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- História da Internet
Em Vimos como a primeira geração de computadores digitais foi construída com base na primeira geração de interruptores elétricos automáticos - relés eletromagnéticos. Mas, no momento em que esses computadores foram criados, aguardava nos bastidores a sua vez um novo interruptor digital. O relé era um dispositivo eletromagnético (usando eletricidade para controlar um interruptor mecânico), enquanto a nova classe de interruptores digitais era eletrônica - baseada em novos conhecimentos sobre o elétron que surgiram no início do século XX. Essa ciência indicou que o portador da força elétrica não era a corrente, nem a onda, nem o campo - mas uma partícula sólida.
O dispositivo que deu origem à era da eletrônica, fundamentada nessa nova física, tornou-se conhecido como 'válvula eletrônica' [no EUA - vacuum tube, ou 'tubo de vácuo']. Na história de sua criação, participaram duas pessoas: o inglês e o americano . Na verdade, a origem da eletrônica é mais complexa, entrelaçando-se em múltiplos fios que cruzam a Europa e o Atlântico e retrocedem no tempo, até os primeiros experimentos com bancos de Leyden em meados do século XVIII.
Mas, para nossos propósitos, será conveniente abordar (trocadilho!) essa história começando por Thomas Edison. Na década de 1880, Edison fez uma descoberta interessante enquanto trabalhava com iluminação elétrica - essa descoberta estabelece o cenário para a nossa narrativa. A partir daí, desenvolveu-se o futuro das válvulas eletrônicas, necessárias para dois sistemas tecnológicos: uma nova forma de transmissão sem fio de mensagens e redes telefônicas em constante expansão.
Prólogo: Edison
Edison é geralmente considerado o inventor da lâmpada elétrica. Isso ao mesmo tempo lhe traz tanto honras excessivas quanto insuficientes. Excesso, pois não foi apenas Edison quem idealizou a lâmpada iluminada. Além da infinidade de inventores que o precederam, cujas criações não chegaram ao uso comercial, podemos mencionar Joseph Swan e Charles Stearns da Grã-Bretanha e o americano William Sawyer, que lançaram lâmpadas no mercado ao mesmo tempo que Edison. [O crédito da invenção também pertence ao inventor russo . Lodygin foi o primeiro a ter a ideia de retirar o ar do frasco de vidro da lâmpada, e depois sugeriu fazer o filamento não de carvão ou fibras carbonizadas, mas de tungsteno refratário / nota do tradutor.]. Todas as lâmpadas consistiam em um frasco de vidro selado, dentro do qual havia um filamento resistivo. Ao ligar a lâmpada no circuito, o calor gerado pela resistência do filamento à corrente fazia-o brilhar. O ar foi retirado do frasco para que o filamento não pegasse fogo. A luz elétrica já era conhecida em grandes cidades na forma de , usadas para iluminar grandes espaços públicos. Todos esses inventores buscavam uma maneira de reduzir a quantidade de luz, pegando de um arco em chamas uma partícula brilhante, suficientemente pequena para ser utilizada em casas para substituir as lâmpadas a gás, e tornando a fonte de luz mais segura, limpa e brilhante.
E o que Edison realmente fez – ou melhor, o que seu laboratório industrial criou – foi mais do que apenas o desenvolvimento de uma fonte de luz. Eles construíram todo um sistema elétrico para iluminar casas – geradores, fios para transmissão de corrente, transformadores, etc. De tudo isso, a lâmpada era apenas o componente mais óbvio e visível. A presença do nome de Edison em suas empresas que produziam eletricidade não era apenas uma reverência ao grande inventor, como ocorreu com a Bell Telephone. Edison se mostrou não apenas um inventor, mas também um arquiteto de sistemas. Seu laboratório continuou a trabalhar na melhoria de vários componentes de iluminação elétrica mesmo após seu sucesso inicial.
Exemplar das primeiras lâmpadas de Edison
Durante as pesquisas, por volta de 1883, Edison (ou possivelmente um de seus funcionários) decidiu colocar dentro da lâmpada incandescente, além do filamento, uma placa metálica. As razões para essa decisão não são claras. Talvez tenha sido uma tentativa de eliminar o escurecimento da lâmpada – o interior do vidro do bulbo acumulava ao longo do tempo uma misteriosa substância escura. O engenheiro esperava, aparentemente, que essas partículas pretas fossem atraídas pela placa energizada. Para sua surpresa, ele descobriu que, quando a placa estava conectada ao circuito junto ao terminal positivo do filamento, a corrente que passava pelo filamento era diretamente proporcional à intensidade da luz emitida. Ao conectar a placa ao terminal negativo do filamento, nada disso foi observado.
Edison concluiu que esse efeito, posteriormente chamado de efeito Edison ou , poderia ser utilizado para medir ou até mesmo controlar a "força eletromotriz", ou tensão, em um sistema elétrico. Por hábito, ele solicitou uma patente para esse "indicador elétrico" e, em seguida, voltou a tarefas mais importantes.
Sem fios
Vamos avançar 20 anos no futuro, até 1904. Nesse período, na Inglaterra, John Ambrose Fleming trabalhava para a Marconi Company aprimorando o receptor de ondas de rádio.
É importante entender o que o rádio era e o que não era naquela época, tanto do ponto de vista do instrumento quanto da prática. Naquela época, o rádio não era chamado de "radio", mas sim de "wireless", ou sem fio. O termo "rádio" só se tornaria predominante na década de 1910. Especificamente, tratava-se do telégrafo sem fio – um sistema de transmissão de sinais em forma de pontos e traços do remetente ao destinatário. Sua principal aplicação era a comunicação entre embarcações e serviços portuários, e, nesse sentido, era de interesse das autoridades marítimas em todo o mundo.
Alguns inventores daquela época, em particular, , experimentaram a ideia do telefone sem fio – a transmissão de mensagens de voz através do ar na forma de uma onda contínua. Mas a transmissão no sentido moderno só surgiu 15 anos depois disso: a transmissão de notícias, histórias, música e outros programas para um público amplo. Até então, a natureza omnidirecional dos sinais de rádio era vista como um problema a ser resolvido, e não como uma característica que poderia ser aproveitada.
O equipamento de rádio da época era bem adaptado para trabalhar com o código Morse e mal para todo o resto. Os transmissores criavam ondas de Hertz ao enviar faíscas através de um circuito interrompido. Portanto, o sinal vinha acompanhado de um ruído estático.
Os receptores reconheciam esse sinal através do coherer: pequenas partículas metálicas em um tubo de vidro, que se agrupavam sob a influência das ondas de rádio em uma massa contínua, fechando assim o circuito. Em seguida, era necessário bater no vidro para que as partículas se separassem e o receptor estivesse pronto para o próximo sinal – inicialmente isso era feito manualmente, mas logo surgiram dispositivos automáticos para isso.
Em 1905, começaram a surgir , também conhecidos como 'bigode de gato'. Descobriu-se que bastava tocar em um determinado cristal com um fio, como silício, pirita ou , para captar sinais de rádio do ar. Os receptores obtidos eram baratos, compactos e acessíveis a todos. Eles estimularam o desenvolvimento do rádio amador, especialmente entre os jovens. O súbito aumento da ocupação do espectro, decorrente disso, trouxe problemas, pois o espectro de rádio estava dividido entre todos os usuários. Conversas inocentes de amadores podiam cruzar acidentalmente com as comunicações da marinha mercante, e alguns vândalos até conseguiam emitir ordens falsas e enviar sinais de socorro. O Estado inevitavelmente teve que intervir. Como disse o próprio Ambrose Fleming, a chegada dos detectores de cristal.
imediatamente levou a um aumento irresponsável da telegrafia sem fio devido às travessuras de inúmeros entusiastas e estudantes de eletricidade, exigindo uma intervenção rigorosa das autoridades nacionais e internacionais para manter a situação dentro de limites razoáveis e seguros.
Das propriedades elétricas incomuns desses cristais surgirá, na época, a terceira geração de interruptores digitais, seguindo-se aos relés e lâmpadas – interruptores que dominarão nosso mundo. Mas tudo tem seu tempo. Descrevemos a cena, agora vamos voltar toda a atenção ao ator que acaba de aparecer sob os holofotes: Ambrose Fleming, Inglaterra, 1904.
Válvula
Em 1904, Fleming era professor de engenharia elétrica no University College London e consultor da Marconi Company. Inicialmente, a empresa o contratou para uma avaliação especializada sobre a construção de uma usina de energia, mas depois ele passou a se dedicar à tarefa de melhorar o receptor.
Fleming em 1890
Todos sabiam que o coherer era um receptor ruim em termos de sensibilidade, e o detector magnético desenvolvido pela Marconi não era muito melhor. Para encontrar um substituto, Fleming decidiu inicialmente construir um circuito sensível para detectar ondas de Hertz. Tal dispositivo, mesmo não se tornando um detector por si só, seria útil em futuras pesquisas.
Para isso, ele precisava inventar uma forma de medir continuamente a intensidade da corrente criada pelas ondas que chegavam, em vez de usar o coherer discreto (que apenas mostrava os estados ligado – onde os limalhas grudavam, ou desligado). Mas os dispositivos de medição de corrente conhecidos – galvânometros – exigiam, para funcionar, uma corrente contínua, ou seja, unidirecional. A corrente alternada, excitada pelas ondas de rádio, mudava de direção tão rapidamente que nenhuma medição seria possível.
Fleming se lembrou de que ele tinha algumas coisas interessantes emprestadas no seu armário - lâmpadas indicadoras de Edison. Na década de 1880, ele foi consultor da Companhia de Iluminação Elétrica de Edison em Londres e trabalhou na questão do escurecimento das lâmpadas. Naquela época, ele recebeu algumas cópias do indicador, possivelmente de William Price, o engenheiro-chefe elétrico do serviço postal britânico, que havia acabado de voltar de uma exposição elétrica na Filadélfia. Na época, fora dos Estados Unidos, o controle sobre o telégrafo e o telefone era comum para os serviços postais, por isso eram centros de expertise eletrotécnica.
Mais tarde, na década de 1890, Fleming estudou o efeito de Edison, usando lâmpadas que recebeu de Price. Ele demonstrou que o efeito era que a corrente fluía em uma direção: um potencial elétrico negativo podia fluir de um fio quente para um eletrodo frio, mas não o contrário. Mas foi somente em 1904, quando ele teve a tarefa de detectar ondas de rádio, que percebeu que esse fato poderia ser aplicado na prática. O indicador de Edison permitiria apenas que os pulsos de corrente alternada direcionados em uma única direção superassem a lacuna entre o fio e a placa, o que resultaria em um fluxo contínuo e unidirecional.
Fleming pegou uma lâmpada, conectou-a em série a um galvanômetro e ligou o transmissor de centelha. Voilà - o espelho girou, e o feixe de luz se deslocou na escala. Funcionou. Ele pôde medir com precisão o sinal de rádio que entrava.
Protótipos da válvula de Fleming. O anodo está localizado no meio do laço do fio (cátodo quente).
Fleming chamou sua invenção de 'válvula' porque permitia a passagem de eletricidade apenas em uma direção. Falando em termos elétricos mais gerais, era um retificador - uma forma de converter corrente alternada em corrente contínua. Depois, foi chamado de diodo, pois tinha dois eletrodos - um cátodo quente (fio) que emitia eletricidade, e um anodo frio (placa) que a recebia. Fleming introduziu várias melhorias no design, mas essencialmente o dispositivo não era diferente da lâmpada indicadora fabricada por Edison. Sua transição para uma nova qualidade ocorreu devido a uma mudança de mentalidade - esse fenômeno já o vimos muitas vezes. A mudança ocorreu no mundo das ideias na mente de Fleming, e não no mundo das coisas fora dela.
Sozinho, a válvula Fleming era útil. Era o melhor dispositivo de campo para medir sinais de rádio e um bom detector por si só. Mas não mudou o mundo. O crescimento explosivo da eletrônica começou apenas depois que Lee de Forest adicionou um terceiro eletrodo e transformou a válvula em um relé.
Audição
Lee de Forest teve uma educação peculiar para um estudante de Yale. Seu pai, o reverendo Henry de Forest, era um veterano da Guerra Civil de Nova Iorque e pastor , e acreditava piamente que, como pregador, deveria espalhar a luz divina do conhecimento e da justiça. Atendendo ao chamado do dever, aceitou o convite para se tornar presidente do Talladega College no Alabama. O colégio foi fundado após a Guerra Civil pela American Missionary Association, com sede em Nova Iorque. Era destinado a educar e orientar os negros locais. Lá, Lee sentiu-se entre a cruz e a espada – os negros locais o menosprezavam por sua ingenuidade e covardia, enquanto os brancos o faziam por ser um .
E, apesar disso, Lee de Forest desenvolveu uma firme autoconfiança. Ele descobriu uma aptidão para mecânica e invenções – seu modelo em escala de uma locomotiva se tornou uma maravilha local. Ainda na adolescência, estudando em Talladega, decidiu dedicar sua vida às invenções. Depois, vivendo em New Haven, como jovem, o filho do pastor abandonou suas últimas crenças religiosas. Elas foram desaparecendo gradualmente devido ao contato com o darwinismo e, depois, foram levadas pelo vento após a morte prematura de seu pai. Mas a sensação de ter um propósito nunca abandonou de Forest – ele se considerava um gênio e aspirava a ser um segundo Nikola Tesla, rico, famoso e o enigmático mágico da era elétrica. Seus colegas da Universidade de Yale o achavam um presunçoso falador. Ele talvez possa ser chamado de a pessoa menos popular em toda a nossa história.
de Forest, c.1900
Depois de se formar na Universidade de Yale em 1899, de Forest optou por explorar a crescente arte da transmissão de sinais sem fio como um caminho para a riqueza e a fama. Nas décadas seguintes, ele avançou por esse caminho com grande determinação e confiança, sem hesitações. Tudo começou com a colaboração de de Forest e seu parceiro Ed Smite em Chicago. Smite mantinha o negócio deles à tona com pagamentos regulares, e juntos desenvolveram seu próprio detector de ondas de rádio, composto por duas placas de metal unidas com um adesivo que de Forest chamava de "pasta" [goo]. Mas de Forest não podia esperar muito pelas recompensas de sua genialidade. Ele se livrou de Smite e se associou a um financista duvidoso de Nova Iorque chamado Abraham White [ironizando a mudança de seu nome de nascimento, Schwarz, para esconder seus esquemas sombrios. White/White é (inglês) branco, Schwarz/Schwarz é (alemão) preto / nota do tradutor.], fundando a empresa De Forest Wireless Telegraph Company.
As atividades da empresa eram secundárias para nossos dois heróis. White explorava a ignorância das pessoas para rechear os próprios bolsos. Ele extorquia milhões de investidores que lutavam para não perder o esperado boom do rádio. E de Forest, graças à abundância de fundos dos mencionados 'patetas', se concentrou em provar seu gênio através do desenvolvimento de um novo sistema americano de transmissão sem fio de informações (em contraste com o europeu, desenvolvido por Marconi e outros).
Infelizmente para o sistema americano, o detector de de Forest não funcionava muito bem. Por um tempo, ele resolveu esse problema, tomando emprestado o design patenteado de Reginald Fessenden para um detector chamado 'barômetro líquido' – dois fios de platina imersos em uma banheira de ácido sulfúrico. Fessenden processou por violação de patente – e ele provavelmente ganharia essa disputa. De Forest não podia se contentar até que encontrasse um novo detector que fosse exclusivamente seu. No outono de 1906, anunciou a criação desse detector. Em duas reuniões diferentes do Instituto Americano de Engenharia Elétrica, de Forest descreveu seu novo detector sem fio, que chamou de 'Audiom'. Mas sua verdadeira origem é questionável.
Por um tempo, as tentativas de de Forest de construir um novo detector giraram em torno da passagem de corrente através da chama , que, segundo ele, poderia ser um condutor assimétrico. A ideia, aparentemente, não teve sucesso. Em algum momento de 1905, ele ouviu falar da válvula de Fleming. De Forest convenceu-se de que essa válvula e seu dispositivo baseado no queimador não eram, em essência, diferentes – se substituísse o filamento quente pela chama e cobrisse com um frasco de vidro para limitar o gás, teria a mesma válvula. Ele desenvolveu uma série de patentes que recontavam a história das invenções anteriores à válvula de Fleming, utilizando detectores baseados em chama de gás. Ele, claramente, queria reivindicar a prioridade da invenção, contornando a patente de Fleming, uma vez que os trabalhos com o queimador de Bunsen precediam os de Fleming (começaram em 1900).
Não é possível dizer se isso foi autoengano ou fraude, mas como resultado, surgiu a patente de de Forest de agosto de 1906 para "um recipiente de vidro despojado, contendo dois eletrodos separados, entre os quais existe um meio gasoso que, quando suficientemente aquecido, torna-se condutor e forma um elemento sensível". O equipamento e o funcionamento do dispositivo pertenciam a Fleming, enquanto a explicação de seu funcionamento era de de Forest. De Forest, no entanto, perdeu a disputa de patente, embora isso tenha durado dez anos.
O leitor impaciente pode começar a se perguntar por que estamos gastando tanto tempo com esse homem, cujo gênio autoproclamado consistia em apresentar ideias de outros como se fossem suas? A razão está nas transformações que o Audion sofreu nos últimos meses de 1906.
Naquele momento, de Forest estava sem trabalho. White e seus sócios evitaram responsabilidade em relação à ação de Fessenden, criando uma nova empresa, a United Wireless, e lhe emprestando os ativos da American De Forest por $1. De Forest foi expulso com $1000 de compensação e alguns patentes inúteis nas mãos, incluindo a patente do Audion. Acostumado a um estilo de vida extravagante, ele enfrentou sérias dificuldades financeiras e tentava desesperadamente transformar o Audion em um grande sucesso.
Para entender o que aconteceu a seguir, é importante saber que de Forest acreditava ter inventado o relé – em contraste com o retificador de Fleming. Ele criou seu Audion conectando uma bateria a uma placa fria da válvula e acreditava que o sinal no circuito da antena (ligado ao fio quente) modulava uma corrente mais forte no circuito da bateria. Ele estava enganado: não eram dois circuitos, a bateria apenas deslocava o sinal da antena, não o amplificava.
Mas esse erro tornou-se crítico, pois levou de Forest a experimentar um terceiro eletrodo na garrafa, que deveria desconectar ainda mais os dois circuitos desse 'relé'. Inicialmente, ele adicionou um segundo eletrodo frio ao lado do primeiro, mas depois, possivelmente sob a influência dos mecanismos de controle usados pelos físicos para redirecionar feixes em dispositivos de feixe eletrônico, ele moveu o eletrodo para um lugar entre o fio e a placa primária. Ele decidiu que tal posição poderia interromper o fluxo de eletricidade e mudou a forma do terceiro eletrodo de uma placa para um fio ondulado, que se parecia com um raspador – e o chamou de 'rede'.
Triodo Audion de 1908. O fio (quebrado) à esquerda – cátodo, o fio ondulado – rede, a placa metálica arredondada – ânodo. Ele ainda tem rosca, como uma lâmpada comum.
E isso realmente era um relé. Uma corrente fraca (como a que provém de uma antena de rádio), aplicada à rede, poderia controlar uma corrente muito mais forte entre o fio e a placa, repelindo partículas carregadas que tentavam passar entre elas. Este detector funcionava muito melhor do que a válvula, pois não apenas retificava, mas também amplificava o sinal de rádio. E, assim como a válvula (e ao contrário do coherer), ele podia emitir um sinal contínuo, o que possibilitou a criação não só do rádio telegráfico, mas também do rádio telefônico (e, posteriormente, da transmissão de voz e música).
Na prática, ele não funcionava muito bem. Os Audions de de Forest eram exigentes, queimavam rapidamente, faltava consistência na qualidade de sua produção e, como amplificadores, eram ineficazes. Para que um específico Audion funcionasse corretamente, era necessário ajustar os parâmetros elétricos do circuito para ele.
No entanto, de Forest acreditava em sua invenção. Para promovê-la, ele organizou uma nova empresa, De Forest Radio Telephone Company, mas as vendas foram insignificantes. O maior sucesso foi a venda de equipamentos para a marinha para telefonia interna durante a viagem de circunavegação.. No entanto, o comandante da frota, sem tempo para fazer os transmissores e receptores de de Forest funcionarem e ensinar a equipe a usá-los, ordenou que fossem embalados e deixados em depósito. Além disso, a nova empresa de de Forest, liderada por um seguidor de Abraham White, não era mais honesta do que a anterior. Além de seus fracassos, ele logo foi acusado de fraude.
Em cinco anos, a Audion não alcançou nada. E mais uma vez, o telefone desempenhará um papel-chave no desenvolvimento do relé digital, desta vez salvando uma tecnologia promissora, mas não testada, que estava à beira do esquecimento.
E mais uma vez, o telefone
A rede de comunicação de longa distância era o sistema nervoso central da AT&T. Ela conectava várias empresas locais e proporcionava uma vantagem competitiva chave após a expiração das patentes de Bell. Um novo cliente que se juntasse à rede da AT&T poderia, teoricamente, ligar para todos os outros assinantes localizados a milhares de quilômetros de distância – embora, na prática, as chamadas de longa distância fossem feitas raramente. Além disso, a rede era a base material para a ideologia abrangente da empresa: 'Uma política, um sistema, serviço universal'.
Mas com o início da segunda década do século XX, essa rede atingiu o máximo físico. Quanto mais longe se estendiam os fios telefônicos, mais fraco e barulhento se tornava o sinal que passava por eles, e no final a fala tornava-se praticamente incompreensível. Por causa disso, existiam na verdade duas redes AT&T nos EUA, separadas pela cordilheira continental.
Para a rede oriental, o marco era Nova York, e repetidores mecânicos e – um limite que definia quão longe poderia ir a voz humana. Mas essas tecnologias não eram onipotentes. Os enrolamentos alteravam as propriedades elétricas do circuito telefônico, reduzindo a atenuação das frequências de voz — mas conseguiam apenas diminuir, e não eliminar. Repetidores mecânicos (apenas um alto-falante telefônico conectado a um microfone amplificador) adicionavam ruído a cada repetição. A linha de 1911 de Nova York a Denver levou esse limite ao máximo. Mas sobre estender uma rede por todo o continente, isso estava fora de questão. Entretanto, em 1909, John Carty, o engenheiro chefe da AT&T, prometeu publicamente fazer exatamente isso. Ele prometeu realizá-lo em cinco anos – até a abertura da em São Francisco em 1915.
O primeiro que conseguiu tornar essa empreitada possível com o novo amplificador telefônico não foi um americano, mas sim um herdeiro de uma rica família vienense que tinha interesse pela ciência. Quando jovem, com os recursos de seus pais, comprou uma empresa de produção de telefones e decidiu criar um amplificador para conversas telefônicas. Em 1906, ele desenvolveu um relé baseado em tubos de raios eletrônicos, então amplamente utilizados em experimentos físicos (que mais tarde se tornaram a base para a tecnologia de telas de vídeo dominante do século XX). Um fraco sinal de entrada controlava um eletromagneto que dobrava o feixe, modulando uma corrente mais forte no circuito principal.
Até 1910, Lieben e seus colegas, Eugene Reiss e Sigmund Strauss, buscaram informações sobre o Audion de De Forest e substituíram o ímã no tubo por uma grade que controlava os raios catódicos – esse design era o mais eficiente e superava todas as inovações feitas até aquele momento nos EUA. A rede telefônica alemã logo adotou o amplificador de Lieben. Em 1914, graças a ele, foi possível realizar uma ligação telefônica nervosa do comandante do exército da Prússia Oriental para o quartel-general alemão, localizado a mil quilômetros de distância, em Coblença. Isso fez com que o chefe do estado-maior enviasse os generais Hindenburg e Ludendorff para o leste, em busca da glória eterna e com pesadas consequências. Amplificadores semelhantes logo conectaram o estado-maior alemão às forças de campo no sul e no leste, até a Macedônia e a Romênia.
Cópia do relé de luz catódica aprimorado de Liben. O cátodo está na parte inferior, o ânodo é a bobina na parte superior, e a grade é uma folha metálica redonda no meio.
No entanto, barreiras linguísticas e geográficas, bem como a guerra, fizeram com que esse design não chegasse aos EUA, e logo outros eventos o superaram.
Enquanto isso, de Forest havia deixado a Radio Telephone Company em dificuldades em 1911 e se mudado para a Califórnia. Lá, ele se juntou à Federal Telegraph Company em Palo Alto, fundada por um graduado de Stanford, Nominalmente, de Forest deveria trabalhar em um amplificador que aumentasse o volume da saída do receptor federal. Na realidade, ele, Herbert Van Etten (um engenheiro de telefonia experiente) e Charles Logwood (um desenvolvedor de receptores) estavam criando um amplificador de telefone para, juntos, ganharem um prêmio da AT&T, que, segundo rumores, era de $1 milhão.
Para isso, de Forest trouxe um Audion do sótão, e até 1912 ele e seus colegas já tinham um dispositivo pronto para demonstração na empresa de telefonia. Ele consistia em vários Audions conectados em série, criando amplificação em várias etapas, além de alguns componentes auxiliares. O dispositivo, em princípio, funcionava – ele poderia amplificar o sinal o suficiente para que você ouvisse um lenço caindo ou o tique-taque de um relógio de bolso. Mas apenas com correntes e tensões muito baixas para serem úteis na telefonia. Ao aumentar a corrente, os Audions começavam a emitir um brilho azul, e o sinal se transformava em ruído. Mas os telefonistas estavam suficientemente interessados para entregar o dispositivo a seus engenheiros e ver o que conseguiriam fazer com ele. Acontece que um deles, o jovem físico Harold Arnold, sabia exatamente como consertar o amplificador da Federal Telegraph.
Chegou a hora de discutir como funcionavam a válvula e o Audion. A compreensão chave necessária para explicar seu funcionamento surgiu no Laboratório Cavendish em Cambridge – um centro intelectual da nova física eletrônica. Em 1899, J. J. Thomson demonstrou em experimentos com tubos de raios catódicos que uma partícula, que mais tarde ficou conhecida como eletrônico, transporta corrente do cátodo para o ânodo. Nos anos seguintes, Owen Richardson, colega de Thomson, desenvolveu essa suposição em uma teoria matemática da emissão termoeletrônica.
Ambrose Fleming, um engenheiro que trabalhava a uma curta viagem de trem de Cambridge, estava ciente desses trabalhos. Para ele, estava claro que sua válvula funcionava por meio da emissão termoeletrônica de elétrons de um filamento aquecido, cruzando a quebra de vácuo até o ânodo frio. Mas o vácuo na lâmpada indicadora não era profundo – para uma lâmpada comum isso não era necessário. Bastava evacuar o suficiente de oxigênio para que o filamento não se incendiasse. Fleming percebeu que, para o melhor funcionamento da válvula, ela precisava ser esvaziada o mais cuidadosamente possível, para que o gás restante não interferisse no fluxo de elétrons.
De Forest não entendeu isso. Como ele chegou à válvula e ao Audion através de experimentos com um bico de Bunsen, sua crença era oposta – acreditando que o gás ionizado quente era o fluido de trabalho do dispositivo, e que sua completa remoção levaria à inatividade. É por isso que o Audion funcionava de forma tão instável e insatisfatória como receptor de rádio, e por isso emitia uma luz azulada.
Arnold na AT&T encontrou-se em uma situação ideal para corrigir o erro de De Forest. Ele era um físico que estudou com Robert Millikan na Universidade de Chicago e foi contratado especificamente para aplicar seu conhecimento na nova física eletrônica à tarefa de construir uma rede telefônica de costa a costa. Ele sabia que a lâmpada Audion funcionaria melhor em um vácuo quase ideal, sabia que as bombas mais novas poderiam alcançar esse vácuo, e que um novo tipo de filamento revestido com óxido, juntamente com uma placa e uma malha aumentadas, também poderiam aumentar o fluxo de elétrons. Em resumo, ele transformou o Audion em uma lâmpada eletrônica, um milagreiro da era eletrônica.
A AT&T tinha um poderoso amplificador necessário para a construção da linha transcontinental – tudo o que faltava eram os direitos para seu uso. Os representantes da empresa mostraram-se céticos nas negociações com de Forest, mas iniciaram uma conversa separada através de um advogado intermediário, que conseguiu adquirir os direitos para usar o Audion como amplificador telefônico por $50.000 (cerca de $1,25 milhões em dólares de 2017). A linha Nova York – São Francisco foi inaugurada exatamente a tempo, mais como um triunfo da virtuosidade técnica e publicidade corporativa do que como um meio de comunicação. O custo das ligações era tão exorbitante que quase ninguém conseguia utilizá-las.
Era Eletrônica
A verdadeira válvula eletrônica tornou-se a raiz de uma árvore absolutamente nova de componentes eletrônicos. Assim como os relés, a válvula eletrônica continuamente expandia suas possibilidades de aplicação, à medida que engenheiros encontravam novas maneiras de adaptar sua estrutura para resolver tarefas específicas. O crescimento da tribo dos “-ódios” não parou com os diodos e triodes. Ele continuou com , que adicionou uma grade adicional, suportando o ganho com o aumento de elementos no circuito. Em seguida, surgiram , , e até mesmo . Apareceram tiratrons, preenchidos com vapor de mercúrio, que brilhavam com uma sinistra luz azul. Válvulas minúsculas do tamanho de um dedo mindinho ou até mesmo de uma bolota. Válvulas com cátodo aquecido indiretamente, nas quais o zumbido da fonte de corrente alternada não interferia no sinal. O livro “Saga da Válvula Eletrônica” [Saga of the Vacuum Tube], que descreve o crescimento da indústria de válvulas até 1930, lista mais de 1000 modelos diferentes por seu índice – embora muitos deles fossem cópias ilegais de marcas não confiáveis: Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, etc.
Mais importante do que a diversidade de formas era a diversidade de aplicações da válvula eletrônica. Os circuitos regenerativos transformavam o triódio em um transmissor - capaz de gerar ondas senoidais suaves e constantes, sem faíscas barulhentas, ideal para transmitir som. Com um coherer e faíscas em 1901, Marconi mal conseguia enviar um breve trecho do código Morse através de uma parte estreita do Atlântico. Em 1915, com a válvula eletrônica como transmissor e receptor, a AT&T conseguia transmitir a voz humana de Arlington, Virginia, até Honolulu - uma distância duas vezes maior. Na década de 1920, eles combinaram telefonia de longa distância com transmissão de som de alta qualidade e criaram as primeiras redes de rádio. Assim, em breve, toda a nação podia ouvir pelo rádio a mesma voz, fosse a de Roosevelt ou Hitler.
Além disso, a capacidade de criar transmissores sintonizados em frequências exatas e estáveis permitiu que os engenheiros de telecomunicações realizassem um antigo sonho do multiplexação de frequência, que atraiu Alexander Bell, Edison e outros quarenta anos antes. Em 1923, a AT&T tinha uma linha de voz de dez canais de Nova Iorque a Pittsburgh. A capacidade de transmitir várias vozes por um único fio de cobre reduzia radicalmente o custo das chamadas de longa distância, que, devido ao alto custo, sempre foram acessíveis apenas às pessoas e empresas mais ricas. Vendo do que as válvulas eletrônicas eram capazes, a AT&T enviou seus advogados para adquirir direitos adicionais de De Forrest, a fim de assegurar os direitos de uso do Audion em todas as áreas de aplicação disponíveis. No total, eles pagaram a ele $390.000, que hoje corresponde a aproximadamente $7,5 milhões.
Por que, com tamanha versatilidade, as lâmpadas eletrônicas não dominaram a primeira geração de computadores como dominaram o rádio e outros equipamentos de telecomunicações? É evidente que o triodo poderia servir como um interruptor digital assim como um relé. Tão evidente que de Forest até acreditou ter criado o relé antes de realmente fazê-lo. E o triodo era muito mais responsivo do que um relé eletromecânico convencional, já que não precisava mover fisicamente um núcleo. Um relé típico levava vários milissegundos para comutar, enquanto a mudança de fluxo do cátodo para o ânodo devido à mudança de potencial elétrico na grade era quase instantânea.
Mas as lâmpadas tinham uma clara desvantagem em relação aos relés: sua tendência, assim como seus antecessores, as lâmpadas de luz, a queimar-se. A vida útil do primitivo Audion de de Forest era tão curta – cerca de 100 horas – que ele incorporou uma lâmpada reserva que precisava ser conectada após a queima da primeira. Isso era muito problemático, e mesmo as melhores lâmpadas não podiam ser esperadas para durar mais do que algumas milhares de horas. Para computadores com milhares de lâmpadas e que realizavam cálculos por horas, isso era um sério problema.
Os relés, por outro lado, segundo George Stibitz, eram "fantasticamente confiáveis". Tanto que ele afirmou que
Se um conjunto de relés em forma de U tivesse começado a funcionar no primeiro ano da nossa era e mudasse um contato uma vez por segundo, ainda estaria funcionando até hoje. O primeiro erro de contato poderia ser esperado não antes de mil anos, por volta do ano 3000.
Além disso, não havia experiência com circuitos eletrônicos grandes, comparáveis aos eletromecânicos dos engenheiros de telefonia. Os receptores de rádio e outros equipamentos poderiam conter de 5 a 10 lâmpadas, mas não centenas de milhares. Ninguém sabia se um computador poderia ser feito para funcionar com 5000 lâmpadas. Ao optar pelos relés em vez das lâmpadas, os desenvolvedores de computadores fizeram uma escolha segura e conservadora.
Na próxima parte, veremos como e por que essas dúvidas foram superadas.
Fonte: habr.com
