
Weitere Artikel der Reihe:
- Die Geschichte des Relais
- Die Geschichte der elektronischen Computer
- Die Geschichte des Transistors
- Die Geschichte des Internets
Im haben wir erfahren, wie der amerikanische Wissenschaftler und Dozent zum ersten Mal Europa bereiste. WĂ€hrend seines Aufenthalts in London besuchte er absichtlich einen Mann, den er sehr respektierte, den Mathematiker . Zusammen mit Henry war sein Freund Alexander Bache und ein neuer Bekannter, ebenfalls ein Experimentator im Bereich des Telegraphen, . Babbage erzĂ€hlte seinen GĂ€sten, dass er bald einer Parlamentsmitglied seine Rechenmaschine vorfĂŒhren wollte, aber mit noch gröĂerem VergnĂŒgen teilte er ihnen die Idee seiner neuen Maschine mit, âdie die Möglichkeiten der ersten erheblich ĂŒbertreffen wirdâ. Henry vermerkte grundlegende Informationen ĂŒber diesen Plan in seinem Tagebuch:
Diese Maschine besteht aus zwei Teilen, von denen Mr. B. den einen Speicher und den anderen MĂŒhle nennt. Der Speicher ist mit RĂ€dchen gefĂŒllt, auf denen Zahlen abgebildet sind. Periodisch ziehen Hebel sie heraus und bewegen sie in die MĂŒhle, wo die erforderlichen Manipulationen stattfinden. Am Ende wird diese Maschine in der Lage sein, jede Formel algebrarischer Natur in einer Tabelle zusammenzufassen.
Ein Historiker kann nicht umhin, bei solchen zufĂ€lligen Ăberschneidungen in menschlichen Leben ein Schaudern zu verspĂŒren. Hier kreuzten sich zwei FĂ€den der Geschichte der Rechenmaschinen, von denen einer sich seinem Ende nĂ€herte, wĂ€hrend der andere gerade begann.
Denn obwohl Babbages Maschine oft als der Beginn der Geschichte der modernen universellen Computer dargestellt wird, ist die Verbindung zwischen ihnen recht schwach. Seine Maschine (die er nie baute) war der Höhepunkt eines Traums von mechanischen Berechnungen. Dieser Traum, erstmals von Leibniz geĂ€uĂert, wurde durch immer komplexer werdende Uhrenmechanismen inspiriert, die von Handwerkern seit dem Ende des Mittelalters hergestellt wurden. Aber kein Allgemeinrechner wurde auf reiner Mechanik gebaut â diese Aufgabe ist zu komplex.
Das von Henry und anderen entworfene elektromagnetische Relais kann recht einfach in Rechenkreise integriert werden, deren KomplexitĂ€t ohne es unvorstellbar erscheint. Bis zu diesem Zeitpunkt blieben jedoch noch Jahrzehnte, und solch eine Entwicklung konnten Henry und seine Zeitgenossen nicht vorhersagen. Es wurde zum VorlĂ€ufer unzĂ€hliger Transistoren, die die heutige digitale Welt ermöglichten, die so stark mit unserem modernen Leben verwoben ist. Relais fĂŒllten das Innere der ersten programmierbaren Rechenmaschinen aus, die nur kurz regierten, bis sie durch ihre rein elektronischen Verwandten ersetzt wurden.
Relais wurden in den 1830er Jahren mehrere Male unabhĂ€ngig voneinander erfunden. Ihre Ziele waren vielfĂ€ltig (fĂŒnf ihrer Erfinder dachten sich mindestens drei verschiedene Anwendungsmöglichkeiten aus) â ebenso wie die Beispiele fĂŒr ihre Nutzung. Man denkt am besten an sie als GerĂ€te mit doppeltem Verwendungszweck. Man kann sie als Schalter benutzen, der ein weiteres elektrisches GerĂ€t steuert (darunter, was wichtig ist, ein anderes Relais), oder als VerstĂ€rker, der ein schwaches Signal in ein starkes verwandelt.
Schalter
Joseph Henry vereinte in einer Person tiefgehendes Wissen in Naturphilosophie, Mechanik und Interesse an der Problematik des mechanischen Telegraphen. In den 1830er Jahren war eine solche Kombination von Eigenschaften vielleicht nur bei Wheatstone zu finden. Bis 1831 hatte er einen Schaltkreis von 2,5 km LĂ€nge gebaut, der in der Lage war, eine Klingel zu aktivieren, indem er dazu den leistungsstĂ€rksten Magneten verwendete, der existierte. Vielleicht, wenn er so aktiv mit dem Telegraphen weitergearbeitet hĂ€tte und die gleiche Beharrlichkeit gezeigt hĂ€tte wie Morse, wĂ€re sein Name in die LehrbĂŒcher eingegangen.
Aber Henry, ein Lehrer an der Akademie in Albany und spÀter am College von New Jersey (heute ist es die Princeton University), baute und verbesserte elektrische GerÀte zu Forschungs-, Lehr- und wissenschaftlichen Demonstrationszwecken. Er war nicht daran interessiert, ein pÀdagogisches Instrument in ein Nachrichtensystem umzuwandeln.
Etwa im Jahr 1835 erfand er eine besonders raffinierte Demonstration mithilfe von zwei Schaltungen. Denken Sie daran, dass Henry zwei Dimensionen des elektrischen Stroms entdeckte â IntensitĂ€t und Menge (wir nennen sie Spannung und StromstĂ€rke). Er schuf Schaltungen mit intensiven Batterien und Magneten, um Elektromagnetismus ĂŒber groĂe Distanzen zu ĂŒbertragen, und Schaltungen mit quantitativen Batterien und Magneten, um elektromagnetische KrĂ€fte hoher Leistung zu erzeugen.
Sein neues GerĂ€t vereinte beide Eigenschaften. Ein leistungsstarker quantitativer Elektromagnet konnte Lasten von mehreren hundert Kilogramm heben. Ein intensiver Magnet am Ende der langen Schaltung wurde verwendet, um einen kleinen metallischen Draht zu heben: den Schalter. Das SchlieĂen der intensiven Schaltung lieĂ den Magneten den Draht heben, wodurch der Schalter und die quantitative Schaltung unterbrochen wurden. Der quantitative Elektromagnet lieĂ dann plötzlich seine Last mit ohrenbetĂ€ubendem Grollen fallen.
Dieses Relais â genau die Rolle, die der intensive Magnet und sein Draht spielten â war erforderlich, um die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie zu demonstrieren und zu zeigen, wie eine kleine Kraft eine groĂe steuern kann. Eine leichte Eintauchung des Drahtes in die SĂ€ure zum SchlieĂen des Kreises fĂŒhrte zu einer kleinen Bewegung des kleinen Schalters, die schlieĂlich zu einer Katastrophe fĂŒhrte, bei der Metall in einer Menge fiel, die ausreichte, um jemanden zu zerdrĂŒcken, der dumm genug war, darunter zu stehen. FĂŒr Henry war das Relais ein Werkzeug zur Demonstration wissenschaftlicher Prinzipien. Es war ein elektrischer Hebel.

Henry war wahrscheinlich der erste, der auf diese Weise zwei Schaltungen verband â um, indem er den Elektromagnetismus einer Schaltung nutzte, die andere zu steuern. Der zweite Platz gehört, soweit wir wissen, William Cook und Charles Wheatstone, obwohl sie ganz andere Ziele verfolgten.
Im MĂ€rz 1836, kurz nach dem Besuch einer Demonstration des Telegraphen in Heidelberg, der eine galvanische Nadel zur SignalĂŒbertragung verwendete, wurde Cook von einer Spieluhr inspiriert. Cook war der Ansicht, dass die Verwendung von Nadeln, die Buchstaben darstellen in echten Telegraphen, mehrere Nadeln erfordern wĂŒrde, und dass dafĂŒr mehrere Konturen benötigt werden mĂŒssten. Cook wollte jedoch, dass der Elektromagnet einen Mechanismus aktiviert, der bereits beliebig komplex sein kann, um den gewĂŒnschten Buchstaben zu demonstrieren.
Er entwarf eine Maschine, die einer Spieluhr Ă€hnelt, mit einem Zylinder, der von vielen Stiften umgeben ist. Auf der einen Seite des Zylinders sollte sich eine kreisförmige Skala mit Buchstaben befinden. An jedem Ende der Telegraphenlinie sollte sich eine solche Box befinden. Eine aufgezogene Feder sollte den Zylinder drehen, doch die meiste Zeit wĂŒrde er durch einen Stoppmechanismus fixiert sein. Beim DrĂŒcken des Telegraphenschalters wird der Kontur geschlossen, was die Elektromagnete aktiviert, die beide Schlösser öffnen, und beide Maschinen drehen sich. Wenn auf der Skala der gewĂŒnschte Buchstabe angezeigt wird, wird der Schalter losgelassen, die Schlösser setzen sich wieder an ihren Platz und stoppen die Bewegung der Zylinder. Cook, der sich dessen nicht bewusst war, rekreierte ein chronometrisches Modell des Ronald-Telegraphen, das zwei Jahrzehnte zuvor entworfen wurde, sowie die frĂŒhen Experimente der BrĂŒder Shapp mit dem Telegraphen (die dazu Klang zur Synchronisierung der Skalen und nicht ElektrizitĂ€t verwendeten).
Cook erkannte, dass ein Ă€hnlicher Mechanismus helfen könnte, ein altes Problem des Telegraphen zu lösen â die Benachrichtigung der Empfangsseite ĂŒber eine neue Nachricht. Dazu könnte ein zweiten Kontur mit einem anderen Elektromagneten verwendet werden, der eine mechanische Glocke aktivieren wĂŒrde. Das SchlieĂen des Konturs wĂŒrde das Schloss ziehen und die Glocke lĂ€uten.
Im MĂ€rz 1837 begann Cook die gemeinsame Arbeit mit Whiston am Telegraphen, und etwa zu dieser Zeit dachten sie ĂŒber die Notwendigkeit eines zweiten Konturs nach. WĂ€re es nicht einfacher, den Hauptkreis zur Steuerung des Signals zu verwenden, anstatt ein unabhĂ€ngiges Kontur fĂŒr das Benachrichtigungssignal einzurichten (und Kilometer an zusĂ€tzlichen Kabeln zu verlegen)?

Bis zu diesem Zeitpunkt waren Cook und Whitson zum nadelspitzen Design zurĂŒckgekehrt, und es war offensichtlich, dass man ein kleines StĂŒck Draht mit der Nadel verbinden konnte, sodass, wenn ihr Ende von einem Elektromagneten angezogen wurde, ihr Schwanz einen zweiten Kreis schloss. Dieser Kreis wĂŒrde das Signal aktivieren. Nach einem bestimmten Intervall, in dem der EmpfĂ€nger aufwachen, das Signal ausschalten und Stift und Papier bereiten konnte, konnte die Nadel bereits im normalen Modus zur Ăbertragung der Nachricht verwendet werden.
Ăber einen Zeitraum von zwei Jahren haben auf zwei Kontinenten zweimal und mit zwei unterschiedlichen Zielen die Menschen erkannt, dass man den Elektromagneten als Schalter verwenden kann, der einen anderen Kreis steuert. Aber man konnte sich auch eine ganz andere Art der Interaktion zwischen den beiden Kreisen vorstellen.
VerstÀrker
Im Herbst 1837 war Samuel Morse ĂŒberzeugt, dass seine Idee eines elektrischen Telegraphen funktionieren könnte. Mit einer intensiven Batterie und einem Henry-Magneten sendete er Nachrichten ĂŒber eine Distanz von einem halben Kilometer. Aber um dem Kongress die Möglichkeit der Ăbertragung von Nachrichten ĂŒber seinen Telegraphen ĂŒber den gesamten Kontinent zu beweisen, benötigte er viel mehr. Es war klar, dass der Kreis unabhĂ€ngig von der Leistung der Batterien irgendwann zu lang werden wĂŒrde, um ein deutliches Signal an sein anderes Ende zu ĂŒbertragen. Doch Morse erkannte, dass der Elektromagnet, trotz des starken Abfalls der Leistung mit der Distanz, einen anderen Kreis öffnen und schlieĂen konnte, der von seiner eigenen Batterie gespeist wurde und wiederum das Signal weiterleiten konnte. Dieser Prozess konnte beliebig oft wiederholt werden und Distanzen beliebiger LĂ€nge abdecken. Deshalb wurden diese Zwischenmagnete als "relay" bezeichnet â wie Poststationen zum Wechseln von Pferden. Sie empfingen die elektrische Nachricht vom schwĂ€cher werdenden Partner und trugen sie mit neuer Kraft weiter.
Es ist unmöglich festzustellen, ob diese Idee von Henrys Arbeiten inspiriert wurde, aber Morse war definitiv der Erste, der Relais zu diesem Zweck verwendete. FĂŒr ihn war das Relais kein Schalter, sondern ein VerstĂ€rker, der in der Lage war, ein schwaches Signal in ein starkes umzuwandeln.

Auf der anderen Seite des Atlantiks ungefĂ€hr zu dieser Zeit , der Londoner Apotheker, hatte eine Ă€hnliche Idee. Wahrscheinlich interessierte er sich um 1835 fĂŒr den Telegraphen. Anfang 1837 fĂŒhrte er regelmĂ€Ăig Experimente mit einem anderthalb Kilometer langen Kontur im Regent's Park im Nordwesten Londons durch.
Kurz nach dem Treffen von Cook und Whistler im MĂ€rz 1837 spĂŒrte Davy Konkurrenz und dachte ernster ĂŒber den Bau eines praktischen Systems nach. Er bemerkte, dass die Ablenkungskraft der galvanischen Nadel merklich abnahm, wenn die DrahtlĂ€nge zunahm. Wie er viele Jahre spĂ€ter schrieb:
Damals dachte ich, dass selbst die kleinste Bewegung der Nadel um die Dicke eines Haares ausreichen wĂŒrde, um zwei MetalloberflĂ€chen in Kontakt zu bringen, die einen neuen Kontur schlieĂen, der von einer lokalen Batterie abhĂ€ngt; und so könnte es ewig wiederholt werden.
Davy nannte diese Idee, ein schwaches elektrisches Signal in ein starkes umzuwandeln, âelektrischen VerstĂ€rkerâ. Aber es gelang ihm nicht, diese oder eine andere Idee zum Telegraphen zu verwirklichen. Das Patent fĂŒr den Telegraphen erhielt er 1838, unabhĂ€ngig von Cook und Whistler. Doch 1839 seilte er sich nach Australien ab, um einer unglĂŒcklichen Ehe zu entkommen, und ĂŒberlieĂ das Feld den Konkurrenten. Ihre Telegraphenfirma kaufte dieses Patent einige Jahre spĂ€ter.
Relais in der Welt
In der Geschichte der Technologien schenken wir den Systemen viel Aufmerksamkeit, ignorieren jedoch oft deren Komponenten. Wir erzĂ€hlen die Geschichte des Telegraphen, des Telefons, des elektrischen Lichts und hĂŒllen ihre Schöpfer in die warmen Strahlen unserer Zustimmung. Aber diese Systeme konnten nur durch Kombination, Rekombination und VerĂ€nderung existierender Elemente entstehen, die still im Schatten wuchsen.
Das Relais ist eines dieser Elemente. Es entwickelte sich schnell und erlangte Vielfalt, als die Telegraphennetzwerke in den 1840er und 1850er Jahren aktiv wuchsen. Im darauffolgenden Jahrhundert kam es in verschiedenen elektrischen Systemen zum Einsatz. Die frĂŒheste Modifikation war die Verwendung eines starren metallischen Ankers, wie beim Telegraphensignal, um den Kontur zu schlieĂen. Nach dem Ausschalten des Elektromagneten trennte der Anker ĂŒber eine Feder vom Kontur. Ein solcher Mechanismus war zuverlĂ€ssiger und langlebiger als DrahtstĂŒcke oder Nadeln. Es wurden auch standardmĂ€Ăig geschlossene Modelle entwickelt, zusĂ€tzlich zum ursprĂŒnglichen Design, das standardmĂ€Ăig offen war.

Typisches Relais aus dem spĂ€ten 19. Jahrhundert. Die Feder T hĂ€lt den Anker B davon ab, mit dem Kontakt C in Kontakt zu treten. Wenn der Elektromagnet M aktiviert wird, ĂŒberwindet er die Feder und schlieĂt den Stromkreis zwischen dem Draht W und dem Kontakt C.
In den frĂŒhen Jahren des Telegraphen wurden Relais selten als VerstĂ€rker oder 'VerstĂ€rker' verwendet, da ein Stromkreis auf 150 km gedehnt werden konnte. Sie waren jedoch sehr nĂŒtzlich, um schwache lange Leitungen mit lokalen Hochspannungsleitungen zu verbinden, die zum Antrieb anderer Maschinen, wie dem Morse-Registrator, verwendet werden konnten.
Zehnte von Patenten in den USA aus der zweiten HĂ€lfte des 19. Jahrhunderts beschreiben neue Arten von Relais und deren neue Anwendungen. Ein Differentialrelais, das die Spule so trennte, dass der elektromagnetische Effekt in eine Richtung kompensiert und in die andere verstĂ€rkt wurde, ermöglichte die Verwendung von Duplex-Telegraphie: zwei Signale, die in entgegengesetzte Richtungen ĂŒber einen Draht gesendet wurden. Thomas Edison verwendete ein polarisiertes (oder polares) Relais, um ein Quadruplex zu schaffen, das in der Lage war, 4 Signale gleichzeitig ĂŒber einen Draht zu senden: zwei in jede Richtung. Im polarisierten Relais war der Anker ein permanenter Magnet, der auf die Stromrichtung und nicht auf die StĂ€rke reagierte. Durch permanente Magneten konnten Relais mit umschaltbaren Kontakten hergestellt werden, die nach dem Schalten offen oder geschlossen blieben.

Polarisiertes Relais
Relais wurden neben dem Telegraphen auch in Signalsystemen der Eisenbahnen verwendet. Mit dem Aufkommen von elektrischen Ăbertragungsnetzen wurden Relais auch in diesen Systemen eingesetzt, insbesondere als SchutzgerĂ€te.
Doch selbst diese ausgedehnten und komplexen Netze verlangten von den Relais nicht mehr, als sie bereitstellen konnten. Der Telegraph und die Eisenbahn erreichten jede Stadt, jedoch nicht jedes GebĂ€ude. Sie hatten zehntausende Endpunkte, aber keine Millionen. Die elektrischen Ăbertragungssysteme interessierten sich nicht dafĂŒr, wo sie endeten â sie lieferten einfach Strom an den lokalen Stromkreis, und jedes Haus und Unternehmen konnte so viel entnehmen, wie es benötigte.
Telekommunikation war eine ganz andere Sache. Telefone mussten eine Verbindung von Punkt zu Punkt herstellen, von jedem der HĂ€user und BĂŒros zu jedem anderen, und benötigten daher Steuerungsschaltungen von beispiellosem AusmaĂ. Die menschliche Stimme, die in Form von Schwingungen durch DrĂ€hte ĂŒbertragen wurde, war ein reicher, aber schwacher Signal. Daher benötigte die weitere Telefonverbindung VerstĂ€rker von besserer QualitĂ€t. Es stellte sich heraus, dass Schalter auch als solche VerstĂ€rker fungieren können. Jetzt kontrollierten Telefonnetze mehr als jede andere System die Evolution der Schalter.
Was zu lesen ist
âą James B. Calvert, âDer elektromagnetische Telegraphâ
âą Franklin Leonard Pope, âModerne Praxis des elektrischen Telegraphenâ (1891)
Quelle: habr.com
