Andere artikelen in de serie:
- Geschiedenis van het relais
- Geschiedenis van elektronische computers
- Geschiedenis van de transistor
- Internetgeschiedenis
В we leerden hoe een Amerikaanse wetenschapper en leraar Ik reisde voor het eerst door Europa. Tijdens zijn bezoek aan Londen bracht hij een speciaal bezoek aan een man die hij diep respecteerde: een wiskundige . Samen met Henry was zijn vriend, Alexander Bach, en zijn nieuwe kennis, ook een experimentator op het gebied van telegraaf, . Babbage vertelde de gasten dat hij binnenkort zijn rekenmachine aan het parlementslid ging demonstreren, maar met nog meer plezier deelde hij met hen het idee van zijn nieuwe machine, “die de mogelijkheden van de eerste ruimschoots zal overtreffen.” Henry noteerde algemene informatie over dit plan in zijn dagboek:
Deze machine is verdeeld in twee delen, waarvan de heer B. het ene een pakhuis noemt, en het tweede een molen. De opslagruimte is gevuld met wielen waarop nummers zijn geschilderd. Van tijd tot tijd trekken hendels ze eruit en verplaatsen ze in de molen, waar de nodige manipulaties plaatsvinden. Na voltooiing kan deze machine elke formule van algebraïsche aard in een tabel weergeven.
De historicus kan niet anders dan een koude rilling over zijn rug voelen lopen door zulke willekeurige kruispunten in mensenlevens. Hier kruisten twee draden uit de geschiedenis van computermachines elkaar, waarvan de ene zijn einde naderde en de andere nog maar net was begonnen.
Hoewel de machine van Babbage vaak wordt gepresenteerd als het begin van de geschiedenis van moderne universele computers, is het verband tussen beide immers nogal zwak. Zijn machine (die hij nooit heeft gebouwd) was het hoogtepunt van de droom van mechanisch computergebruik. Deze droom, voor het eerst verwoord door Leibniz, werd geïnspireerd door de steeds complexer wordende horlogemechanismen die sinds het einde van de middeleeuwen door ambachtslieden zijn gemaakt. Maar geen enkele computer voor algemeen gebruik is op pure mechanica gebouwd; de taak is te moeilijk.
Maar het elektromagnetische relais, bedacht door Henry en anderen, kan vrij eenvoudig worden geïmplementeerd in computercircuits, waarvan de complexiteit zonder dit relais ondenkbaar zou lijken. Dit punt lag echter nog tientallen jaren in het verschiet, en Henry en zijn tijdgenoten hadden een dergelijke ontwikkeling niet kunnen voorzien. Het werd de voorloper van talloze transistors die de huidige digitale wereld mogelijk maakten, die zo verweven is met ons moderne leven. Relais vulden de ingewanden van vroege programmeerbare computers en regeerden kort voordat ze werden vervangen door hun puur elektronische neven.
In de jaren dertig van de negentiende eeuw werden relais verschillende keren onafhankelijk uitgevonden. De doelstellingen waren gevarieerd (vijf van de uitvinders kwamen met minstens drie toepassingen) - net als de voorbeelden van het gebruik ervan. Maar het is handig om het te beschouwen als een apparaat voor tweeërlei gebruik. Het kan worden gebruikt als een schakelaar die een ander elektrisch apparaat bestuurt (inclusief, belangrijker nog, een ander relais), of als een versterker die een zwak signaal in een sterk signaal omzet.
Schakelaar
Joseph Henry combineerde in één persoon diepgaande kennis van de natuurfilosofie, mechanica en interesse in het probleem van de mechanische telegraaf. In de jaren dertig van de negentiende eeuw bezat misschien alleen Wheatstone zulke kwaliteiten. In 1830 had hij een circuit van 1831 km lang gebouwd dat een bel kon bedienen met behulp van de krachtigste magneet ooit gebouwd. Als hij zo actief aan de telegraaf was blijven werken en hetzelfde doorzettingsvermogen had getoond als Morse demonstreerde, zou zijn naam misschien in de schoolboeken zijn opgenomen.
Maar Henry, een leraar aan de Academie in Albany en later aan het College of New Jersey (nu Princeton University), bouwde en verbeterde elektrische apparaten voor onderzoek, onderwijs en wetenschappelijke demonstratie. Hij was er niet in geïnteresseerd om van een pedagogisch instrument een berichtensysteem te maken.
Rond 1835 bedacht hij een bijzonder ingenieuze demonstratie waarbij gebruik werd gemaakt van twee schakelingen. Bedenk dat Henry twee dimensies van elektriciteit ontdekte: intensiteit en kwantiteit (we noemen ze spanning en stroom). Hij creëerde circuits met intensieve batterijen en magneten om elektromagnetisme over lange afstanden over te brengen, en circuits met kwantitatieve batterijen en magneten om krachtige elektromagnetische krachten te creëren.
Zijn nieuwe eenheid combineerde beide eigenschappen. Een krachtige kwantitatieve elektromagneet zou een last van honderden kilogrammen kunnen tillen. Een krachtige magneet aan het uiteinde van een lange lus werd gebruikt om een klein metalen draadje op te tillen: een schakelaar. Het sluiten van het intensieve circuit zorgde ervoor dat de magneet de draad optilde, waardoor de schakelaar en het kwantitatieve circuit opengingen. De kwantitatieve elektromagneet liet toen plotseling zijn lading vallen met een oorverdovende klap.
Dit relais - en dit is de rol die een intense magneet en zijn draad spelen - was nodig om de transformatie van elektrische energie in mechanische energie aan te tonen, en om te laten zien hoe een kleine kracht een grote kan beheersen. Als je de draad lichtjes in het zuur dompelt om het circuit te voltooien, zou de kleine schakelaar een beetje bewegen, wat resulteert in de ramp dat er genoeg metaal naar beneden valt om iedereen die dwaas genoeg is om eronder te staan, te verpletteren. Voor Henry was de estafette een hulpmiddel om wetenschappelijke principes te demonstreren. Het was een elektrische hendel.
Henry was waarschijnlijk de eerste die twee circuits op deze manier met elkaar verbond - zodat hij, met behulp van het elektromagnetisme van het ene circuit, het andere bestuurde. De tweede plaats is, voor zover wij weten, van William Cook en Charles Wheatstone, hoewel ze totaal verschillende doelen hadden.
In maart 1836, kort na het bijwonen van een demonstratie in Heidelberg van een telegraaf die een galvanische naald gebruikte om signalen over te brengen, raakte Cook geïnspireerd door een muziekdoos. Cook geloofde dat het gebruik van naalden om letters in een echte telegraaf weer te geven meerdere naalden nodig zou hebben, en daarvoor zouden verschillende schakelingen nodig zijn. Cook wilde dat de elektromagneet het mechanisme zou activeren, wat al zo complex als gewenst kon zijn bij het demonstreren van de gewenste letter.
Hij stelde zich een machine voor die op een muziekdoos leek, met een vat omringd door vele pinnen. Aan de ene kant van het vat moet er een ronde schaal met letters zijn. Er zou zo'n doos aan elk uiteinde van de telegraaflijn moeten zijn. De geladen veer zou ervoor moeten zorgen dat de loop gaat draaien, maar meestal wordt hij op zijn plaats vergrendeld door de stop. Wanneer de telegraaftoets wordt ingedrukt, sluit het circuit, waardoor elektromagneten worden geactiveerd die beide sloten openen, en beide machines gaan draaien. Wanneer de gewenste letter op de weegschaal wordt weergegeven, wordt de sleutel losgelaten, klikken de sloten op hun plaats en stoppen de beweging van de lopen. Cook herschiep onbewust Ronalds chronometrische model van de telegraaf, twintig jaar eerder uitgevonden, en de vroege experimenten van de gebroeders Shapp met de telegraaf (alleen zij gebruikten geluid, en geen elektriciteit, om de wijzerplaten te synchroniseren).
Cook realiseerde zich dat hetzelfde mechanisme zou kunnen helpen bij het oplossen van een al lang bestaand probleem van de telegraaf: het op de hoogte stellen van de ontvangende partij van een nieuw bericht. Om dit te doen, kunt u een tweede circuit gebruiken met een andere elektromagneet, die een mechanische bel zou activeren. Als het circuit wordt gesloten, wordt de stop ingetrokken en gaat de bel.
In maart 1837 begon Cook met Wheatstone aan de telegraaf te werken, en rond deze tijd begonnen ze de noodzaak van een tweede circuit te overwegen. Zou het niet eenvoudiger zijn om, in plaats van een onafhankelijk circuit voor het alarmsignaal te installeren (en kilometers extra draden aan te leggen), het hoofdcircuit te gebruiken om het signaal te regelen?
Tegen die tijd waren Cook en Wheatstone teruggekeerd naar het naaldontwerp, en het was overduidelijk dat een klein stukje draad op een naald kon worden aangesloten, zodat, wanneer het uiteinde ervan werd aangetrokken door een elektromagneet, de staart een tweede circuit zou voltooien. Dit circuit zou het signaal aansturen. Na een bepaald interval, waarin de ontvanger van het bericht de tijd had om wakker te worden, het signaal uit te zetten en een potlood en papier klaar te leggen, kon de naald al zoals gewoonlijk worden gebruikt om het bericht over te brengen.
In de loop van twee jaar, op twee continenten, twee keer, voor twee verschillende doeleinden, realiseerden mensen zich dat een elektromagneet gebruikt kon worden als schakelaar om een ander circuit te besturen. Maar je kon je ook een heel andere manier van interactie tussen de twee circuits voorstellen.
Versterker
Tegen de herfst van 1837 had Samuel Morse er vertrouwen in dat zijn idee voor de elektrische telegraaf zou kunnen werken. Met behulp van Henry's krachtige batterij en magneet stuurde hij berichten over een afstand van een halve kilometer. Maar om het Congres te bewijzen dat zijn telegraaf berichten over het hele continent kon verzenden, had hij veel meer nodig. Het was duidelijk dat, hoe krachtig de batterijen ook waren, het circuit op een gegeven moment te lang zou worden om een begrijpelijk signaal naar de andere kant te verzenden. Maar Morse realiseerde zich dat, ondanks de sterke vermogensdaling naarmate de afstand groter werd, de elektromagneet een ander circuit kon openen en sluiten, gevoed door zijn eigen batterij, die op zijn beurt het signaal verder kon verzenden. Het proces kan zo vaak als nodig worden herhaald en kan afstanden van elke lengte overbruggen. Daarom werden deze tussenmagneten ‘relais’ genoemd, zoals poststations voor het wisselen van paarden. Ze ontvingen de elektrische boodschap van hun verzwakkende partner en brachten deze met hernieuwde kracht verder.
Het is onmogelijk vast te stellen of dit idee geïnspireerd was door Henry's werk, maar Morse was zeker de eerste die relais voor een dergelijk doel gebruikte. Voor hem was een relais geen schakelaar, maar een versterker, die in staat was een zwak signaal in een sterk signaal om te zetten.
Aan de andere kant van de Atlantische Oceaan rond dezelfde tijd , een Londense apotheker, kwam met een soortgelijk idee. Waarschijnlijk raakte hij rond 1835 geïnteresseerd in de telegraaf. Begin 1837 experimenteerde hij regelmatig met een anderhalve kilometer lang circuit in Regent's Park in Noordwest-Londen.
Kort nadat Cook en Wheatstone elkaar in maart 1837 ontmoetten, voelde Davy de concurrentie en begon serieuzer na te denken over het bouwen van een praktisch systeem. Hij merkte dat de afbuigkracht van de galvanische naald aanzienlijk afnam naarmate de draad langer werd. Zoals hij vele jaren later schreef:
Toen dacht ik dat zelfs de kleinste beweging van de naald, de dikte van een haar, voldoende zou zijn om twee metalen oppervlakken met elkaar in contact te brengen, waardoor een nieuw circuit zou worden voltooid, afhankelijk van de plaatselijke batterij; en dit kan voor altijd herhaald worden.
Davey noemde dit idee om een zwak elektrisch signaal om te zetten in een sterk signaal een ‘elektrische opfriscursus’. Maar hij realiseerde zich dit of enig ander idee over de telegraaf niet. Hij ontving in 1838 een patent voor de telegraaf, onafhankelijk van Cook en Wheatstone. Maar in 1839 zeilde hij naar Australië, op de vlucht voor een ongelukkig huwelijk, en liet hij het werkterrein over aan concurrenten. Hun telegraafbedrijf kocht dit patent een paar jaar later.
Relais in de wereld
In de geschiedenis van de technologie besteden we veel aandacht aan systemen, maar negeren we vaak de componenten ervan. We volgen de geschiedenis van de telegraaf, de telefoon en het elektrische licht en baden hun scheppers in de warme stralen van onze goedkeuring. Maar deze systemen konden alleen ontstaan door de combinatie, recombinatie en wijziging van bestaande elementen die stilletjes in de schaduw groeiden.
Een relais is zo'n element. Het evolueerde snel en diversifieerde zich toen telegraafnetwerken zich in de jaren 1840 en 1850 begonnen te verspreiden. In de loop van de volgende eeuw verscheen het in verschillende soorten elektrische systemen. De eerste wijziging was het gebruik van een stijf metalen anker, zoals bij een telegraafsignaal, om het circuit te voltooien. Nadat de elektromagneet was uitgeschakeld, werd het anker met behulp van een veer losgekoppeld van het circuit. Dit mechanisme was betrouwbaarder en duurzamer dan stukjes draad of naalden. Er werden ook standaard gesloten modellen ontwikkeld, naast het oorspronkelijke standaard open ontwerp.
Een typische estafette uit eind XNUMXe eeuw. De veer T zorgt ervoor dat anker B geen contact maakt met aansluiting C. Wanneer de elektromagneet M wordt geactiveerd, overwint deze de veer en voltooit hij het circuit tussen draad W en aansluiting C.
In de beginjaren van de telegrafie werden relais zelden gebruikt als versterkers of "vernieuwers", aangezien een enkel circuit over 150 km kon worden uitgebreid. Maar ze waren erg handig voor het combineren van lange lijnen met lage stroomsterkte met lokale hoogspanningslijnen die konden worden gebruikt om andere machines van stroom te voorzien, bijvoorbeeld een morserecorder.
Tientallen patenten in de Verenigde Staten in de tweede helft van de 4e eeuw beschreven nieuwe soorten relais en hun nieuwe toepassingen. Een differentieel relais, dat de spoel zo verdeelde dat het elektromagnetische effect in de ene richting werd opgeheven en in de andere werd versterkt, maakte het gebruik van duplextelegrafie mogelijk: twee signalen die in tegengestelde richtingen op één draad reizen. Thomas Edison gebruikte een gepolariseerd (of gepolariseerd) relais om een quadruplex te creëren die vier signalen tegelijkertijd op één enkele draad kon verzenden: twee in elke richting. Bij een gepolariseerd relais was het anker zelf een permanente magneet die reageerde op de richting van de stroom in plaats van op de kracht. Dankzij permanente magneten was het mogelijk relais te maken met schakelcontacten die na het schakelen open of gesloten bleven.
Gepolariseerd relais
Naast de telegraaf werden relais gebruikt in spoorwegsignaleringssystemen. Met de komst van energietransmissienetwerken werden in deze systemen relais gebruikt, vooral als beveiligingsapparatuur.
Maar zelfs deze uitgebreide en complexe netwerken vereisten niet méér van de relais dan ze konden bieden. De telegraaf en de spoorlijn bereikten elke stad, maar niet elk gebouw. Ze hadden tienduizenden eindpunten, maar geen miljoenen. Het maakte elektrische transmissiesystemen niet uit waar ze eindigden: ze leverden eenvoudigweg stroom aan een lokaal circuit, en elk huis en bedrijf kon er zoveel van gebruiken als ze nodig hadden.
Telefonie was een heel ander verhaal. Telefoons moesten van punt tot punt kunnen communiceren, van elk huis of kantoor naar elk ander, en daarom hadden ze besturingscircuits op een ongekende schaal nodig. De menselijke stem die in de vorm van trillingen langs de draden kwam, was een rijk signaal, maar zwak. Daarom had telefooncommunicatie over lange afstanden versterkers van betere kwaliteit nodig. Het bleek dat de schakelaars ook met dergelijke versterkers kunnen werken. Nu beheersten telefoonnetwerken, meer dan enig ander systeem, de evolutie van schakelaars.
Wat te lezen?
• James B. Calvert, “De elektromagnetische telegraaf”
• Franklin Leonard Pope, ‘De moderne praktijk van de elektrische telegraaf’ (1891)
Bron: www.habr.com