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В Vimos como a primeira geração de computadores digitais foi construída sobre a primeira geração de interruptores elétricos automáticos — relés eletromagnéticos. Mas, quando esses computadores foram criados, outro interruptor digital já estava em uso. O relé era um dispositivo eletromagnético (que usava eletricidade para acionar 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 revelou que o portador da força elétrica não era uma corrente, nem uma onda, nem um campo — mas sim uma partícula sólida.
O dispositivo que deu origem à era da eletrônica baseada nessa nova física ficou conhecido como "válvula eletrônica". A história de sua criação envolve duas pessoas: um inglês e um americano Na verdade, as origens da eletrônica são mais complexas, entrelaçadas por muitos fios que atravessam a Europa e o Atlântico, remontando aos primeiros experimentos com garrafas de Leyden em meados do século XVIII.
Mas, para os propósitos da nossa discussão, é conveniente (trocadilho intencional!) começar esta história com Thomas Edison. Na década de 1880, Edison fez uma descoberta interessante enquanto trabalhava com iluminação elétrica — uma descoberta que prepara o terreno para a nossa história. Isso levou ao desenvolvimento posterior das válvulas eletrônicas, que eram essenciais para dois sistemas tecnológicos: uma nova forma de comunicação sem fio e as redes telefônicas em constante expansão.
Prólogo: Edison
Geralmente, atribui-se a Edison a invenção da lâmpada. Isso, simultaneamente, lhe confere crédito demais e de menos. Crédito demais, pois Edison não foi o único a inventar a lâmpada. Além da legião de inventores que o precederam, cujas criações nunca tiveram uso comercial, podemos mencionar também Joseph Swann e Charles Stern, da Grã-Bretanha, e o americano William Sawyer, que lançaram lâmpadas no mercado na mesma época que Edison.A honra da invenção também pertence a um inventor russo. Lodygin foi o primeiro a pensar em bombear o ar para fora de uma lâmpada de vidro e, em seguida, sugeriu fazer o filamento não de carvão ou fibras carbonizadas, mas de tungstênio refratário / nota do tradutor.Todas as lâmpadas consistiam em um bulbo de vidro selado contendo um filamento resistivo. Quando o bulbo era conectado a um circuito, o calor gerado pela resistência do filamento à corrente elétrica fazia com que ele brilhasse. O bulbo era evacuado para evitar que o filamento se inflamasse. A luz elétrica já era conhecida nas grandes cidades na forma de , usada para iluminar grandes espaços públicos. Todos esses inventores buscaram uma maneira de reduzir a quantidade de luz extraindo uma partícula brilhante do arco incandescente, pequena o suficiente para ser usada em residências para substituir lâmpadas a gás, e para tornar a fonte de luz mais segura, limpa e brilhante.
O que Edison realmente realizou — ou melhor, o que seu laboratório industrial criou — não foi apenas uma fonte de luz. Eles construíram um sistema elétrico completo para iluminação residencial — geradores, linhas de transmissão, transformadores e assim por diante. 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 uma simples homenagem ao grande inventor, como no caso da Bell Telephone. Edison provou ser não apenas um inventor, mas também um arquiteto de sistemas. Seu laboratório continuou a aprimorar vários componentes da iluminação elétrica mesmo após o sucesso inicial.
Um exemplo de uma lâmpada incandescente antiga de Edison.
Durante uma pesquisa por volta de 1883, Edison (e possivelmente um de seus colaboradores) decidiu inserir uma placa de metal dentro de uma lâmpada incandescente, juntamente com o filamento. Os motivos para isso não são claros. Pode ter sido uma tentativa de impedir que a lâmpada escurecesse — o vidro dentro da lâmpada acumulava uma misteriosa substância escura com o tempo. O engenheiro aparentemente esperava que essas partículas pretas fossem atraídas pela placa energizada. Para sua surpresa, ele descobriu que, quando a placa era conectada ao terminal positivo do filamento, a corrente que fluía através do filamento era diretamente proporcional à intensidade de sua luminescência. Quando a placa era conectada ao terminal negativo do filamento, nada semelhante era observado.
Edison decidiu que esse efeito, mais tarde chamado de efeito Edison ou , pode ser usado para medir ou mesmo controlar a "força eletromotriz", ou voltagem, em um sistema elétrico. Por hábito, ele registrou uma patente para esse "indicador elétrico" e depois voltou a assuntos mais urgentes.
Sem fio
Vinte anos depois, em 1904, na Inglaterra, John Ambrose Fleming trabalhava no aprimoramento de receptores de rádio para a empresa Marconi.
É importante entender o que o rádio era e o que não era na época, tanto como ferramenta quanto em termos práticos. Naquela época, o termo "rádio" nem sequer era usado; era chamado de "sem fio". O termo "rádio" só se popularizou na década de 1910. Especificamente, referia-se à telegrafia sem fio — um sistema de transmissão de sinais na forma de pontos e traços do emissor ao receptor. Seu uso principal era a comunicação entre navios e autoridades portuárias e, por esse motivo, atraiu a atenção das autoridades marítimas do mundo todo.
Alguns inventores daquela época, em particular, Em 1999, experimentou-se a ideia de um radiotelefone — a transmissão de mensagens de voz pelo ar como uma onda contínua. Mas a radiodifusão no sentido moderno só surgiu 15 anos depois: a transmissão de notícias, histórias, música e outros programas para serem recebidos por um público amplo. Antes disso, a natureza omnidirecional dos sinais de rádio era vista como um problema a ser resolvido, não como uma característica a ser explorada.
Os equipamentos de rádio disponíveis na época eram adequados para o código Morse, mas inadequados para todo o resto. Os transmissores criavam ondas hertzianas enviando uma faísca através de uma interrupção no circuito. Portanto, o sinal era acompanhado por uma estática crepitante.
Os receptores detectavam esse sinal por meio de um coesor: limalha de metal em um tubo de vidro que, quando exposta a ondas de rádio, coagulava em uma massa contínua, completando assim o circuito. O vidro era então golpeado para dispersar a limalha, preparando o receptor para o próximo sinal. Inicialmente, isso era feito manualmente, mas logo surgiram dispositivos automáticos.
Em 1905, eles começaram a aparecer. , também conhecido como "bigode de gato". Descobriu-se que, simplesmente encostando um fio em um determinado cristal, como silício, pirita de ferro ou Com o advento dos detectores de cristal, tornou-se possível captar sinais de rádio no ar. Os receptores resultantes eram baratos, compactos e acessíveis a todos. Eles estimularam o desenvolvimento do radioamadorismo, especialmente entre os jovens. O súbito aumento no tempo de transmissão levou a problemas, devido ao fato de as ondas de rádio serem divididas entre todos os usuários. Conversas inocentes de radioamadores podiam interferir acidentalmente nas comunicações navais, e alguns vândalos chegaram a transmitir ordens falsas e enviar pedidos de socorro. O governo inevitavelmente teve que intervir. Como o próprio Ambrose Fleming escreveu, o advento dos detectores de cristal
Isso levou imediatamente a um aumento na radiotelegrafia irresponsável devido às travessuras de inúmeros eletricistas amadores e estudantes, o que exigiu uma forte intervenção das autoridades nacionais e internacionais para manter as coisas dentro de limites razoáveis e seguros.
As propriedades elétricas incomuns desses cristais darão origem, eventualmente, a uma terceira geração de interruptores digitais, seguindo os relés e as lâmpadas — interruptores que dominam nosso mundo. Mas tudo a seu tempo. Descrevida a cena, voltemos nossa atenção para o 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 fornecer consultoria especializada na construção de uma usina elétrica, mas posteriormente ele se dedicou a aprimorar o receptor.
Fleming em 1890
Todos sabiam que o coesor era um receptor com baixa sensibilidade, e o detector magnético desenvolvido em Macroni não era muito melhor. Para encontrar um substituto, Fleming decidiu primeiro construir um circuito sensível para detectar ondas hertzianas. Tal dispositivo, mesmo que não fosse um detector em si, seria útil em pesquisas futuras.
Para isso, ele precisava desenvolver uma maneira de medir continuamente a corrente gerada pelas ondas incidentes, em vez de usar um coerente discreto (que mostrava apenas os estados "ligado" — onde as limalhas estavam aglomeradas — ou "desligado"). Mas os dispositivos de medição de corrente existentes — galvanômetros — exigiam uma corrente constante, ou unidirecional, para funcionar. A corrente alternada gerada pelas ondas de rádio mudava de direção tão rapidamente que nenhuma medição seria possível.
Fleming lembrou-se de vários itens interessantes acumulando poeira em seu armário — lâmpadas indicadoras de Edison. Na década de 1880, ele era consultor da Edison Electric Light Company em Londres, trabalhando no problema do escurecimento das lâmpadas. Na época, ele recebeu vários exemplares da lâmpada indicadora, possivelmente de William Preece, o engenheiro elétrico chefe do Serviço Postal Britânico, que acabara de retornar da Exposição Elétrica na Filadélfia. Naquela época, fora dos Estados Unidos, os serviços postais controlavam rotineiramente o telégrafo e o telefone, tornando-se centros de conhecimento em eletricidade.
Mais tarde, na década de 1890, o próprio Fleming estudou o efeito Edison, utilizando lâmpadas obtidas de Preece. Ele demonstrou que o efeito consistia no fluxo de corrente em uma única direção: o potencial elétrico negativo podia fluir do filamento quente para o eletrodo frio, mas não o contrário. Contudo, foi somente em 1904, quando se deparou com a tarefa de detectar ondas de rádio, que ele percebeu que esse fato poderia ser utilizado na prática. O indicador de Edison permitiria apenas a passagem de pulsos unidirecionais de corrente alternada através do espaço entre o filamento e a placa, resultando em um fluxo constante e unidirecional.
Fleming pegou uma única lâmpada, conectou-a em série com um galvanômetro e ligou o transmissor de faísca. Voilà — o espelho girou e o feixe de luz se moveu na escala. Funcionou. Ele conseguiu medir com precisão o sinal de rádio recebido.
Protótipos de válvulas Fleming. O ânodo está localizado no meio do filamento (cátodo quente).
Fleming chamou sua invenção de "válvula" porque ela permitia que a eletricidade fluísse apenas em uma direção. Em termos elétricos mais gerais, era um retificador — uma maneira de converter corrente alternada em corrente contínua. Mais tarde, foi chamado de diodo porque tinha dois eletrodos: um cátodo quente (filamento) que emitia eletricidade e um ânodo frio (placa) que a recebia. Fleming fez vários aprimoramentos no projeto, mas, essencialmente, o dispositivo não era diferente da lâmpada indicadora de Edison. Sua transformação para uma nova qualidade resultou de uma mudança de mentalidade — um fenômeno que já vimos muitas vezes antes. A mudança ocorreu no mundo das ideias dentro da mente de Fleming, não no mundo das coisas fora dela.
A válvula de Fleming em si era útil. Era o melhor dispositivo de campo para medir sinais de rádio e um detector decente por si só. Mas não revolucionou o mundo. O crescimento explosivo da eletrônica só começou depois que Lee de Forest adicionou um terceiro eletrodo e transformou a válvula em um relé.
Ouvindo
Lee de Forest teve uma criação incomum para um estudante de Yale. Seu pai, o reverendo Henry de Forest, era um veterano da Guerra Civil de Nova York, pastor, E ele acreditava firmemente que, como pregador, deveria difundir a luz divina do conhecimento e da justiça. Obedecendo ao chamado do dever, aceitou o convite para se tornar presidente do Talladega College, no Alabama. A faculdade foi fundada após a Guerra Civil pela Associação Missionária Americana, com sede na cidade de Nova York. Seu objetivo era educar e orientar os moradores negros locais. Lá, Lee se viu entre a cruz e a espada: os negros locais o humilhavam por sua ingenuidade e covardia, e os brancos locais – por ser .
Ainda assim, quando jovem, de Forest desenvolveu uma forte autoconfiança. Descobriu um talento para mecânica e invenção — sua locomotiva em escala reduzida tornou-se uma maravilha local. Na adolescência, enquanto estudava em Talladega, decidiu dedicar sua vida à invenção. Depois, já adulto, morando em New Haven, o filho do pastor abandonou o que restava de suas crenças religiosas. Elas foram se dissipando gradualmente com sua introdução ao darwinismo e, por fim, desapareceram com a morte prematura de seu pai. Mas o senso de destino de de Forest jamais o abandonou — ele se considerava um gênio e aspirava ser um novo Nikola Tesla, o rico, famoso e enigmático mago da era da eletricidade. Seus colegas de Yale o consideravam um fanfarrão arrogante. Talvez pudesse ser considerado a pessoa menos popular que já existiu na história.
de Forest, por volta de 1900
Após se formar em Yale em 1899, de Forest escolheu a arte emergente da transmissão de sinais sem fio como seu caminho para a riqueza e a fama. Nas décadas seguintes, ele a perseguiu com grande determinação e confiança, sem hesitação. Tudo começou quando de Forest trabalhou com seu sócio, Ed Smythe, em Chicago. Smythe manteve o empreendimento funcionando com pagamentos regulares e, juntos, desenvolveram seu próprio detector de ondas de rádio, composto por duas placas de metal unidas por um adesivo que de Forest chamava de "goo". Mas de Forest não conseguiu esperar muito para colher os frutos de seu gênio. Ele abandonou Smythe e se associou a um financista obscuro de Nova York chamado Abraham White.Ironicamente, mudou seu nome de nascimento, Schwartz, para esconder seus negócios obscuros. White – (inglês) white, Schwartz – (alemão) black / nota de tradução], inaugurando a De Forest Wireless Telegraph Company.
As operações da empresa eram secundárias para ambos os nossos heróis. White explorou a ignorância das pessoas para enriquecer. Ele extorquiu milhões de investidores que lutavam para acompanhar o esperado boom do rádio. E de Forest, graças aos abundantes fundos provenientes desses "otários", concentrou-se em provar seu gênio desenvolvendo um novo sistema americano de transmissão sem fio (em oposição ao europeu desenvolvido por Marconi e outros).
Infelizmente para o sistema americano, o detector de De Forest não funcionou particularmente bem. Ele resolveu temporariamente esse problema utilizando o projeto patenteado de Reginald Fessenden para um detector chamado "bareador líquido" — dois fios de platina imersos em um banho de ácido sulfúrico. Fessenden entrou com um processo por violação de patente, um caso que ele certamente teria vencido. De Forest não descansou até inventar um novo detector, um que fosse de sua autoria. No outono de 1906, ele anunciou a criação de tal detector. Em duas reuniões distintas do Instituto Americano de Engenheiros Elétricos, De Forest descreveu seu novo detector sem fio, que chamou de "Audion". Mas suas verdadeiras origens são questionáveis.
Durante um tempo, as tentativas de de Forest de construir um novo detector giraram em torno da passagem de corrente elétrica através de uma chama. , que ele acreditava poder ser um condutor assimétrico. A ideia, ao que tudo indica, não teve sucesso. Em algum momento de 1905, ele tomou conhecimento da válvula de Fleming. De Forest convenceu-se de que essa válvula e seu dispositivo baseado em queimador eram essencialmente o mesmo — se você substituísse o filamento incandescente por uma chama e o cobrisse com um bulbo de vidro para confinar o gás, obteria a mesma válvula. Ele desenvolveu uma série de patentes que reconstituíam os passos das invenções que precederam a válvula de Fleming, utilizando detectores de chama a gás. Aparentemente, ele queria reivindicar a prioridade da invenção, anulando a patente de Fleming, visto que o trabalho no queimador de Bunsen era anterior ao de Fleming (já estava em andamento desde 1900).
É impossível afirmar se isso foi autoengano ou fraude, mas o resultado foi a patente de de Forest, em agosto de 1906, para "um recipiente de vidro vazio 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 são atribuídos a Fleming, enquanto a explicação para seu funcionamento é atribuída a de Forest. De Forest acabou perdendo a disputa da patente, embora tenha levado dez anos.
O leitor impaciente pode já estar se perguntando por que estamos dedicando tanto tempo a esse homem cujo gênio autoproclamado consistia em fazer passar as ideias de outras pessoas por suas próprias? A razão reside nas transformações pelas quais Audion passou nos últimos meses de 1906.
Nessa altura, de Forest estava desempregado. White e seus sócios evitaram a responsabilidade no processo de Fessenden criando uma nova empresa, a United Wireless, e emprestando-lhe os ativos da American De Forest por US$ 1. De Forest foi demitido com uma indenização de US$ 1000 e várias patentes sem valor, incluindo a patente do Audion. Acostumado a um estilo de vida luxuoso, ele enfrentou sérias dificuldades financeiras e tentou desesperadamente transformar o Audion em um grande sucesso.
Para entender o que aconteceu em seguida, é importante saber que de Forest acreditava ter inventado o relé — em contraste com o retificador de Fleming. Ele construiu seu Audion conectando uma bateria à placa fria da válvula e acreditava que o sinal no circuito da antena (conectado ao filamento quente) modulava uma corrente mais forte no circuito da bateria. Ele estava errado: não havia dois circuitos; a bateria simplesmente polarizava o sinal da antena, não o amplificava.
Mas esse erro provou ser crucial, pois levou de Forest a experimentar com um terceiro eletrodo na lâmpada, o que desacoplaria ainda mais os dois circuitos desse "relé". Inicialmente, ele adicionou um segundo eletrodo frio ao lado do primeiro, mas depois, talvez influenciado pelos mecanismos de controle usados pelos físicos para redirecionar feixes em dispositivos de raios catódicos, moveu o eletrodo para uma posição entre o filamento e a placa primária. Ele decidiu que essa posição poderia interromper o fluxo de eletricidade, então mudou o formato do terceiro eletrodo de uma placa para um fio ondulado, que lembrava uma grelha — e o chamou de "grade".
Um triodo Audion de 1908. O filamento (rompido) à esquerda é o cátodo, o fio ondulado é a grade e a placa metálica arredondada é o ânodo. Ainda possui a rosca, como uma lâmpada comum.
E isto era verdadeiramente um relé. Uma corrente fraca (semelhante à produzida por uma antena de rádio) aplicada à grade podia controlar uma corrente muito mais forte entre o filamento e a placa, repelindo as partículas carregadas que tentavam passar entre eles. Este detector funcionava muito melhor do que uma válvula, pois não só retificava como também amplificava o sinal de rádio. E, tal como uma válvula (e ao contrário de um coesor), podia produzir um sinal constante, tornando possível a criação não só de um radiotelegrafo, mas também de um radiotelefone (e mais tarde, de transmissões de voz e música).
Na prática, não funcionou particularmente bem. Os Audions de De Forest eram delicados, queimavam com facilidade, apresentavam qualidade inconsistente na fabricação e eram ineficazes como amplificadores. Para que um Audion específico funcionasse corretamente, os parâmetros elétricos do circuito precisavam ser ajustados para se adequarem a ele.
Apesar disso, de Forest acreditava em sua invenção. Ele fundou uma nova empresa, a De Forest Radio Telephone Company, para promovê-la, mas as vendas foram escassas. Seu maior sucesso foi a venda de equipamentos para a Marinha para telefonia entre as unidades navais durante a circum-navegação."Contudo, o comandante da frota, sem tempo para colocar os transmissores e receptores de de Forest em funcionamento e treinar a tripulação em seu uso, ordenou que fossem embalados e armazenados. Além disso, a nova empresa de de Forest, liderada por um seguidor de Abraham White, não era mais conceituada que a anterior. Para piorar a situação, ele logo se viu acusado de fraude."
Durante cinco anos, a Audion não havia conseguido nada. Mais uma vez, o telefone desempenharia um papel fundamental no desenvolvimento do relé digital, desta vez resgatando uma tecnologia promissora, porém não comprovada, à beira do esquecimento.
E de novo o telefone
A rede de longa distância era o sistema nervoso central da AT&T. Ela interligava inúmeras empresas locais e proporcionava uma importante vantagem competitiva após a expiração das patentes da Bell. Ao aderir à rede da AT&T, um novo cliente poderia, teoricamente, contatar todos os outros assinantes a milhares de quilômetros de distância — embora, na realidade, as chamadas de longa distância fossem raras. A rede também fornecia a base material para a ideologia abrangente da empresa: "Uma política, um sistema, serviço universal".
Mas, no início da segunda década do século XX, essa rede atingiu seu limite físico. Quanto mais longos os fios telefônicos se estendiam, mais fraco e ruidoso o sinal se tornava, eventualmente tornando a fala praticamente inaudível. Por causa disso, existiam, na verdade, duas redes da AT&T nos Estados Unidos, separadas pela Divisória Continental.
Para a rede oriental, o ponto de referência era Nova Iorque, e repetidores mecânicos e – um cabo que determinava o alcance da voz humana. Mas essas tecnologias não eram onipotentes. Bobinas alteravam as propriedades elétricas do circuito telefônico, reduzindo a atenuação das frequências da voz – mas só conseguiam reduzi-la, não eliminá-la. Repetidores mecânicos (simplesmente um alto-falante de telefone conectado a um microfone amplificador) adicionavam ruído a cada repetição. A linha de 1911, de Nova York a Denver, estendeu esse cabo ao seu alcance máximo. Não se falava em estender a rede por todo o continente. No entanto, em 1909, John Carty, engenheiro-chefe da AT&T, prometeu publicamente fazer exatamente isso. Ele prometeu fazê-lo em cinco anos – até o momento em que Em São Francisco, em 1915.
A primeira pessoa a tornar tal empreendimento possível com a ajuda de um novo amplificador telefônico não foi um americano, mas o herdeiro de uma rica família vienense com interesse em ciência. Quando jovem, Usando o dinheiro dos pais, ele comprou uma fábrica de telefones e começou a desenvolver um amplificador para conversas telefônicas. Em 1906, ele criou um relé baseado em tubos de raios catódicos, que já eram amplamente utilizados em experimentos de física (e mais tarde se tornaram a base da tecnologia dominante de telas de vídeo do século XX). Um sinal fraco de entrada era controlado por um eletroímã, que desviava o feixe, modulando uma corrente mais forte no circuito principal.
Em 1910, von Lieben e seus colegas, Eugene Reisz e Siegmund Strauss, tomaram conhecimento do Audion de de Forest e substituíram o ímã da válvula por uma grade que controlava os raios catódicos — esse projeto era o mais eficiente e superior a qualquer outro desenvolvido nos Estados Unidos até então. A rede telefônica alemã logo adotou o amplificador de von Lieben. Em 1914, ele possibilitou uma ligação telefônica tensa do comandante do Exército da Prússia Oriental para o quartel-general alemão, localizado a 1000 quilômetros de distância, em Koblenz. Isso forçou o Chefe do Estado-Maior a enviar os generais Hindenburg e Ludendorff para o leste, rumo à glória eterna e com consequências terríveis. Amplificadores semelhantes conectaram posteriormente o quartel-general alemão com os exércitos em campo no sul e no leste, até a Macedônia e a Romênia.
Uma réplica do relé de raios catódicos aperfeiçoado por von Lieben. O cátodo está na parte inferior, o ânodo é a bobina na parte superior e a grade é a folha metálica circular no meio.
No entanto, as barreiras linguísticas e geográficas, bem como a guerra, fizeram com que esse projeto nunca chegasse aos Estados Unidos, e logo outros eventos o suplantaram.
Entretanto, em 1911, de Forest deixou a falida Radio Telephone Company e fugiu para a Califórnia. Lá, conseguiu um emprego na Federal Telegraph Company em Palo Alto, fundada por um graduado de Stanford. De Forest deveria estar trabalhando em um amplificador para aumentar o volume de saída do receptor da Federal Radio. Na realidade, ele, Herbert Van Ettan (um engenheiro de telefonia experiente) e Charles Logwood (um projetista de receptores) estavam criando um amplificador de telefone para que os três pudessem ganhar um prêmio da AT&T, que, segundo rumores, valia US$ 1 milhão.
Para esse fim, de Forest recuperou um Audion do sótão e, em 1912, ele e seus colegas tinham um dispositivo pronto para demonstrar à companhia telefônica. Consistia em vários Audions conectados em série, criando amplificação em vários estágios, juntamente com alguns outros componentes auxiliares. O dispositivo, em princípio, funcionava — conseguia amplificar um sinal o suficiente para ouvir um lenço cair ou um relógio de bolso tiquetaquear. Mas apenas com correntes e voltagens muito baixas para serem úteis para telefonia. À medida que a corrente aumentava, os Audions começavam a emitir um brilho azul e o sinal se transformava em ruído. Mas a companhia telefônica ficou intrigada o suficiente para entregar o dispositivo aos seus engenheiros para ver o que eles poderiam fazer com ele. Aconteceu que um deles, um jovem físico chamado Harold Arnold, sabia exatamente como consertar o amplificador da Federal Telegraph.
Chegou a hora de discutirmos como a válvula e o Audion funcionavam. A principal descoberta necessária para explicar seu funcionamento surgiu no Laboratório Cavendish em Cambridge, o centro intelectual da nova física eletrônica. Lá, em 1899, J. J. Thomson demonstrou, em experimentos com tubos de raios catódicos, que uma partícula com massa, posteriormente conhecida como elétron, conduz corrente do cátodo para o ânodo. Nos anos seguintes, Owen Richardson, um colega de Thomson, desenvolveu essa ideia em uma teoria matemática da emissão termoiónica.
Ambrose Fleming, um engenheiro que trabalhava a uma curta viagem de trem de Cambridge, estava familiarizado com esse trabalho. Ele entendia que sua válvula funcionava por meio da emissão termoiónica de elétrons de um filamento aquecido, atravessando um espaço de vácuo até um ânodo frio. Mas o vácuo na lâmpada indicadora não era profundo o suficiente — para uma lâmpada comum, isso não era necessário. Bastava evacuar oxigênio suficiente para impedir que o filamento se inflamasse. Fleming percebeu que, para a válvula funcionar da melhor maneira, ela precisava ser esvaziada o máximo possível, para que qualquer gás remanescente não interferisse no fluxo de elétrons.
De Forest não entendia isso. Tendo chegado à válvula e ao Audion por meio de experimentos com um bico de Bunsen, sua crença era oposta — que o gás quente e ionizado era o fluido de trabalho do dispositivo e que sua remoção completa o faria parar de funcionar. Era precisamente por isso que o Audion apresentava um desempenho tão errático e insatisfatório como receptor de rádio e por que emitia luz azul.
Arnold, na AT&T, encontrou-se na posição perfeita para corrigir o erro de de Forest. Físico formado por Robert Millikan na Universidade de Chicago, ele foi contratado especificamente para aplicar seu conhecimento da nova física dos elétrons à tarefa de construir uma rede telefônica nacional. Ele sabia que a válvula Audion funcionaria melhor em um vácuo quase perfeito, sabia que as bombas mais modernas podiam atingir esse vácuo e sabia que um novo tipo de filamento revestido de óxido, juntamente com uma placa e grade maiores, também poderia aumentar o fluxo de elétrons. Em resumo, ele transformou a Audion em uma válvula eletrônica, um verdadeiro milagreiro da era eletrônica.
A AT&T havia adquirido o potente amplificador necessário para construir a linha transcontinental — só faltavam os direitos de uso. Os representantes da empresa estavam céticos durante as negociações com de Forest, mas iniciaram uma conversa separada por meio de um advogado independente, que conseguiu adquirir os direitos de uso do Audion como amplificador telefônico por US$ 50.000 (cerca de US$ 1,25 milhão em valores de 2017). A linha Nova York-São Francisco foi inaugurada bem a tempo, mas foi mais um triunfo de virtuosismo técnico e propaganda corporativa do que um meio de comunicação propriamente dito. O custo das ligações era tão exorbitante que quase ninguém conseguia usá-la.
Era eletrônica
A verdadeira válvula eletrônica tornou-se a raiz de uma árvore completamente nova de componentes eletrônicos. Assim como o relé, a válvula eletrônica expandiu continuamente suas aplicações à medida que os engenheiros encontravam novas maneiras de adaptar seu projeto a tarefas específicas. A ascensão da tribo "-ode" não terminou com diodos e triodos. Ela continuou com , que adicionou uma grade adicional que suportava o ganho à medida que os elementos no circuito aumentavam. Então veio , , e até mesmo Surgiram os tiratrons, preenchidos com vapor de mercúrio e emitindo uma estranha luz azul. Tubos em miniatura do tamanho de um dedo mindinho ou até mesmo de uma bolota. Surgiram os tubos de cátodo de aquecimento indireto, nos quais o zumbido de uma fonte de corrente alternada não interrompia o sinal. O livro "Saga da Válvula Eletrônica", que descreve o crescimento da indústria de válvulas eletrônicas até 1930, lista mais de 1000 modelos diferentes por índice — embora muitos deles fossem cópias piratas de marcas não confiáveis: Ultron, Perfectron, Supertron, Voltron, e assim por diante.
Mais importante do que a variedade de formatos era a variedade de aplicações da válvula eletrônica. Circuitos regenerativos transformaram o triodo em um transmissor, produzindo ondas senoidais suaves e constantes, livres de ruídos e faíscas, capazes de transmitir o som perfeitamente. Com um coesor e faíscas, Marconi mal conseguia transmitir um pequeno fragmento de código Morse através do estreito Atlântico em 1901. Em 1915, usando uma válvula eletrônica como transmissor e receptor, a AT&T conseguiu transmitir a voz humana de Arlington, Virgínia, para Honolulu — o dobro da distância. Na década de 1920, combinaram a telefonia de longa distância com a transmissão de áudio de alta qualidade para criar as primeiras redes de rádio. Assim, em breve, toda a nação poderia ouvir a mesma voz no rádio, fosse ela de Roosevelt ou de Hitler.
Além disso, a capacidade de criar transmissores sintonizados em uma frequência precisa e estável permitiu que os engenheiros de telecomunicações realizassem o antigo sonho da multiplexação de frequências, que fascinara Alexander Graham Bell, Edison e outros quarenta anos antes. Em 1923, a AT&T já possuía uma linha de voz de dez canais ligando Nova York a Pittsburgh. A capacidade de transmitir múltiplas vozes por um único fio de cobre reduziu drasticamente o custo das chamadas de longa distância, que sempre fora proibitivo apenas para os indivíduos e empresas mais ricos. Percebendo o potencial das válvulas eletrônicas, a AT&T enviou seus advogados para comprar direitos adicionais de de Forest, garantindo o direito de usar o Audion em todas as aplicações disponíveis. Pagaram-lhe um total de US$ 390.000, o equivalente a aproximadamente US$ 7,5 milhões em valores atuais.
Com tamanha versatilidade, por que as válvulas eletrônicas não dominaram a primeira geração de computadores da mesma forma que dominaram o rádio e outros equipamentos de telecomunicações? É óbvio que um triodo poderia funcionar como uma chave digital tão facilmente quanto um relé. Tão óbvio, aliás, que de Forest chegou a acreditar que havia criado o relé antes mesmo de o ter feito. E o triodo era muito mais responsivo do que um relé eletromecânico tradicional, já que não exigia o movimento físico da armadura. Um relé típico levava alguns milissegundos para comutar, enquanto a mudança na corrente do cátodo para o ânodo devido a uma mudança no potencial da grade era quase instantânea.
Mas as válvulas eletrônicas tinham uma clara desvantagem em relação aos relés: sua tendência, semelhante à de suas antecessoras, as lâmpadas incandescentes, a queimar. A vida útil do Audion original de de Forest era tão curta — cerca de 100 horas — que ele continha um filamento reserva, que precisava ser reconectado após a queima do primeiro. Isso era muito ruim, mas mesmo assim, não se podia esperar que as válvulas eletrônicas da melhor qualidade durassem mais do que alguns milhares de horas. Para computadores com milhares de válvulas eletrônicas e cálculos que duravam horas, isso representava um problema sério.
Os relés, por outro lado, eram, segundo George Stibitz, “fantasticamente confiáveis”. Tanto que ele afirmou que
Se um conjunto de relés em forma de U tivesse começado a operar no ano 1 d.C. e alternasse os contatos uma vez por segundo, ainda estaria funcionando hoje. A primeira falha de contato não seria esperada por pelo menos mil anos, por volta do ano 3000.
Além disso, não havia experiência com o uso de grandes circuitos eletrônicos comparáveis aos circuitos eletromecânicos usados pelos engenheiros de telefonia. Rádios e outros equipamentos podiam conter de 5 a 10 válvulas eletrônicas, mas não centenas de milhares. Ninguém sabia se um computador poderia funcionar com 5000 válvulas eletrônicas. Ao optar por relés em vez de válvulas eletrônicas, os projetistas de computadores fizeram uma escolha segura e conservadora.
Na próxima parte, veremos como e por que essas dúvidas foram superadas.
Fonte: habr.com
