Otros artículos de la serie:
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En aprendimos cómo un científico y profesor estadounidense viajó por Europa por primera vez. Al visitar Londres, hizo una parada para ver a una persona a la que respetaba profundamente, el matemático . Junto a Henry estaba su amigo, Alexander Bach, y su nuevo conocido, otro experimentador en el campo del telégrafo, . Babbage contó a sus invitados que pronto planeaba mostrar su máquina de cálculo a un miembro del Parlamento, pero con aún mayor placer compartió con ellos la idea de su nueva máquina, "que superará significativamente las capacidades de la primera". Henry anotó información general sobre este plan en su diario:
Esta máquina se divide en dos partes, una de las cuales el Sr. B. llama almacenamiento y la otra, molino. El almacenamiento está lleno de ruletas con números dibujados en ellas. Periódicamente, los brazos las extraen y las mueven al molino, donde se realizan las manipulaciones necesarias. Al final, esta máquina podrá resumir en una tabla cualquier fórmula de naturaleza algebraica.
Un historiador no puede evitar sentir un escalofrío recorriendo su espalda ante tales encuentros fortuitos en las vidas humanas. Aquí se cruzaron dos hilos de la historia de las máquinas de cálculo, uno de los cuales se acercaba a su final, mientras el otro apenas comenzaba.
Aunque a menudo se presenta la máquina de Babbage como el inicio de la historia de las computadoras universales modernas, la conexión entre ellas es bastante débil. Su máquina (que nunca llegó a construir) fue la culminación del sueño de los cálculos mecánicos. Este sueño, formulado por primera vez por Leibniz, fue inspirado por los mecanismos de reloj cada vez más complejos, creados por artesanos desde finales de la Edad Media. Pero ninguna computadora de propósito general se construyó únicamente con mecánica: esa tarea es demasiado compleja.
El relé electromagnético, concebido por Henry y otros, se puede implementar fácilmente en circuitos computacionales, cuya complejidad sin él parece inimaginable. Sin embargo, hasta ese momento quedaron décadas, y Henry y sus contemporáneos no pudieron prever tal desarrollo. Se convirtió en el precursor de innumerables transistores, que hicieron posible el mundo digital de hoy, tan entrelazado con nuestra vida moderna. Los relés llenaron las entrañas de las primeras computadoras programables, que dominaron brevemente antes de ser reemplazadas por sus homólogos puramente electrónicos.
Los relés fueron inventados varias veces de forma independiente en la década de 1830. Sus objetivos eran diversos (cinco de sus inventores idearon al menos tres variantes de aplicación) – al igual que los ejemplos de uso. Pero se puede pensar en él como un dispositivo de doble propósito. Se puede usar como un interruptor que controla otro dispositivo eléctrico (incluyendo, lo que es importante, otro relé) o como un amplificador que convierte una señal débil en una fuerte.
Interruptor
Joseph Henry combinó en una sola persona un profundo conocimiento de la filosofía natural, la mecánica y un interés por el problema del telégrafo mecánico. En la década de 1830, tal conjunto de cualidades estaba, quizás, solo en Whitstone. Para 1831, había construido un circuito de 2,5 km capaz de accionar una campana, utilizando para ello el imán más potente que existía. Quizás, si hubiera continuado trabajando tan activamente en el telégrafo y hubiera demostrado la misma tenacidad que mostró Morse, su nombre habría sido el que se inscribiera en los libros de texto.
Pero Henry, profesor en la Academia de Albany y luego en el Colegio de Nueva Jersey (ahora Universidad de Princeton), construía y perfeccionaba dispositivos eléctricos con fines de investigación, enseñanza y demostraciones científicas. No estaba interesado en convertir una herramienta educativa en un sistema de transmisión de mensajes.
Alrededor de 1835, él ideó una demostración especialmente ingeniosa utilizando dos circuitos. Recuerde que Henry descubrió dos dimensiones de la electricidad: la intensidad y la cantidad (las llamamos voltaje y corriente). Creó circuitos con baterías intensivas y imanes para transmitir electromagnetismo a grandes distancias, y circuitos con baterías cuantitativas y imanes para generar fuerzas electromagnéticas de gran potencia.
Su nuevo dispositivo combinaba ambas propiedades. Un potente electroimán cuantitativo podía levantar cargas de cientos de kilogramos. Un imán intenso al final de un largo circuito se utilizaba para levantar un pequeño cable metálico: un interruptor. El cierre del circuito intenso hacía que el imán levantara el cable, lo que abría el interruptor y el circuito cuantitativo. Luego, el electroimán cuantitativo caía repentinamente con un estruendo ensordecedor.
Este relé – que era precisamente lo que hacía el imán intenso y su cable – era necesario para demostrar la conversión de energía eléctrica en mecánica, así como cómo una pequeña fuerza puede controlar una grande. La ligera inmersión del cable en ácido para cerrar el circuito provocaba un pequeño movimiento del interruptor, que resultaba en una catástrofe bajo la forma de la caída de metal, en cantidad suficiente para aplastar a cualquiera que fuera lo suficientemente tonto como para estar debajo. Para Henry, el relé era una herramienta para mostrar principios científicos. Era una palanca eléctrica.
Henry, probablemente, fue el primero en conectar de esta manera dos circuitos – para usar el electromagnetismo de uno para controlar el otro. El segundo lugar, según lo que sabemos, pertenece a William Cook y Charles Wheatstone, aunque tenían objetivos muy diferentes.
En marzo de 1836, poco después de asistir a una demostración en Heidelberg del telégrafo que usaba una aguja galvanométrica para transmitir señales, Cook se inspiró en una caja de música. Cook creía que el uso de agujas en el telégrafo real para representar letras requeriría varias agujas, y para ellas se necesitarían varios circuitos. Cook quería que un electroimán activara un mecanismo que pudiera ser tan complejo como fuera necesario para demostrar la letra deseada.
Ideó una máquina que recordaba a una caja de música, con un tambor rodeado de muchas clavijas. De un lado del tambor debería haber una escala circular con letras. En cada extremo de la línea telegráfica debería haber una de estas cajas. La primavera cargada debería hacer que el tambor girara, pero la mayor parte del tiempo permanecería fijado por un tope. Al presionar la tecla del telégrafo, el circuito se cerraría, activando los electroimanes que abrirían ambos topes, y ambas máquinas girarían. Cuando la letra deseada se muestra en la escala, se suelta la tecla, los topes vuelven a su posición y detienen el movimiento de los tambores. Cook, sin saberlo, recreó el modelo cronométrico del telégrafo de Ronald, concebido dos décadas antes, y los primeros experimentos de los hermanos Shapp con el telégrafo (solo que ellos usaron sonido y no electricidad para sincronizar las escalas).
Cook se dio cuenta de que un mecanismo similar podría ayudar a resolver un antiguo problema del telégrafo: notificar a la parte receptora sobre un nuevo mensaje. Para esto, se podría utilizar un segundo circuito con otro electroimán que activara una campana mecánica. El cierre del circuito haría que se retirara el tope, y la campana sonaría.
En marzo de 1837, Cook comenzó a trabajar conjuntamente con Whiston en el telégrafo, y aproximadamente en este momento comenzaron a considerar la necesidad de un segundo circuito. En lugar de crear un circuito independiente para una señal de aviso (y tirar kilómetros de cables innecesarios), ¿no sería más sencillo utilizar el circuito principal para controlar la señal?
Para entonces, Cook y Whitson habían regresado al diseño de aguja, y estaba claro que se podía conectar un pequeño trozo de alambre a la aguja, de modo que, cuando su extremo era atraído por un electroimán, su cola cerrara un segundo circuito. Este circuito activaría la señal. Después de un intervalo determinado, durante el cual el receptor del mensaje podría despertarse, desconectar la señal y preparar un lápiz y papel, la aguja ya podría usarse para transmitir el mensaje en modo normal.
Durante dos años, en dos continentes, dos veces, con dos propósitos diferentes, las personas entendieron que el electroimán podía usarse como un interruptor que controlaba otro circuito. Pero también podría imaginarse una forma completamente diferente de interacción entre dos circuitos.
Amplificador
Para el otoño de 1837, Samuel Morse estaba seguro de que podía hacer que su idea del telégrafo eléctrico funcionara. Utilizando una batería intensa y un imán de Henry, enviaba mensajes a una distancia de medio kilómetro. Pero, para demostrar al Congreso la posibilidad de transmitir mensajes a través de su telégrafo por todo el continente, necesitaba mucho más. Estaba claro que, sin importar la potencia de las baterías, en algún momento el circuito sería demasiado largo para transmitir una señal clara hasta el otro extremo. Pero Morse se dio cuenta de que, a pesar de la fuerte caída de potencia con la distancia, el electroimán podía abrir y cerrar otro circuito alimentado por su propia batería, que a su vez podía transmitir la señal más lejos. Este proceso se podía repetir tantas veces como fuera necesario para cubrir distancias de cualquier longitud. Por eso, estos imanes intermedios se llamaban 'relay' – como las estaciones de correos para cambiar caballos. Recibían el mensaje eléctrico del socio debilitado y lo llevaban más lejos con nueva fuerza.
No es posible determinar si esta idea fue inspirada por los trabajos de Henry, pero Morse definitivamente fue el primero en usar un relé para tal propósito. Para él, el relé no era un interruptor, sino un amplificador capaz de transformar una señal débil en una fuerte.
Al otro lado del Atlántico, aproximadamente al mismo tiempo , el farmacéutico londinense, tuvo una idea similar. Probablemente se interesó en el telégrafo alrededor de 1835. Para principios de 1837, realizaba regularmente experimentos con un circuito de mil quinientos metros en Regent's Park, al noroeste de Londres.
Pronto después del encuentro de Cook y Wheatstone en marzo de 1837, Davy sintió la competencia y comenzó a considerar más seriamente la construcción de un sistema práctico. Observó que la fuerza de desviación de la aguja galvánica disminuía notablemente al aumentar la longitud del cable. Como escribió muchos años después:
Entonces pensé que incluso el más mínimo movimiento de la aguja, del grosor de un cabello, sería suficiente para hacer contacto entre dos superficies metálicas, cerrando un nuevo circuito dependiente de una batería local; y así se podría repetir para siempre.
Davy llamó a esta idea de convertir una señal eléctrica débil en una fuerte "recuperador eléctrico". Pero no logró implementar esta ni ninguna otra idea relacionada con el telégrafo. Recibió la patente del telégrafo en 1838, independientemente de Cook y Wheatstone. Pero en 1839 se embarcó hacia Australia, huyendo de un matrimonio desafortunado, y dejó el campo de acción a sus competidores. Su compañía de telégrafos adquirió esta patente unos años después.
Relé en el mundo
En la historia de la tecnología, prestamos mucha atención a los sistemas, pero a menudo ignoramos sus componentes. Narramos la historia del telégrafo, el teléfono, la luz eléctrica, bañamos a sus creadores en los cálidos rayos de nuestra aprobación. Pero estos sistemas solo pudieron surgir gracias a la combinación, recombinación y transformación de elementos existentes que crecían silenciosamente en la sombra.
El relé es uno de esos elementos. Evolucionó rápidamente y adquirió diversidad cuando las redes telegráficas comenzaron a crecer activamente en las décadas de 1840 y 1850. En el siglo siguiente, apareció en diversos sistemas eléctricos. La modificación más temprana fue el uso de un ancla metálica rígida, como en la señal del telégrafo, para cerrar el circuito. Al apagar el electroimán, el ancla se desconectaba del circuito mediante un resorte. Este mecanismo era más confiable y duradero que trozos de cable o agujas. Se desarrollaron modelos también cerrados por defecto, además del diseño original que estaba abierto por defecto.
Un relé típico de finales del siglo XIX. El resorte T mantiene el ancla B alejada del contacto C. Cuando se activa el electromagneto M, supera el resorte y cierra el circuito entre el cable W y el contacto C.
En los primeros años del telégrafo, los relés rara vez se usaban como amplificadores o "refrescadores", ya que un circuito podía extenderse hasta 150 km. Sin embargo, fueron muy útiles para combinar líneas de baja tensión de larga distancia con líneas locales de alto voltaje, que podían usarse para alimentar otras máquinas, por ejemplo, un registrador Morse.
Decenas de patentes en EE. UU. de la segunda mitad del siglo XIX describen nuevos tipos de relés y sus nuevas aplicaciones. Un relé diferencial, que dividía la bobina de tal manera que el efecto electromagnético se compensaba en una dirección y se amplificaba en la otra, permitía usar comunicación telegráfica a dúplex: dos señales que viajaban en direcciones opuestas por un solo cable. Thomas Edison usó un relé polarizado (o polar) para crear un cuadrúplex capaz de enviar 4 señales simultáneamente por un solo cable: dos en cada dirección. En el relé polarizado, el ancla era un imán permanente que respondía a la dirección de la corriente, no a la fuerza. Gracias a los imanes permanentes, se podían fabricar relés con contactos conmutables que, después de cambiar, permanecían abiertos o cerrados.
Relé polarizado
Los relés, además de en el telégrafo, también comenzaron a utilizarse en sistemas de señalización de ferrocarriles. Con la aparición de las redes de transmisión eléctrica, los relés también se usaron en esos sistemas, especialmente como dispositivos de protección.
Pero incluso estas redes extensas y complejas no requerían de los relés más de lo que estos podían proporcionar. El telégrafo y el ferrocarril llegaron a cualquier ciudad, pero no a cualquier edificio. Tenían decenas de miles de puntos finales, pero no millones. A los sistemas de transmisión eléctrica no les importaba dónde terminaban, simplemente entregaban corriente al circuito local, y cada casa y empresa podía tomar la cantidad que necesitara.
La telefonía era un asunto completamente diferente. Los teléfonos necesitaban establecer una conexión de punto a punto, de cualquier casa u oficina a cualquier otra, por lo que requerían circuitos de control de escala sin precedentes. La voz humana, transmitida como vibraciones a través de los cables, era una señal rica pero débil. Por ello, la telefonía a largas distancias necesitaba amplificadores de mejor calidad. Resultó que los interruptores podían funcionar como tales amplificadores. Ahora, las redes telefónicas gestionaban más que cualquier otro sistema la evolución de los interruptores.
Qué leer
• James B. Calvert, “El Telégrafo Electromagnético“
• Franklin Leonard Pope, «Práctica Moderna del Telégrafo Eléctrico» (1891)
Fuente: habr.com
