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Em aprendemos como o cientista e professor americano viajou pela Europa pela primeira vez. Ao visitar Londres, ele fez uma parada especialmente para encontrar uma pessoa que respeitava profundamente, o matemático . Com Henry estava seu amigo, Alexander Bach, e um novo conhecido, também experimentador no campo do telégrafo, . Babbage contou aos convidados que em breve iria demonstrar sua máquina de calcular a um membro do Parlamento, mas com ainda mais prazer compartilhou com eles a ideia de sua nova máquina, “que superará significativamente as capacidades da primeira”. Henry registrou informações gerais sobre esse plano em seu diário:
Essa máquina é dividida em duas partes, uma das quais o senhor B. chama de armazenamento, e a outra – de moinho. O armazenamento está cheio de rodas com números desenhados. Periodicamente, alavancas os puxam e os movem para o moinho, onde ocorrem as manipulações necessárias. Ao final, essa máquina será capaz de tabular qualquer fórmula de natureza algébrica.
Um historiador não pode deixar de sentir um frio na espinha diante de tais encontros fortuitos nas vidas humanas. Aqui se cruzaram duas linhas da história das máquinas de calcular, uma das quais se aproximava de seu fim, enquanto a outra apenas começava.
Pois embora a máquina de Babbage seja frequentemente apresentada como o início da história dos computadores universais modernos, a conexão entre eles é bastante fraca. Sua máquina (que nunca foi construída) foi a culminação de um sonho de cálculos mecânicos. Esse sonho, enunciado pela primeira vez por Leibniz, foi inspirado pelos mecanismos de relógio cada vez mais complexos, criados por artesãos desde o final da Idade Média. Mas nenhum computador de uso geral foi construído apenas com mecânica – essa tarefa é complexa demais.
O relé eletromagnético, idealizado por Henry e outros, pode ser facilmente incorporado a circuitos computacionais, cuja complexidade sem ele pareceria inimaginável. Contudo, décadas ainda se passaram até esse momento, e tal desenvolvimento não poderia ser previsto por Henry e seus contemporâneos. Ele tornou-se a raiz de inúmeros transistores, que possibilitaram o mundo digital de hoje, tão intrinsecamente entrelaçado com nossas vidas modernas. Os relés preencheram os interiores das primeiras máquinas de computação programável, que dominaram por um breve período antes de serem substituídas por seus parentes puramente eletrônicos.
Relés foram inventados várias vezes de forma independente na década de 1830. Seus propósitos eram diversos (cinco de seus inventores elaboraram pelo menos três variações de aplicação) – assim como os exemplos de uso. Mas é conveniente pensar nele como um dispositivo de dupla finalidade. Pode ser utilizado como um interruptor, controlando outro dispositivo elétrico (incluindo, vale ressaltar, outro relé), ou como um amplificador, transformando um sinal fraco em forte.
Interruptor
Joseph Henry reunia em uma única pessoa um profundo conhecimento em filosofia natural, mecânica e um interesse pela questão do telégrafo mecânico. Na década de 1830, um conjunto de características assim provavelmente só existia em Wheatstone. Em 1831, ele construiu um circuito de 2,5 km, capaz de acionar um sino, utilizando um dos mais poderosos ímãs disponíveis. Talvez, se tivesse continuado a trabalhar com a mesma intensidade no telégrafo, demonstrando a mesma perseverança que Morse, seu nome estaria inscrito nos livros didáticos.
Mas Henry, um professor da Academia em Albany e depois no Colégio de Nova Jersey (atual Universidade de Princeton), construía e aprimorava dispositivos elétricos para fins de pesquisa, ensino e demonstrações científicas. Ele não estava interessado em transformar uma ferramenta pedagógica em um sistema de transmissão de mensagens.
Cerca de 1835, ele criou uma demonstração especialmente 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 intensos para transmitir eletromagnetismo por grandes distâncias e circuitos com baterias e ímãs quantitativos para gerar forças eletromagnéticas de alta potência.
Seu novo dispositivo combinava ambas as propriedades. Um eletromagnetismo quantitativo potente poderia levantar cargas de centenas de quilos. O ímã intenso na extremidade do longo circuito era usado para levantar um pequeno fio de metal: um interruptor. O fechamento do circuito intenso fazia o ímã levantar o fio, o que desarmava o interruptor e o circuito quantitativo. O eletromagnetismo quantitativo então caía subitamente com um estrondoso estrondo.
Esse relé – especificamente o papel do ímã intenso e seu fio – era necessário para demonstrar a conversão de energia elétrica em mecânica, bem como como uma pequena força pode controlar uma grande. Uma leve imersão do fio em ácido para fechar o circuito levava a um pequeno movimento do pequeno interruptor, que acabava em uma catástrofe com a queda do metal, em quantidade suficiente para esmagar qualquer um que fosse suficientemente imprudente para ficar embaixo. Para Henry, o relé era uma ferramenta para demonstrar princípios científicos. Era uma alavanca elétrica.
Henry provavelmente foi o primeiro a conectar assim dois circuitos – para que, usando o eletromagnetismo de um circuito, pudesse controlar o outro. O segundo a fazer isso, que sabemos, foi William Cooke e Charles Wheatstone, embora eles estivessem perseguindo objetivos completamente diferentes.
Em março de 1836, logo após assistir a uma demonstração em Heidelberg do telégrafo que usava uma agulha galvânica para transmitir sinais, Cook se inspirou em uma caixa de música. Cook acreditava que o uso de agulhas em um telégrafo real para representar letras exigiria várias agulhas, e para isso seriam necessárias várias bobinas. No entanto, Cook desejava que um eletromagneto ativasse um mecanismo que já poderia ser tão complexo quanto necessário para demonstrar a letra desejada.
Ele idealizou uma máquina semelhante a uma caixa de música, com um cilindro cercado por numerosas alfinetes. De um lado do cilindro, deveria haver uma escala circular com letras. Em cada extremidade da linha do telégrafo, deveria haver uma caixa dessa. A mola tensionada faria o cilindro girar, mas na maior parte do tempo, ele estaria fixo por um pino. Ao pressionar a chave do telégrafo, o circuito se fechava, ativando os eletromagnetos que liberavam ambos os pinos, e ambas as máquinas giravam. Quando a letra desejada aparecia na escala, a chave era soltada, os pinos voltavam ao lugar e paravam o movimento dos cilindros. Cook, sem saber, recriou o modelo cronométrico do telégrafo de Ronald, concebido duas décadas antes, e os primeiros experimentos dos irmãos Chappe com telégrafos (que usavam som, e não eletricidade, para sincronizar as escalas).
Cook percebeu que um mecanismo semelhante poderia ajudar a resolver um antigo problema do telégrafo – notificar a parte receptora sobre uma nova mensagem. Para isso, poderia ser usado um segundo circuito com outro eletromagneto, que ativaria um sino mecânico. O fechamento do circuito puxaria o pino, fazendo o sino tocar.
Em março de 1837, Cook começou a trabalhar em conjunto com Whiston no telégrafo, e mais ou menos nessa época eles começaram a considerar a necessidade de um segundo circuito. Em vez de criar um circuito independente para o sinal de notificação (e estender quilômetros de fios desnecessários), não seria mais simples usar o circuito principal para controlar o sinal?
Naquela época, Cook e Whiston retornaram ao design pontiagudo, e ficou claro que era possível conectar um pequeno pedaço de fio a uma agulha, de modo que, quando a ponta fosse atraída por um eletromagneto, a cauda fechasse um segundo circuito. Esse circuito ativaria o sinal. Após um determinado intervalo, durante o qual o destinatário da mensagem poderia acordar, desligar o sinal e pegar um lápis e papel, a agulha já poderia ser usada para transmitir a mensagem no modo normal.
Durante dois anos, em dois continentes, duas vezes, com dois objetivos diferentes, as pessoas perceberam que o eletromagneto poderia ser usado como um interruptor, controlando outro circuito. Mas poderia-se imaginar uma forma completamente diferente de interação entre os dois circuitos.
Amplificador
No outono de 1837, Samuel Morse estava confiante de que sua ideia de telégrafo elétrico poderia funcionar. Usando uma bateria intensa e um ímã de Henry, ele enviava mensagens a uma distância de meio quilômetro. Porém, para provar ao Congresso a possibilidade de transmitir mensagens por seu telégrafo através do continente, ele precisava de muito mais. Estava claro que, independentemente da potência das baterias, em algum momento o circuito se tornaria longo demais para transmitir um sinal legível até o outro extremo. Mas Morse percebeu que, apesar da forte queda de potência com a distância, o eletromagneto poderia abrir e fechar outro circuito alimentado por sua própria bateria, que, por sua vez, poderia transmitir o sinal ainda mais. O processo poderia ser repetido quantas vezes fosse necessário, cobrindo distâncias de qualquer comprimento. Por isso, esses ímãs intermediários eram chamados de "relay" – como estações de correio para troca de cavalos. Eles aceitavam a mensagem elétrica de um parceiro enfraquecido e a transmitiam adiante com nova força.
Não é possível determinar se essa ideia foi inspirada pelo trabalho de Henry, mas Morse certamente foi o primeiro a usar relés para tal fim. Para ele, o relé não era um interruptor, mas um amplificador, capaz de transformar um sinal fraco em um forte.
Do outro lado do Atlântico, aproximadamente nesta mesma época , um farmacêutico londrino, teve uma ideia semelhante. Ele provavelmente se interessou pelo telégrafo por volta de 1835. Até o início de 1837, ele realizava experimentos regularmente com um circuito de um quilômetro e meio em Regent's Park, no noroeste de Londres.
Logo após o encontro entre Cooke e Wheatstone em março de 1837, Davey sentiu a concorrência e considerou mais seriamente a construção de um sistema prático. Ele observou que a força de deflexão da agulha galvânica diminuiu visivelmente com o aumento do comprimento do fio. Como ele escreveu muitos anos depois:
Então eu pensei que até o menor movimento da agulha, o equivalente à espessura de um cabelo, seria suficiente para conectar duas superfícies metálicas, fechando um novo circuito alimentado por uma bateria local; e assim poderia ser repetido infinitamente.
Davey chamou essa ideia de transformar um fraco sinal elétrico em um forte de "atualizador elétrico". Mas ele não conseguiu realizar essa nem qualquer outra ideia sobre o telégrafo. Ele obteve a patente do telégrafo em 1838, independentemente de Cooke e Wheatstone. Mas em 1839, ele partiu para a Austrália, fugindo de um casamento infeliz, e deixou o campo para seus concorrentes. Sua empresa de telégrafo comprou essa patente alguns anos depois.
Relé no mundo
Na história das tecnologias, dedicamos muita atenção aos sistemas, mas frequentemente ignoramos seus componentes. Nós narramos a história do telégrafo, telefone, luz elétrica, banhando seus criadores em raios quentes de aprovação. Mas esses sistemas puderam surgir apenas graças à combinação, recombinação e modificação de elementos existentes que cresciam silenciosamente nas sombras.
O relé é um desses elementos. Ele evoluiu rapidamente e se diversificou quando as redes telegráficas começaram a crescer ativamente nas décadas de 1840 e 1850. No século seguinte, apareceu em sistemas elétricos de vários tipos. A modificação mais antiga foi o uso de um âncora metálica rígida, como no sinal do telégrafo, para fechar o circuito. Após o desligamento do eletromagneto, a âncora se desconectava do circuito por meio de uma mola. Esse mecanismo era mais confiável e durável do que pedaços de fios ou agulhas. Modelos normalmente fechados também foram desenvolvidos, além do design original que estava normalmente aberto.
Relay típico do final do século XIX. A mola T mantém o âncora B afastado do contato C. Quando o eletromagneto M é ativado, ele supera a mola e fecha o circuito entre o fio W e o contato C.
Nos primeiros anos do telégrafo, os relés raramente eram usados como amplificadores ou "atualizadores", pois um circuito poderia ser estendido por 150 km. No entanto, eram muito úteis para conectar longas linhas de baixa tensão a linhas de alta tensão locais, que podiam ser usadas para alimentar outras máquinas, como o registrador de Morse.
Dezenas de patentes nos EUA na segunda metade do século XIX descrevem novos tipos de relés e suas novas aplicações. O relé diferencial, que separava a bobina de forma que o efeito eletromagnético se compensasse em uma direção e se amplificasse na outra, permitiu usar a comunicação telegráfica duplex: dois sinais viajando em direções opostas por um único fio. Thomas Edison usou um relé polarizado (ou polar) para criar um quadruplex que poderia enviar 4 sinais simultaneamente por um único fio: dois em cada direção. No relé polarizado, o próprio âncora era um ímã permanente, respondendo à direção da corrente, e não à sua intensidade. Graças aos ímãs permanentes, foi possível criar relés com contatos alternáveis, que permaneciam abertos ou fechados após a comutação.
Relé polarizado
Além do telégrafo, os relés foram usados em sistemas de sinalização ferroviária. Com o surgimento das redes de transmissão elétrica, os relés começaram a ser utilizados também nesses sistemas, especialmente como dispositivos de proteção.
Mas mesmo essas redes extensas e complexas não exigiam mais dos relés do que eles eram capazes de fornecer. O telégrafo e a ferrovia chegaram a cada cidade, mas não a cada edifício. Tinham dezenas de milhares de pontos finais, mas não milhões. As redes de transmissão elétrica não se importavam de onde terminavam – simplesmente forneciam corrente para o circuito local, e cada casa e empresa podiam utilizá-la conforme necessário.
A telefonia era algo completamente diferente. Os telefones precisavam estabelecer uma conexão de ponto a ponto, de qualquer uma das casas e escritórios para qualquer outro, e, por isso, exigiam circuitos de controle de uma escala sem precedentes. A voz humana, transmitida como vibrações por fios, era um sinal rico, mas fraco. Portanto, para a comunicação telefônica à distância, eram necessários amplificadores de melhor qualidade. Descobriu-se que os comutadores poderiam funcionar como esses amplificadores. Agora, as redes telefônicas controlavam a evolução dos comutadores mais do que qualquer outro sistema.
O que ler
• James B. Calvert, “O Telégrafo Eletromagnético“
• Franklin Leonard Pope, «Prática Moderna do Telégrafo Elétrico» (1891)
Fonte: habr.com
