🥇そして、いよいよリレーです

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В 物語の最後の部分私たちはアメリカの科学者であり教師がどのように行動したかを学びました。ジョセフヘンリー初めてヨーロッパを旅行しました。ロンドン訪問中、彼は深く尊敬する数学者を特別訪問した。チャールズ・バベッジ。ヘンリーと一緒に、彼の友人であるアレクサンダー・バックと、彼の新しい知り合いで、同じく電信分野の実験者でした。チャールズ・ウィートストーン。バベッジ氏は来賓に対し、近々国会議員に計算機のデモンストレーションを行う予定であると語ったが、さらに大きな喜びとともに、「最初の計算機の能力を大幅に超える」新しい計算機のアイデアをゲストたちと共有した。ヘンリーはこの計画に関する一般的な情報を日記に記録しました。

この機械は XNUMX つの部分に分かれており、B さんは XNUMX つを倉庫と呼び、XNUMX つ目を製粉所と呼んでいます。倉庫には数字が描かれた車輪がたくさんあります。定期的に、レバーがそれらを引き出して工場内に移動させ、そこで必要な操作が行われます。完成すると、このマシンは代数的な性質を持つあらゆる式を表にできるようになります。

歴史家は、人間の人生におけるこのようなランダムな交差点に背筋に悪寒を感じずにはいられません。ここでは、コンピューティングマシンの歴史の XNUMX つの糸が交差し、XNUMX つは終わりに近づき、もう XNUMX つは始まったばかりです。

結局のところ、バベッジのマシンは現代の万能コンピューターの歴史の始まりとしてよく紹介されますが、それらの間のつながりはかなり弱いのです。彼のマシン (彼は決して作ったことはありません) は、機械的コンピューティングの夢の集大成でした。ライプニッツが最初に表明したこの夢は、中世の終わり以来職人によって作成され、ますます複雑になる時計の機構に触発されました。しかし、汎用コンピューターは純粋な力学に基づいて構築されていません。その作業は非常に困難です。

しかし、ヘンリーらによって考案された電磁リレーは、コンピューティング回路に非常に簡単に実装でき、その複雑さはそれなしでは想像できないように思えます。しかし、この時点にはまだ何十年も先のことであり、ヘンリーと彼の同時代人たちはそのような発展を予見できませんでした。これは、私たちの現代生活と深く結びついた今日のデジタル世界を可能にした無数のトランジスタの祖先となりました。リレーは初期のプログラム可能なコンピューターの内部を埋め尽くし、純粋に電子的なコンピューターに置き換えられるまで短期間支配されました。

リレーは 1830 年代に何度か独立して発明されました。その目標は多様でした (発明者のうち XNUMX 人が少なくとも XNUMX つの用途を思いつきました) - その使用例も同様でした。ただし、デュアルユースのデバイスとして考えると便利です。別の電気機器 (重要なことに、別のリレーを含む) を制御するスイッチとして、または弱い信号を強い信号に変換するアンプとして使用できます。

スイッチ

ジョセフ・ヘンリーは、自然哲学、力学、そして機械式電信の問題への関心に関する深い知識を一人の人間に結び付けました。 1830 年代において、これほどの資質を備えていたのはおそらくホイートストンだけでした。 1831 年までに、彼はこれまでに作られた中で最も強力な磁石を使用して鐘を操作できる長さ 2,5 km の回路を構築しました。おそらく、もし彼がこれほど積極的に電信の仕事を続け、モースが示したのと同じ忍耐力を示していたら、彼の名前は教科書に載っていただろう。

しかし、オールバニーのアカデミーの教師であり、その後ニュージャージー大学 (現在のプリンストン大学) で教師を務めたヘンリーは、研究、教育、科学的実証を目的として電気機器を製造、改良しました。彼は教育ツールをメッセージングシステムに変えることに興味がありませんでした。

1835 年頃、彼は XNUMX つの回路を使用した特に独創的なデモンストレーションを考案しました。ヘンリーが電気の XNUMX つの側面、つまり強度と量 (これらを電圧と電流と呼びます) を発見したことを思い出してください。彼は、長距離にわたって電磁気を伝達するための強力なバッテリーと磁石を備えた回路と、高出力の電磁力を生成するための定量的なバッテリーと磁石を備えた回路を作成しました。

彼の新しいユニットは両方の特性を組み合わせたものでした。強力な定量電磁石は数百キログラムの荷重を持ち上げることができます。長いループの端にある強力な磁石を使用して、小さな金属ワイヤー、つまりスイッチを持ち上げました。集中回路を閉じると磁石がワイヤーを持ち上げ、スイッチと定量回路が開きました。その後、定量的電磁石は、耳をつんざくような衝撃音とともに突然負荷を落としました。

このリレー、そしてこれは強力な磁石とそのワイヤーが果たす役割ですが、電気エネルギーの機械エネルギーへの変換と、小さな力が大きな力をどのように制御できるかを実証するために必要でした。回路を完成させるためにワイヤーを酸に軽く浸すと、小さなスイッチがわずかに動き、その結果、その下に立つ愚かな人を押しつぶすほどの金属が落下するという災害が発生します。ヘンリーにとって、リレーは科学的原理を実証するためのツールでした。電気レバーでした。

おそらくヘンリーは、この方法で XNUMX つの回路を接続した最初の人物であり、一方の回路の電磁気を利用してもう一方の回路を制御しました。私たちが知る限り、XNUMX位はウィリアム・クックとチャールズ・ホイートストンのものですが、彼らはまったく異なる目標を持っていました。

1836 年 XNUMX 月、ハイデルベルクでガルバニック針を使用して信号を送信する電信機のデモンストレーションに参加した直後、クックはオルゴールにインスピレーションを受けました。クックは、実際の電信で針を使用して文字を表現するには数本の針が必要であり、それにはいくつかの回路が必要になると考えました。クックは、電磁石によってメカニズムを作動させることを望んでいましたが、そのメカニズムは、目的の文字を示す上ですでに必要なだけ複雑になる可能性があります。

彼は、多くのピンで囲まれたバレルを持つ、オルゴールに似た機械を想像しました。バレルの片側には、文字が記載された円形の目盛りがあるはずです。電信線の両端にはそのようなボックスがなければなりません。チャージされたスプリングによりバレルが回転するはずですが、ほとんどの場合、バレルはストッパーによって所定の位置にロックされます。電信キーが押されると回路が閉じ、電磁石が作動して両方の錠が開き、両方の機械が回転します。スケール上に希望の文字が表示されたら、キーを放し、ロックが所定の位置にカチッとはまり、バレルの動きを停止します。クックは、それとは知らずに、XNUMX年前に発明されたロナルドの電信機のクロノメトリックモデルと、シャップ兄弟の初期の電信機実験（文字盤の同期に電気ではなく音だけを使用した）を再現した。

クック氏は、同じメカニズムが、受信側に新しいメッセージを通知するという電信の長年の問題の解決に役立つ可能性があることに気づきました。これを行うには、別の電磁石を備えた XNUMX 番目の回路を使用して、機械的なベルを作動させることができます。回路を閉じるとストッパーが引っ込み、ベルが鳴ります。

1837 年 XNUMX 月、クックはホイートストンと電信の共同作業を開始し、この頃彼らは XNUMX 番目の回線の必要性を検討し始めました。アラーム信号用に独立した回路を設置する (そして何マイルもの余分な配線を配線する) 代わりに、主回路を使用して信号を制御する方が簡単ではないでしょうか?

この時までにクックとホイートストンは針の設計に戻っており、小さなワイヤーを針に接続して、針の端が電磁石に引き寄せられると尾が第二の回路を完成させることができることは明らかでした。この回路は信号を駆動します。メッセージの受信者が目を覚まし、信号を消し、鉛筆と紙を準備する時間ができる一定の時間が経過すると、すでに通常どおりに針を使用してメッセージを送信できます。

XNUMX 年間にわたって、XNUMX つの大陸で XNUMX 回、XNUMX つの異なる目的で、人々は電磁石を別の回路を制御するスイッチとして使用できることに気づきました。しかし、XNUMX つの回路間の相互作用のまったく異なる方法を想像することも可能でした。

増幅器

1837 年の秋までに、サミュエルモースは電信のアイデアを実現できると確信していました。ヘンリーの強力なバッテリーと磁石を使用して、彼は XNUMX キロメートルの距離にわたってメッセージを送信しました。しかし、彼の電信が大陸全体にメッセージを送信できることを議会に証明するには、さらに多くのことが必要でした。バッテリーがどれほど強力であっても、ある時点で回路が長すぎて相手側にわかりやすい信号を送信できなくなることは明らかでした。しかし、モース氏は、距離に応じて電力が大幅に低下するにもかかわらず、電磁石は独自のバッテリーから電力を供給されて別の回路を開いたり閉じたりすることができ、その結果信号をさらに送信できることに気づきました。このプロセスは必要に応じて何度でも繰り返すことができ、あらゆる長さの距離をカバーできます。そのため、これらの中間磁石は馬を乗り換える郵便局のような「リレー」と呼ばれていました。彼らは弱りつつあるパートナーから電気メッセージを受け取り、新たな活力でそれをさらに伝えました。

このアイデアがヘンリーの作品に触発されたかどうかを判断することは不可能ですが、モースがそのような目的でリレーを使用した最初の人物であることは確かです。彼にとってリレーはスイッチではなく、弱い信号を強い信号に変えることができる増幅器でした。

同じ頃、大西洋の向こう側でエドワード・デイビーロンドンの薬剤師も同様のアイデアを思いつきました。彼はおそらく 1835 年頃に電信に興味を持ち始めました。 1837 年の初めまでに、彼はロンドン北西部のリージェンツパークにある XNUMX キロメートルのサーキットで定期的に実験を行っていました。

1837 年 XNUMX 月にクックとホイートストンが出会ってすぐに、デイビーは競争を感じ、実用的なシステムの構築についてより真剣に考え始めました。彼は、ワイヤの長さが増加するにつれてガルバニ針の偏向力が著しく減少することに気づきました。何年も後に彼は次のように書いています。

そこで私は、髪の毛ほどの太さの針のほんのわずかな動きでも、XNUMX つの金属表面を接触させるのに十分であり、ローカルのバッテリーに依存する新しい回路を完成させることができると考えました。そしてこれは永遠に繰り返される可能性があります。

デイビーは、弱い電気信号を強い信号に変えるこのアイデアを「電気リフレッシュ」と呼びました。しかし、彼は電信に関するこの考えや他の考えを実現できませんでした。彼は 1838 年にクックとホイートストンとは独立して電信の特許を取得しました。しかし、1839年に彼は不幸な結婚生活から逃れてオーストラリアへ出航し、活動の場を競争相手に任せた。彼らの電信会社は数年後にこの特許を購入しました。

世界のリレー

テクノロジーの歴史において、私たちはシステムに多くの注意を払いますが、そのコンポーネントは無視されることがよくあります。私たちは電信、電話、電灯の歴史をたどり、それらの創造者たちに私たちの承認の温かい光を浴びさせます。しかし、これらのシステムは、影で静かに成長していた既存の要素の組み合わせ、組み換え、修正によってのみ出現することができました。

リレーもそのような要素の 1840 つです。 1850 年代と XNUMX 年代に電信ネットワークが普及し始めると、急速に進化し、多様化しました。次の世紀にわたって、それはさまざまな種類の電気システムに登場しました。最も初期の改良は、電信信号の場合と同様に、回路を完成させるために剛性の金属製アーマチュアを使用することでした。電磁石をオフにした後、スプリングを使用してアーマチュアを回路から切り離しました。この機構は、ワイヤーや針よりも信頼性が高く、耐久性がありました。オリジナルのデフォルトで開く設計に加えて、デフォルトでクローズするモデルも開発されました。

XNUMX 世紀後半の典型的なリレー。スプリング T は、アーマチュア B が端子 C に接触するのを防ぎます。電磁石 M が作動すると、スプリングに打ち勝ち、ワイヤ W と端子 C の間の回路が完成します。

電信の初期には、150 つの回線が XNUMX km 以上延長できるため、リレーが増幅器または「再生器」として使用されることはほとんどありませんでした。しかし、これらは、低電流の長い線路と、他の機械 (たとえば、モールス記録器) に電力を供給するために使用できるローカルの高電圧線を組み合わせるのに非常に役立ちました。

4 世紀後半の米国の数十の特許には、新しいタイプのリレーとその新しい用途が記載されています。差動リレーはコイルを分割し、電磁効果を一方向で打ち消し、もう一方の方向で増幅することで、二重電信、つまり XNUMX 本のワイヤ上で反対方向に XNUMX つの信号を伝送することが可能になりました。トーマスエジソンは、有極 (または有極) リレーを使用して、XNUMX 本のワイヤで XNUMX つの信号 (各方向に XNUMX つずつ) を同時に送信できる XNUMX 重通信を作成しました。有極リレーでは、アーマチュア自体が力ではなく電流の方向に応答する永久磁石でした。永久磁石のおかげで、スイッチング後に開いたまままたは閉じたままになるスイッチング接点を備えたリレーを作成することができました。

有極リレー

電信に加えて、鉄道信号システムでもリレーが使用され始めました。電力伝送ネットワークの出現により、リレーはこれらのシステムで、特に保護装置として使用され始めました。

しかし、このような大規模で複雑なネットワークでも、リレーが提供できる以上のものは必要ありませんでした。電信と鉄道はすべての都市に届きましたが、すべての建物に届いたわけではありません。彼らは数万のエンドポイントを持っていましたが、数百万ではありませんでした。送電システムは終端がどこであるかは気にしませんでした。単にローカル回路に電流を供給するだけで、各家庭や企業は必要なだけ電力を受け取ることができました。

電話はまったく別の問題でした。電話は、自宅やオフィスから他の場所へ、地点から地点へ通信する必要があるため、前例のない規模の制御回路が必要でした。電線に沿って振動として伝わる人間の声は豊かな信号ですが、弱かったです。したがって、長距離電話通信にはより高品質のアンプが必要でした。スイッチはそのようなアンプでも動作することがわかりました。現在では、他のどのシステムよりも電話ネットワークが交換機の進化を制御しています。

何を読むべきか

• ジェームズ・B・カルバート、「電磁電信」
• フランクリン・レナード・ポープ、「電信の現代実践」（1891 年）

出所： habr.com

そして最後はリレー

スイッチ

増幅器

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