Altri articoli del ciclo:
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- La storia di Internet
In Abbiamo visto come la prima generazione di computer digitali sia stata costruita sulla base della prima generazione di interruttori elettrici automatici – relè elettromagnetici. Ma quando questi computer furono realizzati, un altro interruttore digitale stava aspettando il suo momento dietro le quinte. Il relè era un dispositivo elettromagnetico (che utilizzava l'elettricità per controllare un interruttore meccanico), mentre una nuova classe di interruttori digitali era elettronica – basata su nuove conoscenze sull'elettrone emerse all'inizio del XX secolo. Questa scienza ha delineato che il portatore di energia elettrica non era la corrente, non un'onda, non un campo – ma una particella solida.
Il dispositivo che ha dato origine all'era dell'elettronica, fondata su questa nuova fisica, è diventato noto come «valvola elettronica» [in USA – vacuum tube, o «tubo a vuoto»]. Nella storia della sua creazione sono coinvolte due persone: l'inglese e l'americano . In realtà, l'origine dell'elettronica è più complessa, intrecciandosi in molte trame che attraversano Europa e Atlantico, e risalendo a esperimenti precoci con le batterie di Leyden a metà del XVIII secolo.
Ma per i nostri scopi sarà utile discutere (un gioco di parole!) questa storia a partire da Thomas Edison. Negli anni '80 del 1800, Edison fece una scoperta interessante mentre lavorava sull'illuminazione elettrica – questa scoperta prelude alla nostra storia. Da qui, si sviluppò ulteriormente le lampade elettroniche, necessarie per due sistemi tecnologici: una nuova forma di trasmissione wireless di messaggi e le reti telefoniche in continua espansione.
Prologo: Edison
Edison è generalmente considerato l'inventore della lampadina elettrica. Questo allo stesso tempo gli attribuisce troppo e troppo poco onore. Troppo, poiché non fu solo Edison a inventare la lampada luminosa. Oltre a un gruppo di inventori che lo precedettero i cui progetti non raggiunsero mai un'applicazione commerciale, si possono citare Joseph Swan e Charles Sturgeon dalla Gran Bretagna e l'americano William Sawyer, che immetterono lampadine sul mercato contemporaneamente a Edison. [Il merito dell'invenzione appartiene anche all'inventore russo . Lodygin è stato il primo a intuire di dover aspirare l'aria dalla lampadina di vetro, e inoltre propose di realizzare il filamento non in carbone o in fibre carbonizzate, ma in tungsteno ad alto punto di fusione / nota del traduttore.] Tutte le lampade erano composte da una busta di vetro sigillata, all'interno della quale si trovava un filamento resistivo. Quando la lampadina era collegata al circuito, il calore generato dalla resistenza del filamento alla corrente lo faceva illuminare. L'aria era stata aspirata dalla busta per evitare che il filamento si bruciasse. La luce elettrica era già conosciuta nelle grandi città sotto forma di , utilizzate per illuminare grandi spazi pubblici. Tutti questi inventori cercavano un modo per ridurre la quantità di luce prelevata dall'arco luminoso a una piccola particella abbastanza per poterla utilizzare nelle case al posto delle lampade a gas, rendendo la fonte di luce più sicura, più pulita e più luminosa.
E ciò che Edison realmente fece – o meglio, che il suo laboratorio industriale creò – non fu semplicemente la creazione di una sorgente di luce. Costruirono un intero sistema elettrico per illuminare le case – generatori, cavi per il trasporto della corrente, trasformatori, e così via. Di tutto ciò, la lampadina era solo il componente più ovvio e visibile. La presenza del nome di Edison nelle sue aziende che producevano energia elettrica non era semplice riverenza per il grande inventore, come nel caso della Bell Telephone. Edison dimostrò di essere non solo un inventore, ma anche un architetto sistemico. Il suo laboratorio continuò a lavorare per migliorare vari componenti dell'illuminazione elettrica anche dopo il loro successo iniziale.
Esemplare delle prime lampade di Edison
Durante le ricerche, intorno al 1883, Edison (o forse uno dei suoi collaboratori) decise di inserire all'interno della lampadina, insieme al filamento, anche una piastra metallica. Le motivazioni di questo atto non sono chiare. Forse era un tentativo di eliminare l'imbrunimento della lampada – l'interno del bulbo accumulava nel tempo una misteriosa sostanza scura. L'ingegnere sperava chiaramente che queste particelle nere venissero attratte dalla piastra sotto tensione. Con sua sorpresa, scoprì che quando la piastra era collegata al polo positivo del filamento, la quantità di corrente che passava attraverso il filamento era direttamente proporzionale all'intensità del suo brillare. Collegando la piastra al polo negativo del filamento, non si osservava nulla di simile.
Edison concludette che questo effetto, poi denominato effetto Edison o , poteva essere utilizzato per misurare o addirittura controllare la 'forza elettromotrice', o tensione, in un sistema elettrico. Per abitudine, presentò domanda di brevetto per questo 'indicatore elettrico' e poi tornò a compiti più importanti.
Senza fili
Spostiamoci di 20 anni nel futuro, nel 1904. In questo periodo, in Inghilterra, John Ambrose Fleming stava lavorando per conto della Marconi Company al miglioramento del ricevitore di onde radio.
È importante capire cosa fosse e cosa non fosse la radio all'epoca, sia dal punto di vista dello strumento sia da quello della pratica. Allora non si parlava nemmeno di 'radio', bensì di 'wireless', senza fili. Il termine 'radio' divenne predominante solo negli anni '10. Si intendeva specificamente il telegrafo senza fili – un sistema per trasmettere segnali in forma di punti e linee dal mittente al destinatario. Il suo uso principale era la comunicazione tra navi e servizi portuali, ed era in quest'ottica che suscitava l'interesse delle autorità marittime di tutto il mondo.
Alcuni inventori di quel periodo, in particolare, , sperimentarono l'idea del radiotelefono – la trasmissione di messaggi vocali nell'aria in forma di onda continua. Tuttavia, la diffusione come la intendiamo oggi emerse solo 15 anni dopo: la trasmissione di notizie, storie, musica e altri programmi per un vasto pubblico. Prima di ciò, la natura diffusa dei segnali radio era vista come un problema da risolvere, piuttosto che come una caratteristica da sfruttare.
Le apparecchiature radio esistenti all'epoca erano ben adattate per operare con il codice Morse e malone per tutto il resto. I trasmettitori generavano onde di Hertz, inviando una scintilla attraverso una rottura nel circuito. Pertanto, il segnale era accompagnato da un fruscio statico.
I ricevitori riconoscevano questo segnale tramite il coherer: trucioli metallici in un tubo di vetro che si aggregavano, sotto l'influenza delle onde radio, in una massa continua, chiudendo così il circuito. Poi, doveva essere colpito il vetro per far sì che i trucioli si separassero e il ricevitore fosse pronto per il successivo segnale – inizialmente veniva fatto manualmente, ma presto furono sviluppati anche dispositivi automatici.
Nel 1905 iniziarono a comparire , noti anche come 'pelo di gatto'. Si scoprì che toccando con un filo un certo cristallo, come il silicio, la pirite o , si poteva captare un segnale radio dall'aria. I ricevitori ottenuti erano economici, compatti e accessibili a tutti. Stimolarono lo sviluppo del radioamatorismo, soprattutto tra i giovani. L'improvviso afflusso di attività eteree, derivante da ciò, portò a problemi poiché l'emittente radiofonica veniva condivisa tra tutti gli utenti. Le conversazioni innocue degli amatori potevano incrociarsi accidentalmente con le comunicazioni della flotta mercantile, e alcuni teppisti riuscivano persino a inviare ordini falsi e segnali di soccorso. Lo stato doveva inevitabilmente intervenire. Come scrisse lo stesso Ambrose Fleming, l'emergere dei rivelatori a cristallo
portò immediatamente a un'ondata di telegrafia radio non responsabile a causa delle bravate di innumerevoli amatori dell'elettricità e studenti, il che richiese un intervento severo delle autorità nazionali e internazionali per mantenere il tutto entro limiti ragionevoli e sicuri.
Dalle insolite proprietà elettriche di questi cristalli emergerà in futuro una terza generazione di interruttori digitali, dopo i relè e le lampade – interruttori che dominano il nostro mondo. Ma ogni cosa ha il suo tempo. Abbiamo descritto la scena, ora riportiamo l'attenzione sull'attore che è appena emerso nella luce dei riflettori: Ambrose Fleming, Inghilterra, 1904.
Valvola
Nel 1904, Fleming era professore di ingegneria elettrica al University College di Londra e consulente per la Marconi Company. Inizialmente la compagnia lo assunse per una valutazione esperta sulla costruzione di una centrale elettrica, ma poi si dedicò al compito di migliorare il ricevitore.
Fleming nel 1890
Tutti sapevano che il coherer era un ricevitore poco efficace dal punto di vista della sensibilità, e il rivelatore magnetico sviluppato in Marconi non era poi così migliore. Per trovare un'alternativa, Fleming inizialmente decise di costruire un circuito sensibile per rilevare le onde di Hertz. Un dispositivo del genere, pur non diventando un rivelatore vero e proprio, sarebbe stato utile in future ricerche.
Per fare ciò, aveva bisogno di trovare un modo per misurare costantemente la forza della corrente generata dalle onde in arrivo, invece di usare un coherer discreto (che mostrava solo stati acceso – quando le particelle ferromagnetiche si univano – o spento). Ma i noti dispositivi di misura della corrente, i galvanometri, richiedevano corrente continua, ovvero unidirezionale. La corrente alternata, eccitata dalle onde radio, cambiava direzione così rapidamente che non era possibile alcuna misurazione.
Fleming si ricordò che nel suo armadio giacevano alcuni oggetti interessanti – le lampade indicatrici di Edison. Negli anni '80 del '800 era stato consulente per la Edison Electric Light Company a Londra e aveva lavorato sul problema della carbonizzazione delle lampade. In quel periodo ricevette alcune copie degli indicatori, probabilmente da William Priss, il principale ingegnere elettrico del servizio postale britannico, che era appena tornato da una fiera dell'elettricità a Filadelfia. All'epoca, al di fuori degli Stati Uniti, il controllo su telegrafi e telefoni era una prassi consueta per i servizi postali, rendendoli centri di expertise elettrica.
In seguito, negli anni '90, Fleming studiò l'effetto Edison usando le lampade ricevute da Priss. Dimostrò che l'effetto consisteva nel fatto che la corrente scorreva in una sola direzione: il potenziale elettrico negativo poteva fluire dal filamento caldo all'elettrodo freddo, ma non viceversa. Solo nel 1904, quando si trovò di fronte alla necessità di rilevare le onde radio, capì che questo fatto poteva essere utilizzato praticamente. L'indicatore di Edison avrebbe permesso solo agli impulsi di corrente alternata diretti in una sola direzione di superare il gap tra il filamento e il piatto, producendo un flusso costante e unidirezionale.
Fleming prese una lampada, la collegò in serie con un galvanometro e accese il trasmettitore a scintilla. Voilà – lo specchio si girò e il fascio di luce si spostò sulla scala. Funzionò. Poteva misurare con precisione il segnale radio in arrivo.
Prototipi della valvola di Fleming. L'anodo si trova al centro del circuito a filamento (catodo caldo)
Fleming chiamò la sua invenzione 'valvola', poiché permetteva il passaggio di elettricità solo in una direzione. Parlando in termini elettrici più generali, si trattava di un raddrizzatore – un modo per convertire corrente alternata in corrente continua. Successivamente fu chiamata diodo, poiché conteneva due elettrodi – il catodo caldo (filamento) che emetteva elettricità, e l'anodo freddo (piatto) che la riceveva. Fleming apportò alcuni miglioramenti nel design, ma sostanzialmente il dispositivo non differiva dall'indicatore fabbricato da Edison. La sua transizione a una nuova qualità avvenne a causa di un cambiamento di mentalità – un fenomeno che abbiamo già visto molte volte. Il cambiamento si verificò nel mondo delle idee nella mente di Fleming, non nel mondo fisico al di fuori di essa.
Di per sé, la valvola di Fleming era utile. Era il migliore dispositivo da campo per misurare segnali radio e un discreto rivelatore di per sé. Ma non rivoluzionò il mondo. La crescita esplosiva dell'elettronica iniziò solo dopo che Lee de Forest aggiunse un terzo elettrodo e trasformò la valvola in un relè.
Ascolto
Lee de Forest ebbe un'educazione insolita per uno studente di Yale. Suo padre, il reverendo Henry de Forest, era un veterano della Guerra Civile di New York, pastore , e credeva fermamente che un predicatore dovesse diffondere la luce divina della conoscenza e della giustizia. Seguendo il richiamo del dovere, accettò l'invito a diventare presidente del Talladega College in Alabama. Il college fu fondato dopo la Guerra Civile dall'American Missionary Association, con sede a New York. Era destinato a educare e formare i nativi afroamericani locali. Qui Lee si sentì tra l'incudine e il martello – i nativi lo umiliavano per la sua ingenuità e codardia, mentre i bianchi lo criticavano perché era .
Eppure, De Forest sviluppò una solida fiducia in se stesso. Scoprì di avere una predisposizione per la meccanica e le invenzioni – il suo modello in scala di una locomotiva divenne una meraviglia locale. Già durante l'adolescenza, mentre studiava a Talladega, decise di dedicare la sua vita alle invenzioni. Successivamente, da giovane uomo residente a New Haven, il figlio del pastore si liberò delle ultime convinzioni religiose. Queste iniziarono a svanire con la sua introduzione al darwinismo, e furono spazzate via dalla prematura morte di suo padre. Ma il senso di avere una missione non abbandonò mai De Forest – si vedeva come un genio e desiderava diventare il secondo Nikola Tesla, un ricco, famoso e misterioso mago dell'era dell'elettricità. I suoi compagni di università a Yale lo consideravano un vanitoso parlatore. Forse, si può dire che fosse la persona meno popolare in tutta la nostra storia.
De Forest, ca. 1900
Dopo essersi laureato all'Università di Yale nel 1899, De Forest scelse di padroneggiare l'arte emergente della trasmissione di segnali wireless come strada verso la ricchezza e la fama. Nei decenni successivi, intraprese questo percorso con grande determinazione e sicurezza, senza alcun dubbio. Tutto iniziò con la collaborazione tra De Forest e il suo socio Ed Smite a Chicago. Smite mantenne a galla la loro impresa con pagamenti regolari, e insieme svilupparono il loro stesso rivelatore di onde radio, composto da due piastre metalliche unite da una colla che De Forest chiamava "pasta" [goo]. Ma De Forest non poté aspettare a lungo per i frutti della sua genialità. Si liberò di Smite e si associò con un finanziere discutibile di New York di nome Abraham White [ironicamente cambiò il suo nome da quello di nascita, Schwarz, per nascondere le sue losche attività. White/White – (inglese) bianco, Schwarz/Schwarz – (tedesco) nero / nota di traduzione.], fondando la De Forest Wireless Telegraph Company.
L'attività stessa dell'azienda era secondaria per entrambi i nostri eroi. White sfruttava l'ignoranza della gente per riempirsi le tasche. Estorceva milioni agli investitori, che si sforzavano di non restare indietro nel previsto boom della radio. E De Forest, grazie all'abbondante afflusso di fondi da parte di quei "pollo", si concentrò sul dimostrare la sua genialità attraverso lo sviluppo di un nuovo sistema americano di trasmissione wireless (in contrasto con quello europeo, sviluppato da Marconi e altri).
Sfortunatamente per il sistema americano, il rivelatore di De Forest non funzionava particolarmente bene. Per un certo periodo risolse questo problema, adottando il design brevettato di Reginald Fessenden per un rivelatore chiamato "barrett liquido" – due fili di platino immersi in una pozzetto di acido solforico. Fessenden intentò causa per violazione di brevetto – e probabilmente avrebbe vinto quella battaglia legale. De Forest non si calmò finché non inventò un nuovo rivelatore, che fosse solo suo. Nell'autunno del 1906 annunciò di aver creato tale rivelatore. Durante due diverse conferenze presso l'American Institute of Electrical Engineers, De Forest descrisse il suo nuovo rivelatore wireless, da lui chiamato "Audion". Ma la sua reale origine è controversa.
Per un certo periodo, i tentativi di De Forest di costruire un nuovo rivelatore ruotavano attorno al passaggio della corrente attraverso la fiamma , che secondo lui poteva funzionare come conduttore asimmetrico. L'idea, a quanto pare, non ebbe successo. A un certo punto nel 1905, scoprì il tubo di Fleming. De Forest si convinse che questo tubo e il suo dispositivo basato sul bruciatore non erano fondamentalmente diversi – se si sostituisse il filamento caldo con la fiamma e si coprisse con un bulbo di vetro per limitare il gas, si ottiene lo stesso tubo. Sviluppò una serie di brevetti che replicavano la storia delle invenzioni precedenti al tubo di Fleming utilizzando rivelatori basati su fiamme di gas. Ovviamente, voleva rivendicare la priorità nell'invenzione, eludendo il brevetto di Fleming, poiché il lavoro con il bruciatore di Bunsen precedette l'opera di Fleming (risalente al 1900).
Non è chiaro se si sia trattato di autoinganno o di frode, ma alla fine emerse il brevetto di De Forest dell'agosto 1906 su un «recipiente di vetro vuoto che contiene due elettrodi separati, tra i quali esiste un mezzo gassoso che, se riscaldato a sufficienza, diventa conduttore e forma un elemento sensibile». L'attrezzatura e il funzionamento del dispositivo appartenevano a Fleming, mentre la spiegazione del suo funzionamento era di De Forest. Quest'ultimo perse la causa brevettuale, anche se impiegò dieci anni.
Il lettore impaziente potrebbe iniziare a chiedersi perché stiamo spendendo così tanto tempo parlando di questa persona, il cui genio autoproclamato consisteva nel rivendicare le idee altrui come proprie. Il motivo risiede nelle trasformazioni che l'Audion subì nei mesi finali del 1906.
A quel tempo De Forest non aveva lavoro. White e i suoi soci evitarono responsabilità in relazione alla causa di Fessenden creando una nuova azienda, United Wireless, e prestando le attività della American De Forest per un importo di $1. De Forest fu cacciato con $1000 di liquidazione e diversi brevetti inutili in mano, incluso quello sull'Audion. Abituato a uno stile di vita dispendioso, si trovò ad affrontare gravi difficoltà finanziarie e tentò disperatamente di trasformare l'Audion in un grande successo.
Per comprendere cosa accadde dopo, è importante sapere che De Forest credeva di aver inventato un relè – in contrapposizione al raddrizzatore di Fleming. Realizzò il suo Audion collegando una batteria a una piastra fredda del valvola e credeva che il segnale nel circuito dell'antenna (collegato al filamento caldo) modulasse una corrente più potente nel circuito della batteria. Si sbagliava: non si trattava di due circuiti, la batteria semplicemente spostava il segnale dall'antenna, senza amplificarlo.
Ma questo errore si rivelò critico, poiché portò De Forest a sperimentare con un terzo elettrodo nel bulbo, che avrebbe dovuto separare ulteriormente i due circuiti di questo «relè». Inizialmente aggiunse un secondo elettrodo freddo accanto al primo, ma poi, forse sotto l'influenza dei meccanismi usati dai fisici per deviare i fasci negli strumenti a raggi catodici, spostò l'elettrodo in una posizione tra il filamento e la piastra primaria. Decise che tale posizione potesse interrompere il flusso di elettricità e cambiò la forma del terzo elettrodo da piastra a un filo ondulato, simile a un raschietto, e lo chiamò «griglia».
Il triode Audion del 1908. Il filamento (interrotto) a sinistra – il catodo, il filo ondulato – la griglia, la piastra metallica arrotondata – l'anodo. Presenta ancora un filetto, come una lampadina normale.
E questo era davvero un relè. Una corrente debole (quella che si ottiene da un'antenna radio) fornita alla griglia poteva controllare una corrente molto più forte tra il filamento e la piastra, respingendo le particelle cariche che tentavano di attraversare. Questo rivelatore funzionava molto meglio del valvola, poiché non solo raddrizzava, ma amplificava anche il segnale radio. E, come il valvola (e diversamente dal coherer), poteva emettere un segnale continuo, il che apriva la possibilità di creare non solo telegrafia radio, ma anche telefono radio (e successivamente – trasmissione di voce e musica).
Nella pratica, però, non funzionava particolarmente bene. Gli Audion di De Forest erano capricciosi, si bruciavano rapidamente, la qualità della loro produzione era inconsistente, e come amplificatori erano inefficaci. Affinché un Audion specifico funzionasse correttamente, era necessario adattare i parametri elettrici del circuito.
Tuttavia, De Forest credeva nella sua invenzione. Per promuoverla organizzò una nuova azienda, De Forest Radio Telephone Company, ma le vendite furono misere. Il maggiore successo fu la vendita di attrezzature alla marina per la telefonia intra-flotta durante il viaggio intorno al mondo del «». Tuttavia, il comandante della flotta, non avendo tempo per far funzionare i trasmettitori e i ricevitori di De Forest e per istruire l'equipaggio sul loro utilizzo, ordinò di impacchettarli e metterli in magazzino. Inoltre, la nuova azienda di De Forest, gestita da un successore di Abraham White, non era più onesta della precedente. Oltre ai suoi fallimenti, presto si trovò sotto accusa per frode.
In cinque anni, l'Audion non ottenne nulla. E ancora una volta, il telefono giocherà un ruolo chiave nello sviluppo di un relè digitale, questa volta salvando una promettente ma non testata tecnologia, sul punto di essere dimenticata.
E ancora un telefono
La rete di comunicazione a lungo raggio era il sistema nervoso centrale di AT&T. Essa collegava numerose aziende locali e forniva un vantaggio competitivo chiave una volta scaduti i brevetti di Bell. Un nuovo cliente che si univa alla rete AT&T poteva, in teoria, contattare tutti gli altri utenti situati a migliaia di chilometri di distanza da lui, anche se in realtà le chiamate a lunga distanza erano rare. Inoltre, la rete costituiva la base materiale per una filosofia aziendale che affermava 'Una politica, un sistema, servizio universale'.
Ma con l'inizio del secondo decennio del ventesimo secolo, questa rete raggiunse il massimo fisico. Più lontano si estendevano i fili telefonici, più debole e rumoroso diventava il segnale che li attraversava, rendendo infine il parlato praticamente incomprensibile. Per questo motivo, negli Stati Uniti esistevano in realtà due reti AT&T, separate dalla catena montuosa continentale.
Per la rete orientale, il punto chiave era New York, mentre i ripetitori meccanici e erano i limiti che definivano fino a dove poteva arrivare la voce umana. Ma queste tecnologie non erano onnipotenti. Le bobine alteravano le proprietà elettriche del circuito telefonico, riducendo l'attenuazione delle frequenze vocali, ma potevano solo diminuire il problema, non eliminarlo. I ripetitori meccanici (un semplice altoparlante telefonico collegato a un microfono amplificatore) introducevano rumore ad ogni ripetizione. La linea del 1911 da New York a Denver portò questa limitazione al massimo. Non c'era alcuna possibilità di estendere la rete su tutta la nazione. Tuttavia, nel 1909 John Carty, il capo ingegnere di AT&T, promise pubblicamente di fare proprio questo. Promise di farlo entro cinque anni, entro l'inizio della a San Francisco nel 1915.
Il primo a rendere possibile un'impresa del genere grazie a un nuovo amplificatore telefonico non era un americano, ma un erede di una ricca famiglia di Vienna interessato alla scienza. Da giovane, usò i fondi dei suoi genitori per acquistare una compagnia produttrice di telefoni e si propose di realizzare un amplificatore per le conversazioni telefoniche. Entro il 1906, inventò un relè basato su tubi a raggi catodici, allora utilizzati in esperimenti fisici (che in seguito divennero la base per la tecnologia dominante degli schermi video del XX secolo). Il debole segnale in arrivo controllava un elettromagnete che piegava il fascio, modulando una corrente più forte nel circuito principale.
Entro il 1910, von Lieben e i suoi colleghi, Eugene Reys e Sigmund Strauss, vennero a sapere dell'Audione di de Forest e sostituirono il magnete nel tubo con una griglia che controllava i raggi catodici; questo design si rivelò il più efficace e superò tutte le invenzioni effettuate fino a quel momento negli Stati Uniti. La rete telefonica tedesca adottò presto l'amplificatore di von Lieben. Nel 1914, grazie a questo, fu possibile effettuare una telefonata nervosa dal comandante dell'esercito della Prussia Orientale al quartier generale tedesco, situato a 1000 chilometri di distanza, a Coblenza. Questo costrinse il capo di stato maggiore a inviare i generali Hindenburg e Ludendorff a est, verso una gloria eterna e gravi conseguenze. Gli stessi amplificatori legarono in seguito il quartier generale tedesco con gli eserciti di campo a sud e est fino alla Macedonia e alla Romania.
Una copia del relè a raggi catodici migliorato di von Lieben. Il catodo è in basso, l'anodo è la bobina in alto e la griglia è la pellicola metallica rotonda al centro.
Tuttavia, le barriere linguistiche e geografiche, insieme alla guerra, fecero sì che questo design non arrivasse mai negli Stati Uniti, dove ben presto altri eventi presero il sopravvento.
Nel frattempo, de Forest lasciò la fatiscente Radio Telephone Company nel 1911 e fuggì in California. Lì si unì alla Federal Telegraph Company a Palo Alto, fondata dal laureato di Stanford Ufficialmente, de Forest doveva lavorare su un amplificatore per aumentare il volume del segnale in uscita del ricevitore federale. In realtà, lui, Herbert van Etten (un ingegnere telefonico esperto) e Charles Logwood (uno sviluppatore di ricevitori) si dedicarono alla creazione di un amplificatore telefonico, con l'intenzione di vincere un premio da AT&T, che secondo le voci ammontava a 1 milione di dollari.
Per questo, De Forest tirò fuori dalla soffitta l'Audion, e entro il 1912, insieme ai suoi colleghi, avevano già un dispositivo pronto per la dimostrazione presso una compagnia telefonica. Era composto da più Audion collegati in serie, creando un'amplificazione in diversi stadi, oltre a diversi componenti ausiliari. Il dispositivo, in linea di principio, funzionava: poteva amplificare il segnale a sufficienza da farvi sentire la caduta di un fazzoletto o il ticchettio di un orologio da tasca. Ma solo a correnti e tensioni troppo basse per essere utili nella telefonia. All'aumentare della corrente, gli Audion cominciavano a emettere una luce blu, e il segnale si riduceva a rumore. Tuttavia, i telefonisti erano abbastanza interessati da passare il dispositivo ai propri ingegneri per vedere cosa potessero realizzare con esso. Così accadde che uno di loro, il giovane fisico Harold Arnold, sapeva esattamente come migliorare l'amplificatore della Federal Telegraph.
Era tempo di discutere come funzionavano la valvola e l'Audion. La comprensione chiave necessaria per spiegare il loro funzionamento emerse dal Laboratorio Cavendish a Cambridge, un centro intellettuale della nuova fisica elettronica. Nel 1899, lì J.J. Thomson dimostrò, attraverso esperimenti con tubi a raggi catodici, che una particella con massa, nota in seguito come elettrone, porta corrente dal catodo all'anodo. Nei successivi anni, Owen Richardson, collega di Thomson, sviluppò questa ipotesi in una teoria matematica sull'emissione termoionica.
Ambrose Fleming, un ingegnere che lavorava a breve distanza da Cambridge, era a conoscenza di questi lavori. Era chiaro a lui che la sua valvola funzionava grazie all'emissione termoionica di elettroni da un filo riscaldato, attraversando il vuoto fino all'anodo freddo. Tuttavia, il vuoto nella lampada indicatrice non era profondo: per una lampadina normale non era necessario. Era sufficiente aspirare una certa quantità di ossigeno affinché il filo non si accendesse. Fleming capì che, per il miglior funzionamento della valvola, era necessario svuotarla il più possibile, affinché il gas residuo non ostacolasse il flusso degli elettroni.
De Forest non lo comprese. Poiché era giunto alla valvola e all'Audion attraverso esperimenti con il bruciatore di Bunsen, la sua convinzione era opposta: credeva che il gas ionizzato caldo fosse il mezzo di funzionamento del dispositivo e che la sua completa rimozione avrebbe causato un guasto. Ecco perché l'Audion funzionava in modo così instabile e insoddisfacente come ricevitore radio e perché emetteva luce blu.
Arnold in AT&T si trovava in una situazione ideale per correggere l'errore di De Forest. Era un fisico, allievo di Robert Millikan all'Università di Chicago, assunto specificamente per applicare le sue conoscenze nella nuova fisica elettronica alla costruzione di una rete telefonica da costa a costa. Sapeva che la lampada Audion avrebbe funzionato al meglio in un vuoto quasi ideale, conosceva le ultime pompe capaci di ottenere tale vuoto e sapeva che un nuovo tipo di filo rivestito di ossido, insieme a un aumento della piastra e della maglia, avrebbe potuto anche aumentare il flusso di elettroni. In breve, trasformò l'Audion in una lampada elettronica, un prodigio dell'era elettronica.
AT&T ricevette un potente amplificatore necessario per costruire la linea transcontinentale – mancavano solo i diritti per il suo utilizzo. I rappresentanti della compagnia si mostrarono scettici nei colloqui con De Forest, ma avviarono una discussione separata tramite un avvocato esterno, riuscendo a ottenere i diritti per l'uso dell'Audion come amplificatore telefonico per $50.000 (circa $1,25 milioni in dollari del 2017). La linea New York – San Francisco aprì proprio in tempo, ma più come un trionfo di virtuosismo tecnico e pubblicità aziendale, che come mezzo di comunicazione. Il costo delle conversazioni era così astronomico che quasi nessuno poteva utilizzarlo.
Era elettronica
La vera lampada elettronica divenne la radice di un albero completamente nuovo di componenti elettronici. Come i relè, la lampada elettronica espandeva continuamente le sue capacità, mentre gli ingegneri trovavano nuovi modi per adattarne il funzionamento a compiti specifici. La crescita della tribù dei “-odi” non si fermò ai diodi e triodi. Continuò con , che aggiunse una maglia supplementare, sostenendo l'amplificazione con la crescita degli elementi nel circuito. Successivamente apparvero , , e persino . Sono apparsi i triotroni, riempiti di vapore di mercurio, che brillavano di una sinistra luce blu. Lampadine in miniatura delle dimensioni di un mignolo o persino di una ghianda. Lampade a catodo a incandescenza indiretta, in cui il ronzio della fonte di corrente alternata non disturbava il segnale. Il libro «Сага электронной лампы» [Saga of the Vacuum Tube], che descrive la crescita dell'industria delle lampade fino al 1930, elenca oltre 1000 modelli diversi per il loro indice – anche se molti di essi erano copie illegali di marchi non affidabili: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, ecc.
Più importante della varietà di forme era la varietà di applicazioni della lampada elettronica. I circuiti rigenerativi trasformavano il triotron in un trasmettitore – creando onde sinusoidali lisce e costanti, senza scintille rumorose, capaci di trasmettere perfettamente il suono. Con il coherer e le scintille nel 1901, Marconi riusciva appena a trasmettere un breve frammento del codice Morse attraverso una stretta parte dell'Atlantico. Nel 1915 con l’uso della lampada elettronica come trasmettitore e ricevitore, AT&T poteva trasmettere la voce umana da Arlington, Virginia, a Honolulu – una distanza raddoppiata. Negli anni '20, combinarono telefonia a lungo raggio con broadcasting audio di alta qualità, creando le prime reti radiofoniche. Così, presto l'intera nazione poteva ascoltare la stessa voce alla radio, che fosse Roosevelt o Hitler.
Inoltre, la possibilità di creare trasmettitori sintonizzati su una frequenza precisa e stabile permise agli ingegneri delle telecomunicazioni di realizzare un sogno di lunga data sul multiplexing di frequenza, che aveva attirato l'attenzione di Alexander Bell, Edison e altri quarant'anni prima. Nel 1923, AT&T aveva una linea vocale a dieci canali da New York a Pittsburgh. La possibilità di trasmettere molte voci su un singolo cavo di rame riduceva radicalmente il costo delle chiamate a lunga distanza, che a causa dei costi elevati erano sempre state accessibili solo per le persone e le imprese più ricche. Vedendo ciò che le lampade elettroniche erano capaci di fare, AT&T inviò i propri avvocati a comprare diritti aggiuntivi da de Forest, per garantire diritti sull'utilizzo dell'Audion in tutti i campi applicabili. In totale, gli pagarono 390.000 dollari, che oggi equivalgono a circa 7,5 milioni.
Perché, nonostante una tale versatilità, le lampade elettroniche non dominarono la prima generazione di computer come avevano fatto nella radio e in altre attrezzature di telecomunicazione? È evidente che un triotron poteva essere un interruttore digitale proprio come un relè. Così ovvio che de Forest credeva persino di aver creato un relè prima di averlo effettivamente fatto. E il triotron era molto più reattivo rispetto a un tradizionale relè elettromeccanico, poiché non doveva muovere fisicamente il contatto. Un tipico relè necessitava di alcuni millisecondi per commutare, mentre il cambiamento del flusso dal catodo all'anodo a causa della variazione del potenziale elettrico sulla griglia era quasi istantaneo.
Ma le lampade avevano un evidente svantaggio rispetto ai relè: la loro tendenza, simile a quella dei loro predecessori, le lampadine per illuminazione, a bruciarsi. La vita utile dell'originale Audion di de Forest era così breve – circa 100 ore – che conteneva un filamento di riserva da collegare dopo che il primo si era bruciato. Questo era molto problematico, ma anche dopo, non si poteva aspettare che le migliori lampade durassero più di qualche migliaio di ore. Per computer con migliaia di lampade, e con ore di calcolo, questo era un problema serio.
I relè, al contrario, secondo George Stibitz, erano "fantasticamente affidabili". Tanto che affermava che
Se un insieme di relè a U avesse iniziato a funzionare nel primo anno dell'era comune e commutasse una connessione una volta al secondo, continuerebbe a funzionare ancora oggi. Il primo guasto del contatto non potrebbe essere previsto prima di mille anni, intorno all'anno 3000.
Inoltre, non esisteva esperienza nell'uso di grandi circuiti elettronici, paragonabili ai circuiti elettromeccanici degli ingegneri telefonici. I ricevitori radio e altre attrezzature potevano contenere 5-10 lampade, ma non centinaia di migliaia. Nessuno sapeva se si potesse far funzionare un computer con 5000 lampade. Scegliendo i relè invece delle lampade, gli sviluppatori di computer hanno fatto una scelta sicura e conservativa.
Nella prossima parte vedremo come e perché questi dubbi siano stati superati.
Fonte: habr.com
