🥇마침내 릴레이가 시작됩니다

그리고 드디어 릴레이가 왔습니다

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В 이야기의 이전 부분 우리는 미국 과학자이자 교사인 조셉 헨리 저는 처음으로 유럽을 여행했습니다. 런던을 방문하는 동안 그는 자신이 깊이 존경하는 수학자를 특별히 방문했습니다. 찰스 배비지에게. 헨리는 그의 친구인 알렉산더 바흐와 전신학 분야의 실험가이기도 한 그의 새로운 지인과 함께 있었습니다. 찰스 휘트스톤. 배비지는 손님들에게 곧 국회의원에게 계산기를 시연할 것이라고 말했지만, "첫 번째 계산기의 성능을 훌쩍 뛰어넘는" 새로운 계산기에 대한 아이디어를 공유하게 되어 더욱 기뻤다. 헨리는 일기에 계획의 전반적인 내용을 적었습니다.

이 기계는 두 부분으로 나뉘는데, B씨는 그 중 하나를 창고라고 부르고, 다른 하나를 제분소라고 부릅니다. 창고에는 숫자가 그려진 바퀴가 가득합니다. 주기적으로 레버를 이용해 밀을 빼내어 밀 안으로 옮기는데, 여기서 필요한 조작이 이루어진다. 이 기계가 완성되면 모든 대수적 공식을 표로 정리할 수 있을 것입니다.

역사가는 인간의 삶에서 이처럼 우연히 만나는 교차점에서 척추를 타고 오한이 흐르는 것을 느끼지 않을 수 없습니다. 여기서 컴퓨팅 역사의 두 가지 흐름이 교차했는데, 그 중 하나는 끝나가고 있었고, 다른 하나는 막 시작되고 있었습니다.

사실, 배비지의 기계가 현대 범용 컴퓨터 역사의 시작으로 제시되긴 하지만, 그 둘 사이의 연관성은 다소 약합니다. (결코 만들지 못한) 그의 기계는 기계식 컴퓨팅의 꿈의 정점이었습니다. 이 꿈은 라이프니츠가 처음으로 이야기한 것으로, 중세 말부터 장인들이 만들어낸 점점 더 복잡해지는 시계 장치의 메커니즘에서 영감을 받은 것입니다. 하지만 순수한 기계학만으로 만들어진 범용 컴퓨터는 지금까지 없었습니다. 그 과제가 너무 어렵기 때문입니다.

하지만 헨리와 다른 사람들이 고안한 전자기 릴레이는 상상도 할 수 없을 만큼 복잡한 컴퓨팅 회로에 아주 쉽게 통합될 수 있습니다. 그러나 이러한 순간은 아직 수십 년 후의 일이었고, 헨리와 그의 동시대 사람들은 그러한 발전을 예견할 수 없었을 것입니다. 오늘날의 디지털 세계를 가능하게 한 수많은 트랜지스터의 선구자가 되었으며, 이는 현대 생활과 밀접하게 연관되어 있습니다. 릴레이는 초기 프로그래밍 가능 컴퓨터의 핵심을 이루었으며, 순수 전자식 컴퓨터로 대체될 때까지 잠시 사용되었습니다.

1830년대에 릴레이는 여러 차례 독립적으로 발명되었습니다. 그 목적은 다양했습니다(다섯 명의 발명가가 최소한 세 가지 이상의 가능한 용도를 생각해냈습니다). 사용 사례도 다양했습니다. 하지만 이를 이중 용도 장치라고 생각하면 편리합니다. 다른 전기 장치(특히 다른 릴레이 포함)를 제어하는 스위치로 사용하거나 약한 신호를 강한 신호로 바꾸는 증폭기로 사용할 수 있습니다.

스위치

조셉 헨리는 자연 철학, 기계학에 대한 깊은 지식과 기계식 전신 문제에 대한 관심을 한 사람 안에 모두 가지고 있었습니다. 1830년대에는 휘트스톤만이 이런 특성을 가지고 있었을지도 모른다. 1831년까지 그는 현존하는 가장 강력한 자석을 사용하여 종을 작동시킬 수 있는 2,5km 길이의 회로를 건설했습니다. 아마도 그가 전신에 대한 연구를 계속 활발히 했다면, 그리고 모스처럼 끈기를 보였다면, 그의 이름은 교과서에 기록되었을 것입니다.

하지만 올버니 아카데미와 후에 뉴저지 대학(현재의 프린스턴 대학)에서 교사로 일했던 헨리는 연구, 교육, 과학적 시연을 목적으로 전기 장치를 제작하고 개량했습니다. 그는 교육 도구를 메시지 전달 시스템으로 바꾸는 데 관심이 없었습니다.

1835년경에 그는 두 개의 회로를 사용하여 특히 영리한 시연을 고안했습니다. 헨리가 전기에는 강도와 양(전압과 전류라고 부름)이라는 두 가지 차원이 있다는 것을 발견했다는 것을 기억하세요. 그는 장거리에 걸쳐 전자기력을 전송하기 위해 강력한 배터리와 자석을 이용한 회로를 만들었고, 또한 강력한 전자기력을 생성하기 위해 정량적 배터리와 자석을 이용한 회로를 만들었습니다.

그의 새로운 주택은 두 가지 부동산을 모두 합친 것입니다. 강력한 정량 전자석은 수백 킬로그램의 하중을 들어올릴 수 있습니다. 긴 고리 끝에 있는 강력한 자석을 이용해 작은 금속선인 스위치를 들어올렸습니다. 집중 회로를 닫으면 자석이 전선을 들어올리고, 이로 인해 스위치와 정량 회로가 열렸습니다. 그러면 정량 전자석은 귀가 터질 듯한 충격음과 함께 갑자기 부하를 떨어뜨릴 것입니다.

이 릴레이는 전기 에너지가 기계 에너지로 변환되는 과정을 보여주는 데 필요했으며, 작은 힘으로 큰 힘을 제어할 수 있는 방법도 보여주었습니다. 회로를 완성하기 위해 전선을 산에 살짝 담그면 작은 스위치가 살짝 움직이면서 그 아래에 서 있는 어리석은 사람을 깔아뭉갤 만큼의 금속이 떨어지는 재앙이 발생합니다. 헨리에게 릴레이는 과학적 원리를 보여주는 도구였습니다. 그것은 전기 레버였습니다.

그리고 드디어 릴레이가 왔습니다

헨리는 아마도 이런 방식으로 두 회로를 연결한 최초의 사람이었을 것입니다. 즉, 한 회로의 전자기력을 이용하여 다른 회로를 제어할 수 있었던 것입니다. 우리가 아는 한 2위는 윌리엄 쿡과 찰스 휘트스톤이 차지했지만, 두 사람의 목표는 완전히 달랐습니다.

1836년 XNUMX월, 쿡은 전기 바늘을 이용해 신호를 전송하는 전신기의 시연을 하이델베르크에서 본 직후, 악기 상자에서 영감을 얻었습니다. 쿡은 실제 전신기에서 문자 표시 바늘을 사용하려면 여러 개의 바늘이 필요하고, 바늘에는 여러 개의 회로가 필요할 것이라고 생각했습니다. 쿡은 원하는 문자를 보여주기 위해 원하는 만큼 복잡한 메커니즘을 작동시킬 수 있는 전자석을 원했습니다.

그는 수많은 핀으로 둘러싸인 통을 갖춘, 음악 상자와 비슷한 기계를 고안했습니다. 배럴의 한쪽 면에는 문자가 적힌 원형 눈금이 있어야 합니다. 전신선의 양쪽 끝에는 이런 상자가 있어야 합니다. 배럴을 회전시키려면 스프링을 당겨야 하지만 대부분의 경우 스토퍼로 고정됩니다. 전신기 키를 누르면 회로가 닫히고, 이로 인해 전자석이 작동하여 두 개의 자물쇠가 열리고 두 기계가 모두 회전합니다. 원하는 글자가 저울 위에 나타나면 열쇠를 놓고 자물쇠가 걸려 통의 움직임을 멈춥니다. 쿡은 자신도 모르게 20년 전에 발명된 로널드의 전신기 크로노미터 모델과 샤페 형제의 전신기 초기 실험(다만 그들은 전기 대신 소리를 사용하여 저울의 눈금을 동기화했다)을 재현했습니다.

쿡은 동일한 메커니즘이 전신의 오랜 문제, 즉 수신자에게 새로운 메시지를 알리는 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이러한 목적을 위해 또 다른 전자석이 있는 두 번째 회로를 사용하여 기계식 벨을 작동시킬 수 있습니다. 회로를 닫으면 마개가 당겨지고 종이 울립니다.

1837년 XNUMX월, 쿡은 휘트스톤과 함께 전신기 연구를 시작했고, 이때쯤 그들은 두 번째 회로의 필요성을 고려하기 시작했습니다. 경고 신호를 위한 독립 회로를 설치하는 것(그리고 수 마일에 달하는 추가 전선을 깔는 것) 대신, 주 회로를 사용하여 신호를 제어하는 것이 더 쉽지 않을까요?

그리고 드디어 릴레이가 왔습니다

이 무렵 쿡과 휘트스톤은 바늘 설계로 돌아갔고, 작은 철사 조각을 바늘에 연결하여 그 끝이 전자석에 끌렸을 때 꼬리가 두 번째 회로를 완성할 수 있다는 것은 매우 명백했습니다. 이 회로가 신호를 구동합니다. 일정 시간이 지나면, 메시지 수신자가 깨어나 신호를 끄고 연필과 종이를 준비할 수 있으며, 그 시간 동안 바늘은 평소와 같은 방식으로 메시지를 전송하는 데 사용될 수 있습니다.

2년에 걸쳐, 2개 대륙에서, 두 번, 두 가지 다른 목적으로, 사람들은 전자석이 다른 회로를 제어하는 스위치로 사용될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 하지만 두 회로 사이에는 완전히 다른 방식의 상호작용이 있을 수도 있다고 상상할 수 있습니다.

증폭기

1837년 가을, 사뮤엘 모스는 전기 전신에 대한 자신의 아이디어가 실현 가능하다는 확신을 갖게 되었습니다. 그는 강력한 배터리와 헨리의 자석을 이용해 XNUMXkm 떨어진 곳까지 메시지를 보냈습니다. 하지만 그가 전신을 이용해 대륙 너머로 메시지를 전송할 수 있다는 것을 의회에 증명하려면 그보다 훨씬 더 많은 것이 필요했습니다. 배터리가 아무리 강력하더라도 어느 순간 회로가 너무 길어져서 반대편으로 명확한 신호를 전송할 수 없게 될 것이라는 점은 분명했습니다. 하지만 모스는 거리에 따른 출력의 급격한 감소에도 불구하고 전자석이 자체 배터리로 구동되는 다른 회로를 열고 닫을 수 있고, 이를 통해 신호를 더 멀리 전송할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이 과정은 원하는 만큼 반복할 수 있으며, 아무리 긴 거리라도 다룰 수 있습니다. 그래서 이러한 중간 자석을 '릴레이'라고 불렀습니다. 말을 갈아타기 위한 역참과 같은 곳이죠. 그들은 약해진 파트너로부터 전기적 메시지를 받아 새로운 힘으로 전달했습니다.

이 아이디어가 헨리의 작업에서 영감을 받은 것인지는 알 수 없지만, 모스는 확실히 그러한 목적으로 계전기를 사용한 최초의 사람이었습니다. 그에게 릴레이는 스위치가 아니라 약한 신호를 강한 신호로 바꿔주는 증폭기였습니다.

그리고 드디어 릴레이가 왔습니다

대서양 반대편에서 거의 같은 시간에 에드워드 데이비런던의 약사도 비슷한 아이디어를 생각해냈습니다. 그는 아마도 1835년경에 전신에 관심을 갖게 되었을 것입니다. 1837년 초에는 런던 북서쪽 리젠트 파크에서 XNUMX마일의 회로를 정기적으로 실험했습니다.

1837년 XNUMX월에 쿡과 휘트스톤이 만난 직후, 데이비는 경쟁을 감지하고 실용적인 시스템을 구축하는 것에 대해 더 진지하게 생각하기 시작했습니다. 그는 와이어의 길이가 길어질수록 전기 도금 바늘의 처짐력이 눈에 띄게 감소하는 것을 발견했습니다. 그는 수년 후에 이렇게 썼습니다.

그러다가 바늘을 머리카락 굵기만큼만 움직여도 두 금속 표면이 접촉해 지역 배터리에 따라 새로운 회로가 닫힐 것이라고 생각했습니다. 그리고 이런 일은 영원히 반복될 수 있습니다.

데이비는 약한 전기 신호를 강한 전기 신호로 바꾸는 이 아이디어를 "전기 재생기"라고 불렀습니다. 하지만 그는 전신과 관련된 이 아이디어나 다른 어떤 아이디어도 구현하지 못했습니다. 그는 쿡과 휘트스톤과 별도로 1838년에 전신에 대한 특허를 받았습니다. 하지만 1839년 그는 불행한 결혼생활을 피하기 위해 호주로 항해를 떠나 경쟁자들에게 그 자리를 넘겨주었습니다. 그들의 전신 회사는 몇 년 후에 특허를 매수했습니다.

세계의 릴레이

기술의 역사를 살펴보면, 우리는 시스템에 많은 주의를 기울였지만, 그 구성 요소는 종종 무시되었습니다. 우리는 전신, 전화, 전등의 역사를 추적하고, 그것들을 만든 이들에게 우리의 승인이라는 따뜻한 광선을 쬐어줍니다. 하지만 이러한 시스템은 조용히 그림자 속에서 자라던 기존 요소들의 결합, 재조합, 수정을 통해서만 등장할 수 있었습니다.

릴레이는 그러한 요소 중 하나입니다. 1840년대와 1850년대에 전신망이 급속히 성장하면서 통신은 빠르게 발전하고 다양화되었습니다. 그 다음 세기에는 모든 종류의 전기 시스템에 등장했습니다. 가장 초기의 수정안은 전신 신호처럼 단단한 금속 앵커를 사용하여 회로를 완성하는 것이었습니다. 전자석이 꺼진 후, 스프링을 사용하여 앵커를 회로에서 분리했습니다. 이 장치는 철사나 바늘보다 더욱 신뢰성이 높고 내구성이 뛰어났습니다. 원래의 개방형 디자인 외에도 기본적으로 폐쇄형 모델도 개발되었습니다.

그리고 드디어 릴레이가 왔습니다
19세기 후반의 전형적인 릴레이. 스프링 T는 전기자 B가 접점 C와 접촉하는 것을 방지합니다. 전자석 M이 활성화되면 스프링을 극복하고 와이어 W와 접점 C 사이의 회로를 닫습니다.

전신의 초창기에는 릴레이가 증폭기나 "업그레이드 장치"로 사용되는 경우가 거의 없었습니다. 단일 회로를 150km 이상 확장할 수 있었기 때문입니다. 하지만 이러한 전선은 모스 부호 기록기와 같이 다른 기계에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 지역의 고전압 전선과 저전류 장거리 전선을 연결하는 데 매우 유용했습니다.

4세기 후반 미국에서 등록된 수십 개의 특허에는 새로운 유형의 릴레이와 그 새로운 응용 분야가 설명되어 있습니다. 코일을 분할하여 전자기 효과를 한 방향으로 상쇄하고 다른 방향으로 증폭시키는 차동 릴레이를 사용하면 단일 전선에서 두 신호가 반대 방향으로 이동하는 이중 전신 통신이 가능해졌습니다. 토마스 에디슨은 편극(또는 편극) 릴레이를 사용하여 쿼드러플렉스를 만들었는데, 이는 단일 전선을 통해 각 방향으로 XNUMX개씩 XNUMX개의 신호를 동시에 보낼 수 있었습니다. 편극 릴레이에서는 전기자 자체가 힘이 아닌 전류의 방향에 반응하는 영구 자석이었습니다. 영구 자석 덕분에 스위칭 접점이 있는 릴레이를 만들 수 있었고, 스위칭 후에도 접점이 열려 있거나 닫혀 있었습니다.

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편극 릴레이

전신 외에도 철도 신호 시스템에도 릴레이가 사용되기 시작했습니다. 전력 전송망이 등장하면서 릴레이는 이러한 시스템에서도 사용되기 시작했으며, 특히 보호 장치로 사용되었습니다.

하지만 이렇게 길고 복잡한 네트워크조차도 중계기에 제공할 수 있는 것 이상을 요구하지는 않았습니다. 전신과 철도는 모든 도시에 도달할 수 있었지만, 모든 건물에 도달할 수는 없었습니다. 그들은 수만 개의 엔드포인트를 가지고 있었지만 수백만 개는 가지고 있지 않았습니다. 전력 송전 시스템은 어디에서 끝나는지 신경 쓰지 않았습니다. 단순히 지역 회로에 전류를 공급하기만 하면 되었고, 각 가정과 사업체는 필요한 만큼의 전력을 가져갈 수 있었습니다.

전화는 전혀 다른 문제였습니다. 전화는 집이나 사무실 간에 지점 간 통신을 해야 했기 때문에 전례 없는 규모의 제어 회로가 필요했습니다. 전선을 따라 진동 형태로 전달되는 인간의 목소리는 풍부하지만 약한 신호였습니다. 그러므로 장거리 전화 통신에는 더 나은 품질의 증폭기가 필요했습니다. 스위치도 이러한 증폭기와 함께 작동할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 지금은 다른 어떤 시스템보다도 전화망이 스위치의 발전을 주도했습니다.

읽을 내용

• 제임스 B. 칼버트, "전자기 전신기"
• 프랭클린 레너드 포프, “전기 전신의 현대적 관행”(1891)

출처 : habr.com