További cikksorozatok:
- A relék története
- Az elektronikus számítógépek története
- A tranzisztor története
- Az internet története
A megtudtuk, hogyan járt el amerikai tudós és oktató először Európában. Londonba érkezve különböző tiszteletteljes látogatást tett egy rendkívül megbecsült személyhez, matematikushoz . Henry mellett volt barátja, Alexander Bach, és egy új ismerőse, szintén kísérletező a távírász területén, . Babbage elmondta vendégeinek, hogy hamarosan bemutatja számológépét egy parlamenti tagnak, de még nagyobb örömmel osztotta meg velük új gépével kapcsolatos ötletét, "amely jelentősen meghaladja az első gép képességeit". Henry az elképzelést a naplójába jegyezte:
Ez a gép két részre oszlik, az egyiket Mr. B. tárolónak nevezi, a másikat pedig malomnak. A tárolóban kerekek vannak, amelyeken számok vannak feltüntetve. Időnként karok húzzák ki őket, és a malomban helyezik át, ahol a szükséges manipulációk történnek. A masina végén képes lesz táblázatba foglalni bármilyen algebrai természetű képletet.
A történész nem tudja megállni, hogy ne érezze a hátán végigfutó hideg borzongást az emberi életben ilyen véletlenszerű metszeteknél. Itt két szál fonódott össze a számítógépek történetében, az egyik a befejezéshez közelített, míg a másik éppen csak kezdődött.
Bár Babbage gépét gyakran a modern univerzális számítógépek történetének kezdeteként említik, a kapcsolat közöttük meglehetősen gyenge. Az ő gépe (amelyet sosem épített meg) a mechanikai számítások álmának csúcspontja volt. Ezt az álmát, amelyet először Leibniz fogalmazott meg, egyre bonyolultabb óraszerkezetek inspirálták, amelyeket mesteremberek készítettek a középkor végétől. De egyetlen általános célú számítógép sem épült tiszta mechanikára – ez a feladat túl bonyolult.
A mágneses relét, amelyet Henry és mások terveztek, viszonylag könnyen beépíthetjük a számítási áramkörökbe, amelyek bonyolultsága nélküle elképzelhetetlennek tűnik. Azonban ezen a ponton még évtizedekig kellett várni, és Henry és kortársai nem tudták előre látni ezt a fejlődést. Ez lett a számtalan tranzisztor ősatyja, amely lehetővé tette a mai digitális világ kialakulását, amely annyira összefonódik a modern életünkkel. A relék kitöltötték a korai programozható számítógépek belsejét, amelyek rövid időre uralkodtak, míg a teljesen elektronikus rokonai nem vették át a helyüket.
A relét az 1830-as években többször függetlenül találták fel. Céljai sokféle volt (öt feltalálója legalább három különböző alkalmazási módot talált ki) – akárcsak a felhasználási példák. De érdemes úgy gondolni rá, mint kettős célú eszközre. Használható kapcsolóként, amely irányít egy másik elektromos eszközt (beleértve, ami fontos, egy másik relét), vagy mint erősítő, ami egy gyenge jelet erősebbé alakít.
Kapcsoló
Joseph Henry egyesítette magában a mély tudást a természetfilozófiában, a mechanikában és az iránti érdeklődést, hogy megoldja a mechanikus távíró problémáját. Az 1830-as években ilyen kvalitásokkal valószínűleg még csak Whitstone rendelkezett. 1831-re 2,5 km hosszú áramkört épített, amely képes volt megmozdítani egy csengőt, a legnagyobb erősségű mágnes segítségével, ami akkoriban létezett. Talán ha továbbra is ilyen aktívan dolgozott volna a távírón, és olyan kitartást mutatott volna, mint Morse, akkor a nevének kellett volna szerepelnie a tankönyvekben.
De Henry, aki az Albany Akadémián, majd a New Jersey-i Főiskolán (most Princeton Egyetem) tanított, elektromos eszközöket épített és fejlesztett kutatási, oktatási és tudományos bemutatók céljából. Nem érdekelte, hogy a pedagógiai eszközt üzenetátviteli rendszergé alakítsa.
Körülbelül 1835-ben talált ki egy különösen ravasz bemutatót két áramkör segítségével. Ne felejtsd el, hogy Henry felfedezte az elektromosság két dimenzióját – az intenzitást és a mennyiséget (ezeket feszültségnek és áramerősségnek nevezzük). Olyan áramköröket hozott létre, amelyek erős akkumulátorokkal és mágnesekkel rendelkeztek az elektromágnetesség nagy távolságokra történő továbbítására, és olyan áramköröket, amelyek mennyiségi akkumulátorokkal és mágnesekkel voltak felszerelve nagy teljesítményű elektromágneses erők létrehozására.
Az új eszköze mindkét tulajdonságot egyesítette. A nagy teljesítményű mennyiségi elektromágnes képes volt több száz kilogrammot emelni. A hosszú áramkör végén található intenzív mágneset egy kis fémpáca emelésére használták: kapcsolóra. Az intenzív áramkör zárása miatt a mágnes felemelte a vezetéket, ez pedig elzárta a kapcsolót és a mennyiségi áramkört. A mennyiségi elektromágnes ezután hirtelen ledobta a terhét, zajos robajjal.
Ez a relé – pontosan ezt a szerepet töltötte be az intenzív mágnes és a vezetéke – szükséges volt az elektromos energia mechanikai energiává történő átalakításának bemutatásához, valamint ahhoz, hogy hogyan képes egy kis erő egy nagyot irányítani. A vezeték könnyű savas merítése az áramkör zárásához kis mozgást eredményezett a kis kapcsolón, ami végül katasztrófával zárult, amikor a fém leesett, elegendő mennyiségben ahhoz, hogy összezúzzon valakit, aki elég ostoba lett volna ahhoz, hogy alatta álljon. Henry számára a relé a tudományos elvek bemutatásának eszköze volt. Ez volt az elektromos kar.
Henry valószínűleg az első volt, aki így összekapcsolta a két áramkört – az egyik áramkör elektromágnetességének felhasználásával irányította a másikat. A második, amennyire tudjuk, William Cook és Charles Wheatstone, bár ők teljesen más célokat tűztek ki maguk elé.
1836 márciusában, nem sokkal azután, hogy részt vett a heidelbergi telegráf bemutatón, amely galvanikus tűt használt a jelek továbbítására, Cookot inspirálta egy zenélő doboz. Cook úgy vélte, hogy a valódi telegráfban a betűket jelző tűk használata több tűt igényel, amihez több áramkör szükséges. Ezzel szemben ő azt akarta, hogy az elektromágnes aktiválja a mechanizmust, amely már a kívánt betű megjelenítésére bonyolult lehet.
Olyan gépet tervezett, amely hasonlít egy zenélő dobozra, egy hengerrel, amelyet sok tű vesz körül. A henger egyik oldalán egy kör alakú skála lenne, amely a betűket jelöli. A telegráf vonalának mindkét végén lenne egy ilyen doboz. Az felhúzott rugónak el kellene indítania a hengert, de a legtöbb időt a stoppertől rögzítve töltené. A telegráf kulcsának megnyomásakor az áramkör zárul, ami aktiválja az elektromágneseket, amelyek felnyitják a két zárat, és mindkét gépezet elforog. Amikor a skálán a kívánt betű mutatkozik, a kulcsot elengedik, a zárak a helyükre állnak, és megállítják a hengerek mozgását. Cook, tudta nélkül, reprodukálta Ronald telegráfjának kronometrikus modelljét, amelyet két évtizeddel korábban találtak ki, valamint a Shapp fivérek korai kísérleteit a telegráffal (ők a skálák szinkronizálásához hangot, nem pedig elektromosságot használtak).
Cook rájött, hogy egy ilyen mechanizmus segíthet megoldani a telegráf régi problémáját - az értesítést a fogadó fél részére az új üzenetről. Ehhez egy második áramkör használható, egy másik elektromágnessel, amely egy mechanikus harangot aktiválna. Az áramkör záródása elhúzta volna a stoppert, és a harang megkondult volna.
1837 márciusában Cook elkezdte a közös munkát Whitstonnal a telegráfon, és körülbelül ebben az időszakban gondolkodtak el a második áramkör szükségességén. Ahelyett, hogy egy független értesítési áramkört alakítottak volna ki (és kilométerekkel több drótot húztak volna), nem lenne egyszerűbb, ha a fő áramkört használnák a jel ellenőrzésére?
Akkorra Cook és Whitson visszatértek a tűs tervezéshez, és teljesen nyilvánvaló volt, hogy egy kis drótdarabot lehet összekapcsolni a tűvel, hogy amikor annak vége elektromágnessel vonzódik, a farka össze zárja a második áramkört. Ez az áramkör aktiválná a jelet. Egy bizonyos időintervallum után, amely alatt a címzett fel tudott ébredni, kikapcsolni a jelet és előkészíteni a ceruzát és papírt, a tű már használható volt a szokásos üzenetküldéshez.
Két éven keresztül, két kontinensen, két különböző céllal, az emberek rájöttek, hogy az elektromágnes használható átkapcsolóként, amely vezérli a másik áramkört. Ám egy teljesen más módon is elképzelhető a két áramkör kölcsönhatása.
Erősítő
1837 őszére Samuel Morse biztos volt abban, hogy az elektromos távíró ötlete működőképessé válhat. Egy intenzív akkumulátort és Henry mágnesét használva üzeneteket küldött fél kilométeres távolságra. De ahhoz, hogy megmutassa a Kongresszusnak az üzenetek távküldésének lehetőségét a távíróján keresztül az egész kontinenst, sokkal többre volt szüksége. Nyilvánvaló volt, hogy bármennyire is erős az akkumulátor, egy bizonyos ponton az áramkör túl hosszú lesz ahhoz, hogy tiszta jelet közvetítsen a másik végéig. De Morse észrevette, hogy a távolsággal járó jelentős teljesítménycsökkenés ellenére az elektromágnes megnyithatja és bezárhatja a másik áramkört, amely saját akkumulátorával táplálkozik és így tovább továbbíthatja a jelet. Ezt a folyamatot tetszés szerint meg lehet ismételni, bármilyen hosszúságú távolságokat lefedve. Ezért nevezték ezeket a közbenső mágneseket „relé”-nek – mint a postai állomásokat a lovak cserélésére. Ezek átvették az elektromos üzenetet a gyengülő partnerből, és új erővel továbbították.
Megállapítani lehetetlen, hogy ezt az ötletet Henry munkái ihlették-e, de Morse volt az első, aki relét használt erre a célra. Számára a relé nem kapcsoló volt, hanem erősítő, amely képes volt a gyenge jelet erőssé alakítani.
A transzatlanti partokon körülbelül ebben az időben , a londoni gyógyszerész hasonló ötletet talált ki. Valószínűleg 1835 körül kezdett érdeklődni a távíró iránt. 1837 elejére rendszeresen kísérletezett egy másfél kilométeres körrel a londoni Regent's Park északnyugati részén.
Röviddel a Cook és Wheatstone márciusi találkozója után, Davey érezte a versenyt, és komolyabban elkezdett foglalkozni egy gyakorlati rendszer felépítésével. Megjegyezte, hogy a galvanométer tű eltérésének ereje jelentősen csökkent a vezeték hosszának növekedésével. Ahogy sok évvel később írta:
Akkor arra gondoltam, hogy a tű legkisebb mozgása, a hajszál vastagságának megfelelően, elegendő ahhoz, hogy érintkezésbe hozza a két fémfelületet, amely bezárja az új kört, ami a helyi elem működésétől függ; így ezt végtelenül ismételni lehet.
Davey ezt az ötletet, amely a gyenge elektromos jel erősebbé alakításáról szólt, »elektronikus frissítőnek« nevezte. De nem sikerült megvalósítania ezt vagy bármely más ötletét a távíróval kapcsolatban. 1838-ban szabadalmat kapott a távíróra, függetlenül Cooktól és Wheatstone-tól. De 1839-ben elhagyta Ausztráliába, menekülve a szerencsétlen házasság elől, és a versenytársakra bízta a területet. Az ő távíró társaságuk néhány évvel később megvásárolta ezt a szabadalmat.
Relé a világban
A technológiák történetében sok figyelmet szentelünk a rendszereknek, de gyakran figyelmen kívül hagyjuk azok komponenseit. Követjük a távíró, a telefon és az elektromos fény történetét, és meleg fényeinkkel árasztjuk el alkotóikat. De ezek a rendszerek csak a meglévő elemek kombinációjának, rekombinációjának és változásának köszönhetően jöhettek létre, amelyek csendben nőttek az árnyékban.
A relé egy ilyen elem. Gyorsan fejlődött és sokféleséget nyert, amikor a távíróhálózatok aktívan fejlődtek az 1840-es és 1850-es években. Az ezt követő évszázad során megjelent különféle elektromos rendszerekben. A legkorábbi módosítás a merev fém rúd használata volt, mint a távíró jelénél, a kör zárásához. Az elektromágnes kikapcsolása után a rúd elválasztotta a kört egy rugó segítségével. Ez a mechanizmus megbízhatóbb és tartósabb volt, mint a vezetékek vagy tűk kis darabjai. Kifejlesztettek zárva lévő modelleket, az egyes eredeti tervek mellett, amelyek alapértelmezetten nyitva voltak.
A XIX century typical relay. The spring T keeps the armature B away from contact C. When the electromagnet M is activated, it overcomes the spring and closes the circuit between wire W and contact C.
In the early years of telegraphy, relays were rarely used as amplifiers or 'refreshers' because a single circuit could extend 150 km. However, they were very useful for connecting low-voltage long lines with local high-voltage lines that could be used to power other machines, such as Morse recorders.
Dozens of patents in the U.S. in the late 19th century describe new types of relays and their new applications. The differential relay, which divided the coil so that the electromagnetic effect was compensated in one direction and amplified in another, allowed for duplex telegraph communication: two signals traveling in opposite directions along a single wire. Thomas Edison used a polarized (or polar) relay to create a quadruplex capable of sending 4 signals simultaneously over one wire: two in each direction. In a polarized relay, the armature itself acted as a permanent magnet responding to the direction of current rather than its strength. With permanent magnets, relays could be made with switching contacts that remained either open or closed after switching.
Polarized relay
In addition to telegraphy, relays began to be used in railway signaling systems. With the advent of power transmission networks, relays were also utilized in these systems, especially as protective devices.
However, even these extensive and complex networks did not demand more from relays than they were capable of providing. The telegraph and the railway reached every city, but not every building. They had tens of thousands of endpoints, but not millions. Power transmission systems did not care where they ended – they simply supplied current to the local circuit, allowing every home and business to draw as much as needed.
A telefonálás teljesen más ügy volt. A telefonoknak kapcsolódniuk kellett ponttól pontig, bármelyik otthonból vagy irodából bármelyik másikhoz, ezért irányító körökre volt szükségük, amelyek eddig példátlan méretűek voltak. Az emberi hang, amely rezgés formájában haladt a vezetékeken, gazdag, de gyenge jel volt. Ezért a távolsági telefonkapcsolatokhoz jobb minőségű erősítőkre volt szükség. Kiderült, hogy a kapcsolók is működhetnek ilyen erősítőkként. Most már a telefonhálózatok irányították a kapcsolók fejlődését, több mint bármely más rendszer.
Mit olvassunk
• James B. Calvert, „Az Elektromágneses Távíró“
• Franklin Leonard Pope, „A Elektromos Távíró Modern Gyakorlata“ (1891)
Forrás: habr.com
