Ostali članci u seriji:
- Povijest releja
- Povijest elektroničkih računala
- Povijest tranzistora
- Povijest interneta
U saznali smo kako je američki znanstvenik i profesor prvi put putovao Europom. Tijekom boravka u Londonu, posebno se susreo s osobom koju je duboko poštovao, matematičarom . Uz Henrija je bio njegov prijatelj, Alexander Bain, i njegov novi poznanik, također eksperimentator u području telegrapha, . Babbage je gostima ispričao da će uskoro demonstrirati svojoj članici parlamenta svoju aritmetičku mašinu, ali je s još većim užitkom podijelio s njima ideju o svojoj novoj mašini, "koja će značajno nadmašiti mogućnosti prve". Henry je zabilježio opće informacije o tom planu u svom dnevniku:
Ova mašina se sastoji od dva dijela, od kojih jedan gospodin B. naziva skladištem, a drugi – mlinom. Skladište je ispunjeno kotačićima na kojima su nacrtani brojevi. Periodički poluge ih izvlače i prebacuju u mlinu, gdje se odvijaju potrebne manipulacije. Na kraju će ova mašina moći svesti u tablicu bilo koju formulu algebarske prirode.
Povjesničar ne može a da ne osjeti jezu koja mu prolazi niz kičmu zbog takvih slučajnih preklapanja u ljudskim životima. Ovdje su se prepletle dvije niti povijesti računalnih mašina, od kojih je jedna pri kraju, a druga tek započinje.
Iako se Babbageova mašina često predstavlja kao početak povijesti modernih univerzalnih računala, veza između njih je prilično slaba. Njegova mašina (koju nikada nije izgradio) bila je kulminacija snova o mehaničkom računanju. Ovaj san, prvi put izrečen od strane Leibniza, inspirirali su sve složeniji mehanizmi sati koje su izrađivali majstori od kraja srednjeg vijeka. No, nijedan računalni sustav opće namjene nije bio izgrađen na čistoj mehanici – taj je zadatak previše složen.
Elektromagnetski rele, koji su osmislili Henrij i drugi, može se prilično lako integrirati u računalne sklopove, čija bi kompleksnost bez njega bila nezamisliva. Međutim, do tog trenutka prošlo je još desetljećima, i takav razvoj Henrij i njegovi suvremenici nisu mogli predvidjeti. Postao je preteča bezbroj tranzistora, koji su omogućili današnji digitalni svijet, tako usko povezan s našim modernim životom. Rele su ispunili unutrašnjost ranih programabilnih računalskih strojeva, koji su vladali kratko vrijeme dok ih nisu zamijenili njihovi čisto elektronički rođaci.
Rele su neovisno izumljena nekoliko puta u 1830-im. Njihovi su ciljevi bili raznoliki (pet izumitelja smislilo je barem tri primjene) – poput primjera korištenja. No, najpogodnije je razmišljati o njima kao o uređajima dvostruke namjene. Mogu se koristiti kao prekidač koji upravlja još jednim električnim uređajem (uključujući, što je važno, drugo rele), ili kao pojačalo koje slabi signal pretvara u jak.
Prekidač
Džozef Henrij kombinirao je u jednoj osobi duboko razumijevanje prirodne filozofije, mehanike i interes za problem mehaničkog telegrafa. U 1830-im, takav skup osobina mogao je imati samo Vitson. Do 1831. godine izgradio je sklop dugu 2,5 km, sposoban aktivirati zvono koristeći najmoćniji magnet koji je postojao. Možda bi, da je i dalje tako aktivno radio na telegrafu i pokazao istu upornost kao što je to činio Morze, njegovo ime bilo upisano u udžbenike.
Ali Henrij, učitelj iz Akademije u Olbaniju, a zatim na Koledžu u Novoj Džerziji (sada je to Univerzitet Prinston), gradio je i usavršavao električne uređaje u svrhu istraživanja, obrazovanja i znanstvenih demonstracija. Nije ga zanimalo pretvaranje pedagoškog alata u sustav prijenosa poruka.
Otprilike 1835. godine izmislio je posebno domišljatu demonstraciju koristeći dva kruga. Podsjetite se da je Henry otkrio da električnost ima dvije mjere – intenzitet i količinu (nazivamo ih naponom i strujom). Napravio je krugove s intenzivnim baterijama i magnetima za prijenos elektromagnetizma na velike udaljenosti te krugove s količinskim baterijama i magnetima za stvaranje elektromagnetnih sila velike snage.
Njegov novi uređaj kombinirao je oba svojstva. Moćni količinski elektromagnet mogao je podići teret od stotina kilograma. Intenzivni magnet na kraju dugog kruga korišten je za podizanje malog metalnog žica: prekidača. Zatvaranje intenzivnog kruga uzrokovalo je da magnet podiže žicu, a to je otvorilo prekidač i količinski krug. Količinski elektromagnet zatim je iznenada ispustio svoj teret s oglušujućim udarcem.
Ovaj relej – a upravo tu ulogu je imao intenzivni magnet i njegova žica – bio je potreban za demonstraciju pretvaranja električne energije u mehaničku, kao i za prikazivanje kako mala sila može upravljati velikom. Lako uranjanje žice u kiselinu za zatvaranje kruga dovodilo je do malog pomaka malog prekidača, što je na kraju završilo katastrofom u obliku pada metala, u količini dovoljno velikoj da zgnječi svakoga tko bi bio dovoljno pametan da stoji ispod njega. Za Henryja je relej bio alat za demonstraciju znanstvenih principa. Bio je to električni poluga.
Henry je vjerojatno bio prvi koji je na taj način povezao dva kruga – koristeći elektromagnetizam jednog kruga za upravljanje drugim. Drugo mjesto, koliko znamo, pripada Williamu Cooku i Charlesu Wheatstoneu, iako su oni imali sasvim druge ciljeve.
U ožujku 1836. godine, ubrzo nakon posjeta demonstraciji telegrapha u Heidelbergu koji je koristio galvaniznu iglu za prijenos signala, Cook je bio inspiriran glazbenom kutijom. Cook je smatrao da će korištenje igala koje označavaju slova u pravom telegrafu zahtijevati više igala, a za njih će biti potrebni različiti krugovi. Cook je želio da elektromagnet aktivira mehanizam koji već može biti koliko god složen potrebno za demonstraciju željenog slova.
Zamislio je stroj, sličan glazbenoj kutiji, s bačvicom okruženom mnoštvom igala. S jedne strane bačvice trebala je biti kružna skala sa slovima. Na svakom kraju telegrapske linije trebala bi se nalaziti takva kutija. Napeta opruga trebala bi pokretati bačvicu, ali će većinu vremena biti zaključana. Kada se pritisne telegrapski ključ, krug se zatvara, što aktivira elektromagnete, otvarajući obje brave, a obje kutije počinju rotirati. Kada se na skali pokaže željeno slovo, ključ se pušta, brave se vraćaju na mjesto i zaustavljaju kretanje bačvica. Cook je, nesvjesno, rekreirao kronometrijski model telegrapha Ronalda, izumljen dvadesetak godina ranije, kao i rane eksperimente braće Shapp s telegraphom (samo su oni koristili zvuk za sinkronizaciju skala, a ne elektricitet).
Cook je shvatio da bi takav mehanizam mogao pomoći u rješavanju dugogodišnjeg problema telegrapha – obavještavanju primatelja o novoj poruci. Za to se može koristiti drugi krug s drugim elektromagnetom, koji bi aktivirao mehanički zvono. Zatvaranje kruga povuklo bi bravu, a zvono bi zvonilo.
U ožujku 1837. godine Cook je započeo zajednički rad s Whistoneom na telegrapu, i otprilike u to vrijeme počeli su razmišljati o potrebi za drugim krugom. Umjesto da se izradi neovisni krug za signal obavijesti (i postavlja kilometre suvišnih žica), zar to ne bi bilo jednostavnije koristiti glavni krug za kontrolu signala?
Do tog vremena, Cook i Whitson su se vratili k dizajnu s iglom, a bilo je potpuno očito da se mali komadić žice može spojiti s iglom, tako da, kada bi njezin kraj bio privučen elektromagnetom, njezin rep zatvara drugi krug. Ovaj krug bi aktivirao signal. Nakon određenog vremena, tijekom kojeg bi primatelj poruke mogao stigao probuditi se, isključiti signal i pripremiti olovku i papir, iglu je već bilo moguće koristiti za prijenos poruke na uobičajen način.
Tijekom dvije godine, na dva kontinenta, dvaput, s dva različita cilja, ljudi su shvatili da se elektromagnet može koristiti kao prekidač koji upravlja drugim krugom. No, također se mogla zamisliti sasvim drugačija interakcija ta dva kruga.
Pojačalo
Do jeseni 1837. Samual Morse bio je uvjeren da se njegova ideja električnog telegrapha može realizirati. Koristeći intenzivnu bateriju i Henryjev magnet, slao je poruke na udaljenosti od pola kilometra. No, kako bi Kongresu dokazao mogućnost prijenosa poruka putem svog telegrapha širom kontinenta, trebao je daleko više. Bilo je jasno da, bez obzira na snagu baterija, u nekom trenutku krug postaje predug za prijenos jasnog signala na njegovom drugom kraju. No Morse je shvatio da, unatoč velikom opadanju snage s udaljenosti, elektromagnet može otvarati i zatvarati drugi krug, napajan vlastitom baterijom, koja bi, zauzvrat, mogla dalje prenositi signal. Ovaj proces se može ponavljati neograničeno i pokrivati udaljenosti bilo koje duljine. Zato su ti međumagnetski uređaji nazivali „relay“ – kao poštanske stanice za promjenu konja. Oni su primali električnu poruku od slabe strane i prenosili je dalje s novom snagom.
Nemoguće je utvrditi je li ovu ideju inspirirala Henryjeva djela, no Morse je bio prvi koji je upotrijebio relej u tu svrhu. Za njega je relej bio ne prekidač, već pojačalo koje može pretvoriti slab signal u jak.
S druge strane Atlantika, otprilike u to vrijeme , londonski farmaceut smislio je sličnu ideju. Vjerojatno se zainteresirao za telegraf oko 1835. godine. Do početka 1837. redovito je provodio eksperimente s krugom od jednog i pol kilometra u Regent Parku na sjeverozapadu Londona.
Ubrzo nakon sastanka Cooka i Whistona u ožujku 1837., Davy je osjetio konkurenciju i ozbiljnije razmišljao o izgradnji praktičnog sustava. Primijetio je da se snaga odstupanja galvanometarske igle značajno smanjivala povećanjem duljine žice. Kao što je pisao mnogo godina kasnije:
Tada sam pomislio da bi čak i najmanji pokret igle na debljinu dlake bio dovoljan da dovede u kontakt dvije metalne površine koje zatvaraju novi krug, ovisan o lokalnoj bateriji; i tako bi se moglo beskrajno ponavljati.
Davy je nazvao ovu ideju pretvaranja slabog električnog signala u jak "električnim obnoviteljem". No, nije uspio realizirati ovu ili bilo koju drugu ideju vezanu uz telegraf. Patent za telegraf dobio je 1838. godine, neovisno o Cooku i Whistonu. No, 1839. otplovio je u Australiju, bježeći od nesretne braka, i prepustio to polje djelovanja konkurentima. Njihova telegradska tvrtka kupila je taj patent nekoliko godina kasnije.
Relej u svijetu
U povijesti tehnologija mnogo pažnje posvećujemo sustavima, ali često ignoriramo njihove komponente. Vodimo povijest telegrafa, telefona, električne svjetlosti, kupajući njihove stvoritelje u toplim zrakama našeg odobravanja. No, ti sustavi mogli su se pojaviti samo zahvaljujući kombinaciji, rekombinaciji i promjeni postojećih elemenata, koji su tiho rasli u sjeni.
Relej je jedan od takvih elemenata. Brzo je evoluirao i stekao raznolikost kada su telegradske mreže počele aktivno rasti 1840-ih i 1850-ih. Tijekom sljedećeg stoljeća pojavio se u električnim sustavima raznog tipa. Najranija modifikacija bila je korištenje čvrstog metalnog sidra, kao na telegrafskom signalu, za zatvaranje kruga. Nakon isključivanja elektromagneta, sidro se odvajalo od kruga pomoću opruge. Ovaj mehanizam bio je pouzdaniji i izdržljiviji od komadića žica ili igala. Razvijale su se i zatvorene po defaultu modele, uz originalni dizajn otvorenog po defaultu.
Tipično rele na kraju 19. stoljeća. Uznemirujuće T drži jezgar B daleko od kontakta C. Kada se elektromagnet M aktivira, prevladava oprugu i zatvara krug između žice W i kontakta C.
U ranim godinama telegrapha rele se rijetko koristilo kao pojačivače ili „osvježivače“, budući da se jedan krug mogao protezati na 150 km. No, bila su vrlo korisna za spajanje niskonaponskih dugih linija s lokalnim linijama visokog napona koje su se mogle koristiti za napajanje drugih uređaja, primjerice, Morseovog registratora.
Deseci patenata u SAD-u iz druge polovice 19. stoljeća opisuju nove vrste relea i njihovu novu primjenu. Diferencijalno rele, koje je dijelilo namotaj tako da se elektromagnetski učinak kompenzira u jednom smjeru i pojačava u drugom, omogućilo je korištenje duplex telegrafskog povezivanja: dva signala koja idu u suprotnim smjerovima putem jednog žice. Thomas Edison koristio je polarizirano (ili polarnu) rele za stvaranje kvadrupleksa koji je mogao slati 4 signala istovremeno putem jednog žice: dva u svakom smjeru. U polariziranom releu sama jezgra bila je stalni magnet koji je reagirao na smjer struje, a ne na snagu. Zahvaljujući trajnim magnetima, bilo je moguće napraviti relee s preklopnim kontaktima, koji su nakon preklapanja ostajali otvoreni ili zatvoreni.
Polarizirano rele
Rele, osim za telegraf, počelo se koristiti i u signalnim sustavima željeznica. S pojavom mreža elektroenergetskih prijenosa, rele su se koristile i u tim sustavima, posebno kao zaštitna uređaja.
No, čak ni te duge i složene mreže nisu zahtijevale od relea više nego što su bile sposobne pružiti. Telegraf i željeznica došli su u svaki grad, ali u svaku zgradu nisu. Imali su desetke tisuća krajnjih točaka, ali ne i milijune. Sustavima elektroenergetskih prijenosa nije bilo važno gdje završavaju – jednostavno su davali struju u lokalni krug, a svaka kuća i poduzeće mogli su uzeti koliko im je potrebno.
Telefonija je bila sasvim druga priča. Telefonima je bilo potrebno uspostaviti vezu od tačke do tačke, od svake kuće ili kancelarije do bilo koje druge, pa su stoga zahtevali upravljačke krugove neviđenih razmera. Čovekov glas, koji se prenosi kao talasi kroz žice, bio je signal bogat, ali slab. Zato su za dalju telefonsku komunikaciju bila potrebna pojačala bolje kvalitete. Ispostavilo se da prekidači mogu raditi i kao takva pojačala. Sada su telefonske mreže više od bilo kojih drugih sistema upravljale evolucijom prekidača.
Što čitati
• James B. Calvert, “Elektromagnetni telegraf“
• Franklin Leonard Pope, „Moderna praksa električnog telegrafa“ (1891)
Izvor: habr.com
