jen u Whitstona. K roku 1831 postavil obvod dlouhý 2,5 km, schopný uvedení do chodu zvonku, přičemž použil nejsilnější magnet, jaký byl tehdy dostupný. Možná, kdyby nadále tak aktivně pracoval na telegrafu a projevoval stejnou vytrvalost, jakou předváděl Morse, jeho jméno by bylo zapsáno v učebnicích.
Ale Henry, učitel z Akademie v Albany a později z New Jersey College (nyní Princeton University), budoval a zdokonaloval elektrická zařízení k výzkumu, výuce a vědeckým demonstracím. Nezajímal se o to, aby převedl výukový nástroj na systém pro přenos zpráv.
Tak kolem roku 1835 přišel s obzvlášť důmyslnou demonstrací pomocí dvou obvodů. Připomeňte si, že Henry zjistil, že elektřina má dvě dimenze – intenzitu a množství (nazýváme je napětí a proud). Vytvořil obvody s intenzivními bateriemi a magnety pro přenos elektromagnetismu na velké vzdálenosti a obvody se množstevními bateriemi a magnety pro vytváření elektomagnetických sil velkého výkonu.
Jeho nový přístroj kombinoval obě vlastnosti. Výkonný množstevní elektromagnet mohl zvedat náklady o hmotnosti stovek kilogramů. Intenzivní magnet na konci dlouhého obvodu sloužil k zvedání malého kovového drátu: spínače. Uzavření intenzivního obvodu přimělo magnet zvednout drát, což rozepnulo spínač a množstevní obvod. Množstevní elektromagnet pak náhle shodil svůj náklad s ohlušujícím rachotem.
Toto relé – a to je přesně to, co intenzivní magnet a jeho drát dělali – bylo nezbytné pro demonstraci přeměny elektrické energie na mechanickou, a také pro ukázání, jak malá síla může řídit velkou. Lehké ponoření drátu do kyseliny za účelem uzavření obvodu vedlo k malému pohybu malého spínače, což nakonec skončilo katastrofou v podobě pádu kovu v množství dostatečném k tomu, aby rozdrtilo někoho, kdo by byl dost hloupý, aby stál pod ním. Pro Henryho bylo relé nástrojem pro demonstraci vědeckých principů. Byl to elektrický pákový mechanismus.
Henry byl pravděpodobně prvním, kdo takto spojil dva obvody – aby mohl, využíváním elektromagnetismu jednoho obvodu, řídit druhý. Druhé místo, pokud víme, patří Williamu Cookovi a Charlesi Whitstonovi, i když měli zcela jiné cíle.
V březnu 1836, brzy po návštěvě prezentace telegrafu v Heidelbergu, který používal galvanickou jehlu k přenosu signálů, se Cook inspiroval hudební skříňkou. Cook se domníval, že použití jehel, které by představovaly písmena v reálném telegrafu, by vyžadovalo více jehel, a pro ně by bylo potřeba více obvodů. Cook chtěl, aby elektromagnet aktivoval mechanismus, který už může být jakkoli složitý pro demonstrování požadovaného písmene.
Navrhl stroj, který připomínal hudební skříňku, s barem obklopeným mnoha kolíčky. Na jedné straně baru měla být kruhová stupnice s písmeny. Na každém konci telegrafní linky měla být taková skříňka. Napnutá pružina měla přinutit bar k otáčení, ale většinu času by měl být zajištěn zámkem. Když byla stisknuta telegrafní klávesa, obvod se uzavřel, což aktivovalo elektromagnety, které otevřely oba zámky, a obě skříňky se otáčely. Když se na stupnici zobrazilo požadované písmeno, klávesa se uvolnila, zámky se vrátily na místo a zastavily otáčení barů. Cook, aniž by to tušil, znovu vytvořil chronometrický model telegrafu Ronalda, navržený před dvěma desetiletími, a rané experimenty bratrů Shapp s telegrafem (ti jen používali zvuk k synchronizaci stupnic, nikoliv elektrický proud).
Cook pochopil, že stejný mechanismus může pomoci vyřešit dlouhotrvající problém telegrafu – oznámení příjemce o nové zprávě. K tomu by bylo možné použít druhý obvod s dalším elektromagnetem, který by aktivoval mechanický zvonek. Uzavření obvodu by vtáhlo zámek a zvonek by zvonil.
V březnu 1837 začal Cook spolupracovat s Whitstonem na telegrafu a přibližně v tu dobu začali uvažovat o nutnosti druhého obvodu. Místo vytváření nezávislého obvodu pro signál oznámení (a tažení kilometrů nadbytečných drátů), nebylo by snazší použít hlavní obvod pro kontrolu signálu?
K tomu času se Cook a Whitson vrátili k jehlovému designu a bylo zcela jasné, že je možné připojit malý kousek drátu k jehle, takže když byl její konec přitahován elektromagnetem, její ocas uzavřel druhý okruh. Tento okruh by spustil signál. Po určitém intervalu, během něhož by se příjemce zprávy mohl vzbudit, vypnout signál a připravit si tužku a papír, by již bylo možné jehlu použít k předání zprávy v běžném režimu.
Během dvou let na dvou kontinentech dvakrát, s dvěma různými cíli, lidé pochopili, že elektromagnet mohl být použit jako spínač ovládající jiný okruh. Ale bylo také možné si představit zcela jiný způsob, jak by dva okruhy mohly interagovat.
Zesilovač
Na podzim roku 1837 byl Samuel Morse přesvědčen, že jeho myšlenku elektrického telegrafu je možné uvést do života. Používajíc intenzivní baterii a Henryho magnet, posílal zprávy na vzdálenost půl kilometru. Ale k tomu, aby dokázal Kongresu možnost přenosu zpráv přes celý kontinent pomocí svého telegrafu, potřeboval mnohem více. Bylo jasné, že bez ohledu na sílu baterií se v určitém okamžiku okruh stane příliš dlouhým pro přenos srozumitelného signálu na jeho druhém konci. Ale Morse přišel na to, že i přes silný pokles výkonu s vzdáleností může elektromagnet otevírat a zavírat jiný okruh napájený vlastní baterií, která může dále přenášet signál. Tento proces lze opakovat neomezeně a pokrýt vzdálenosti jakékoli délky. Proto byly tyto mezičlánkové magnety nazývány „relay“ – jako poštovní stanice pro výměnu koní. Přijímaly elektrickou zprávu od slábnoucího partnera a nesly ji dál s novou silou.
Není možné zjistit, zda byla tato myšlenka inspirována pracemi Henryho, ale Morse byl určitě prvním, kdo použil relé k tomuto účelu. Pro něj bylo relé nikoli spínačem, ale zesilovačem, schopným přetvářet slabý signál na silný.
Na druhé straně Atlantiku přibližně ve stejnou dobu , londýnský farmaceut přišel s podobnou myšlenkou. Pravděpodobně se začal zajímat o telegraf přibližně v roce 1835. Na začátku roku 1837 pravidelně prováděl experimenty s okruhem o délce jedné a půl míle v Regent's Parku na severozápadě Londýna.
Krátce po setkání Cooka a Whistona v březnu 1837 pocítil Davy konkurenci a vážněji se zamyslel nad výstavbou praktického systému. Všiml si, že síla odchylky galvanické jehly se značně snižovala s rostoucí délkou drátu. Jak psal mnoho let poté:
Pomyslel jsem si, že i nejmenší pohyb jehly na tloušťku vlasu by byl dostatečný k tomu, aby spojil dvě kovové plochy, které uzavíraly nový okruh závislý na místní baterii; a tak by to šlo opakovat donekonečna.
Davy nazval tuto myšlenku přeměny slabého elektrického signálu na silný „elektrickým obnovitelem“. Ale nepodařilo se mu realizovat tuto ani jakoukoli jinou myšlenku týkající se telegrafu. Patent na telegraf získal v roce 1838, nezávisle na Cookovi a Whistonovi. Ale v roce 1839 odjel do Austrálie, aby unikl nešťastnému manželství, a opustil pole činnosti konkurentům. Jejich telegrafní společnost koupila tento patent o několik let později.
Relé ve světě
V historii technologií věnujeme mnoho pozornosti systémům, ale často ignorujeme jejich komponenty. Vásíme příběh telegrafu, telefonu, elektrického světla, obklopujeme jejich tvůrce teplým světlem našeho schválení. Ale tyto systémy mohly vzniknout pouze díky kombinaci, rekombinaci a změnám existujících prvků, které tiše rostly ve stínu.
Relé je jedním z takových prvků. Rychle se vyvíjelo a získalo rozmanitost, když telegrafní sítě začaly aktivně růst v 40. a 50. letech 19. století. V následujícím století se objevilo v elektrických systémech různých typů. Nejranější modifikací bylo použití pevného kovového jádra, jako na telegrafním signálu, pro uzavření okruhu. Po vypnutí elektromagnetu se jádro odpojením od okruhu pomocí pružiny. Tento mechanismus byl spolehlivější a odolnější než kousky drátů nebo jehly. Byly vyvíjeny také modely, které byly ve výchozím nastavení uzavřené, vedle původního designu, který byl ve výchozím nastavení otevřený.
Typické relé konce 19. století. Pružina T udržuje kotvu B mimo kontakt C. Když se aktivuje elektromagnet M, překonává pružinu a uzavírá obvod mezi drátem W a kontaktem C.
V raných letech telegrafie se relé zřídka používala jako zesilovače nebo 'obnovovače', protože jeden obvod bylo možné natáhnout na 150 km. Ale byla velmi užitečná pro spojení slaboproudých dlouhých linek s místními vysokonapěťovými linkami, které mohly být použity pro napájení dalších strojů, například Morseova zapisovače.
Desítky patentů ve Spojených státech ve druhé polovině 19. století popisují nové typy relé a jejich nové použití. Diferenciální relé, které dělilo cívku tak, že elektromagnetický efekt byl v jednom směru kompenzován a v druhém umocňován, umožnilo duplexní telegrafní spojení: dva signály, které šly opačnými směry po jednom drátu. Thomas Edison použil polarizované (nebo polarové) relé k vytvoření kvadruplexu, schopného odesílat 4 signály současně po jednom drátu: dva v každém směru. V polarizovaném relé byla sama kotva stálým magnetem, reagujícím na směr proudu, nikoli na jeho sílu. Díky stálým magnetům bylo možné vyrábět relé se přepínajícími kontakty, které po přepnutí zůstávaly otevřené nebo uzavřené.
Polarizované relé
Relé, kromě telegrafu, začala být používána také v signálních systémech železnic. S příchodem elektrických přenosových sítí se relé začala používat i v těchto systémech, zejména jako ochranná zařízení.
Ale i tyto rozsáhlé a složité sítě nevyžadovaly od relé více, než co byla schopna poskytnout. Telegrapy a železnice se dostaly do každého města, ale ne do každé budovy. Měly desítky tisíc koncových bodů, ale ne miliony. Systémy elektrických přenosů byly lhostejné k tomu, kde končí – jednoduše dodávaly proud do místního obvodu, a každý dům a podnik si mohl vzít tolik, kolik potřeboval.
Telefonie byla zcela jiná záležitost. Telefony potřebovaly vytvářet spojení z bodu do bodu, z každého domu a kanceláře do jakéhokoli jiného, a proto potřebovaly ovládací obvody bezprecedentního rozsahu. Lidský hlas, putující ve formě vibrací po drátech, byl signálem bohatým, ale slabým. Proto byla k dalším telefonním spojům zapotřebí zesilovače lepší kvality. Ukázalo se, že přepínače mohou fungovat jako takové zesilovače. Nyní telefonní sítě více než jakékoli jiné systémy řídily evoluci přepínačů.
Co číst
• James B. Calvert, “Elektromagnetický telegraf“
• Franklin Leonard Pope, „Moderní praxe elektrického telegrafu“ (1891)
Zdroj: habr.com
