Outros artigos da série:
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- História dos computadores eletrônicos
- História do transistor
- História da Internet
В aprendemos como um cientista e professor americano Viajei pela Europa pela primeira vez. Ao visitar Londres, ele fez uma visita especial a um homem que respeitava profundamente, um matemático . Junto com Henry estava seu amigo Alexander Bach e seu novo conhecido também um experimentador na área de telégrafo . Babbage disse aos convidados que em breve iria demonstrar a sua máquina de calcular ao deputado, mas com ainda maior prazer partilhou com eles a ideia da sua nova máquina, “que excederá em muito as capacidades da primeira”. Henry registrou informações gerais sobre este plano em seu diário:
Esta máquina está dividida em duas partes, uma das quais o Sr. B. chama de armazém e a segunda de moinho. O armazenamento está cheio de rodas com números pintados. Periodicamente, alavancas os puxam para fora e os movimentam no moinho, onde ocorrem as manipulações necessárias. Após a conclusão, esta máquina será capaz de tabular qualquer fórmula de natureza algébrica.
O historiador não pode deixar de sentir um arrepio na espinha por causa dessas intersecções aleatórias nas vidas humanas. Aqui se cruzaram dois fios da história das máquinas de computação, um dos quais estava chegando ao fim e o outro estava apenas começando.
Afinal, embora a máquina de Babbage seja frequentemente apresentada como o início da história dos computadores universais modernos, a ligação entre eles é bastante fraca. Sua máquina (que ele nunca construiu) foi o culminar do sonho da computação mecânica. Este sonho, expresso pela primeira vez por Leibniz, foi inspirado nos mecanismos de relógios cada vez mais complexos criados por artesãos desde o final da Idade Média. Mas nenhum computador de uso geral foi construído com base na mecânica pura – a tarefa é muito difícil.
Mas o relé eletromagnético, concebido por Henry e outros, pode ser facilmente implementado em circuitos de computação, cuja complexidade pareceria inimaginável sem ele. No entanto, este ponto ainda estava a décadas de distância, e Henrique e os seus contemporâneos não poderiam ter previsto tal desenvolvimento. Tornou-se o ancestral de inúmeros transistores que tornaram possível o mundo digital de hoje, tão interligado com nossas vidas modernas. Os relés preencheram as entranhas dos primeiros computadores programáveis, governando brevemente antes de serem substituídos por seus primos puramente eletrônicos.
Os relés foram inventados várias vezes de forma independente na década de 1830. Seus objetivos eram variados (cinco de seus inventores apresentaram pelo menos três aplicações) – assim como os exemplos de seu uso. Mas é conveniente pensar nele como um dispositivo de dupla utilização. Ele pode ser usado como uma chave que controla outro dispositivo elétrico (incluindo, principalmente, outro relé) ou como um amplificador que transforma um sinal fraco em forte.
Troca
Joseph Henry combinou em uma pessoa profundo conhecimento de filosofia natural, mecânica e interesse pelo problema do telégrafo mecânico. Na década de 1830, talvez apenas Wheatstone tivesse tal conjunto de qualidades. Em 1831, ele construiu um circuito de 2,5 km de comprimento capaz de operar um sino usando o ímã mais poderoso já construído. Talvez, se ele tivesse continuado a trabalhar tão ativamente no telégrafo e mostrado a mesma perseverança demonstrada por Morse, seu nome teria sido incluído nos livros didáticos.
Mas Henry, professor na Academia de Albany e mais tarde no College of New Jersey (hoje Universidade de Princeton), construiu e melhorou dispositivos elétricos para fins de pesquisa, ensino e demonstração científica. Ele não estava interessado em transformar uma ferramenta pedagógica num sistema de mensagens.
Por volta de 1835 ele apresentou uma demonstração particularmente engenhosa usando dois circuitos. Lembre-se de que Henry descobriu duas dimensões da eletricidade – intensidade e quantidade (nós as chamamos de tensão e corrente). Ele criou circuitos com baterias e ímãs intensivos para transmitir eletromagnetismo por longas distâncias, e circuitos com baterias e ímãs quantitativos para criar forças eletromagnéticas de alta potência.
Sua nova unidade combinou as duas propriedades. Um poderoso eletroímã quantitativo poderia levantar uma carga de centenas de quilogramas. Um ímã intenso na extremidade de um longo laço foi usado para levantar um pequeno fio de metal: um interruptor. O fechamento do circuito intensivo fez com que o ímã levantasse o fio, o que abriu a chave e o circuito quantitativo. O eletroímã quantitativo de repente deixou cair sua carga com um estrondo ensurdecedor.
Este relé - e este é o papel desempenhado por um íman intenso e o seu fio - foi necessário para demonstrar a transformação da energia eléctrica em energia mecânica, bem como como uma pequena força pode controlar uma grande. Mergulhar levemente o fio no ácido para completar o circuito faria com que o pequeno interruptor se movesse ligeiramente, resultando no desastre de cair metal suficiente para esmagar qualquer um que fosse tolo o suficiente para ficar sob ele. Para Henry, o revezamento era uma ferramenta para demonstrar princípios científicos. Era uma alavanca elétrica.
Henry foi provavelmente o primeiro a conectar dois circuitos dessa maneira - de modo que, usando o eletromagnetismo de um circuito, controlasse o outro. O segundo lugar, pelo que sabemos, pertence a William Cook e Charles Wheatstone, embora tivessem objetivos completamente diferentes.
Em março de 1836, logo após assistir a uma demonstração em Heidelberg de um telégrafo que usava uma agulha galvânica para transmitir sinais, Cook inspirou-se em uma caixa de música. Cook acreditava que usar agulhas para representar letras em um telégrafo real exigiria várias agulhas, e estas exigiriam vários circuitos. Cook queria que o eletroímã ativasse o mecanismo, que já poderia ser tão complexo quanto desejado na demonstração da letra desejada.
Ele imaginou uma máquina semelhante a uma caixa de música, com um barril cercado por muitos alfinetes. De um lado do cano deve haver uma escala circular com letras. Deveria haver uma caixa assim em cada extremidade da linha telegráfica. A mola carregada deve fazer com que o cano gire, mas na maioria das vezes ele será travado no lugar pela rolha. Quando a tecla do telégrafo é pressionada, o circuito fecha, o que ativa eletroímãs que abrem ambas as fechaduras e ambas as máquinas giram. Quando a letra desejada aparece na escala, a chave é liberada, as travas se encaixam e param o movimento dos barris. Cook, sem saber, recriou o modelo cronométrico do telégrafo de Ronald, inventado duas décadas antes, e os primeiros experimentos dos irmãos Shapp com o telégrafo (só que eles usaram som, não eletricidade, para sincronizar os mostradores).
Cook percebeu que o mesmo mecanismo poderia ajudar a resolver um problema antigo do telégrafo - notificar o destinatário de uma nova mensagem. Para fazer isso, você pode usar um segundo circuito com outro eletroímã, que ativaria uma campainha mecânica. Fechar o circuito retrairia a rolha e a campainha tocaria.
Em março de 1837, Cook começou a trabalhar com Wheatstone no telégrafo e, nessa época, eles começaram a considerar a necessidade de um segundo circuito. Em vez de instalar um circuito independente para o sinal de alarme (e percorrer quilômetros de fios extras), não seria mais fácil usar o circuito principal para controlar o sinal?
A essa altura, Cook e Wheatstone haviam retornado ao desenho da agulha, e era bastante óbvio que um pequeno pedaço de fio poderia ser conectado a uma agulha de modo que, quando sua extremidade fosse atraída por um eletroímã, sua cauda completasse um segundo circuito. Este circuito acionaria o sinal. Após um certo intervalo, durante o qual o destinatário da mensagem poderia ter tempo de acordar, desligar o sinal e preparar lápis e papel, a agulha já poderia ser usada para transmitir a mensagem normalmente.
Ao longo de dois anos, em dois continentes, duas vezes, para dois propósitos diferentes, as pessoas perceberam que um eletroímã poderia ser usado como interruptor para controlar outro circuito. Mas também foi possível imaginar uma forma de interação completamente diferente entre os dois circuitos.
Amplificador
No outono de 1837, Samuel Morse estava confiante de que sua ideia do telégrafo elétrico poderia funcionar. Usando a intensa bateria e o ímã de Henry, ele enviou mensagens a uma distância de meio quilômetro. Mas para provar ao Congresso que o seu telégrafo poderia transmitir mensagens por todo o continente, ele precisava de muito mais. Ficou claro que, por mais potentes que fossem as baterias, em algum momento o circuito se tornaria muito longo para transmitir um sinal inteligível para a outra extremidade. Mas Morse percebeu que, apesar da forte queda de potência com a distância, o eletroímã poderia abrir e fechar outro circuito, alimentado por sua própria bateria, que por sua vez poderia transmitir ainda mais o sinal. O processo pode ser repetido quantas vezes forem necessárias e percorrer distâncias de qualquer comprimento. É por isso que esses ímãs intermediários foram chamados de “relés” – como estações postais para troca de cavalos. Eles receberam a mensagem elétrica de seu parceiro enfraquecido e a levaram adiante com vigor renovado.
É impossível determinar se esta ideia foi inspirada no trabalho de Henry, mas Morse foi certamente o primeiro a utilizar relés para tal propósito. Para ele, um relé não era um interruptor, mas sim um amplificador, capaz de transformar um sinal fraco em forte.
Do outro lado do Atlântico, na mesma época , um farmacêutico londrino, teve uma ideia semelhante. Ele provavelmente se interessou pelo telégrafo por volta de 1835. No início de 1837, ele fazia experiências regulares com um circuito de um quilômetro e meio em Regent's Park, no noroeste de Londres.
Logo depois que Cook e Wheatstone se conheceram, em março de 1837, Davy sentiu a concorrência e começou a pensar mais seriamente na construção de um sistema prático. Ele notou que a força de deflexão da agulha galvânica diminuía acentuadamente à medida que o comprimento do fio aumentava. Como ele escreveu muitos anos depois:
Então pensei que mesmo o menor movimento da agulha, da espessura de um fio de cabelo, seria suficiente para colocar duas superfícies metálicas em contato, completando um novo circuito dependente da bateria local; e isso pode ser repetido para sempre.
Davey chamou essa ideia de transformar um sinal elétrico fraco em um forte de "renovação elétrica". Mas ele não conseguiu concretizar esta ou qualquer outra ideia sobre o telégrafo. Ele recebeu a patente do telégrafo em 1838, independentemente de Cook e Wheatstone. Mas em 1839 navegou para a Austrália, fugindo de um casamento infeliz, e deixou o campo de atividade para concorrentes. A empresa telegráfica deles comprou esta patente alguns anos depois.
Relés no mundo
Na história da tecnologia, prestamos muita atenção aos sistemas, mas muitas vezes ignoramos os seus componentes. Traçamos a história do telégrafo, do telefone, da luz elétrica e banhamos seus criadores nos raios quentes de nossa aprovação. Mas estes sistemas só conseguiram emergir através da combinação, recombinação e modificação de elementos existentes que cresciam silenciosamente nas sombras.
Um relé é um desses elementos. Rapidamente evoluiu e se diversificou quando as redes telegráficas começaram a proliferar nas décadas de 1840 e 1850. Durante o século seguinte, apareceu em sistemas elétricos de vários tipos. A primeira modificação foi o uso de uma armadura de metal rígida, como em um sinal telegráfico, para completar o circuito. Após desligar o eletroímã, a armadura foi desconectada do circuito por meio de uma mola. Esse mecanismo era mais confiável e durável do que pedaços de arame ou agulhas. Também foram desenvolvidos modelos fechados por padrão, além do design original aberto por padrão.
Um revezamento típico do final do século XIX. A mola T impede que a armadura B entre em contato com o terminal C. Quando o eletroímã M é acionado, ele supera a mola e completa o circuito entre o fio W e o terminal C.
Nos primeiros anos da telegrafia, os relés raramente eram usados como amplificadores ou "renovadores", uma vez que um único circuito podia se estender por mais de 150 km. Mas eles foram muito úteis para combinar longas linhas de baixa corrente com linhas locais de alta tensão que poderiam ser usadas para alimentar outras máquinas, por exemplo, um gravador Morse.
Dezenas de patentes nos Estados Unidos na segunda parte do século XIX descreveram novos tipos de relés e suas novas aplicações. Um relé diferencial, que dividia a bobina de modo que o efeito eletromagnético fosse cancelado em uma direção e amplificado na outra, permitia o uso da telegrafia duplex: dois sinais viajando em direções opostas em um fio. Thomas Edison usou um relé polarizado (ou polarizado) para criar um quadruplex capaz de enviar 4 sinais simultaneamente em um único fio: dois em cada direção. Em um relé polarizado, a própria armadura era um ímã permanente que respondia à direção da corrente e não à força. Graças aos ímãs permanentes, foi possível fabricar relés com contatos de comutação que permaneciam abertos ou fechados após a comutação.
Relé polarizado
Além do telégrafo, os relés passaram a ser utilizados nos sistemas de sinalização ferroviária. Com o advento das redes de transmissão de energia, os relés passaram a ser utilizados nesses sistemas, principalmente como dispositivos de proteção.
Mas mesmo essas redes extensas e complexas não exigiam dos relés mais do que eram capazes de fornecer. O telégrafo e a ferrovia alcançavam todas as cidades, mas não todos os edifícios. Eles tinham dezenas de milhares de endpoints, mas não milhões. Os sistemas de transmissão elétrica não se importavam com onde terminavam - eles simplesmente forneciam corrente a um circuito local, e cada casa e empresa poderia receber a quantidade necessária.
A telefonia era uma questão completamente diferente. Os telefones precisavam comunicar-se de ponto a ponto, de qualquer casa ou escritório para qualquer outro e, portanto, exigiam circuitos de controle em uma escala sem precedentes. A voz humana vindo na forma de vibrações ao longo dos fios era um sinal rico, mas fraco. Portanto, as comunicações telefônicas de longa distância precisavam de amplificadores de melhor qualidade. Descobriu-se que os interruptores também podem funcionar com esses amplificadores. Agora as redes telefônicas, mais do que qualquer outro sistema, controlavam a evolução dos switches.
O que ler
• James B. Calvert, “O Telégrafo Eletromagnético“
• Franklin Leonard Pope, “Prática Moderna do Telégrafo Elétrico” (1891)
Fonte: habr.com