وأخيرا ، التتابع

تعلمنا في الجزء الأخير من القصة كيف سافر العالم والمعلم الأمريكي جوزيف هنري لأول مرة إلى أوروبا. أثناء زيارته لندن ، سافر عمدًا إلى شخص يحظى باحترام كبير ، عالم الرياضيات تشارلز باباج . جنبا إلى جنب مع هنري كان صديقه ، ألكسندر باخ ، ومعارفه الجديدة ، أيضًا مجرب التلغراف ، تشارلز ويتستون . أخبر باباج الضيوف أنه سيعرض آلة العد الخاصة به على عضو في البرلمان ، ولكن بسرور أكبر شاركهم فكرة آلة جديدة ، "والتي ستتجاوز بشكل كبير قدرات الجهاز الأول". كتب هنري معلومات عامة عن هذه الخطة في مذكراته:

تنقسم هذه الآلة إلى جزأين ، أحدهما يستدعي السيد ب المتجر ، والثاني - الطاحونة. المخزن مملوء بالعجلات مع أرقام مرسومة عليها. بشكل دوري ، تقوم العتلات بسحبها وتحريكها في الطاحونة ، حيث تتم التلاعبات اللازمة. في النهاية ، ستكون هذه الآلة قادرة على جدولة أي صيغة ذات طبيعة جبرية.

المؤرخ لا يسعه إلا أن يشعر بالقشعريرة التي تسير على ظهره من مثل هذه التقاطعات العشوائية في حياة الإنسان. عبر خيطان من تاريخ أجهزة الكمبيوتر هنا ، كان أحدهما على وشك الانتهاء ، والآخر كان قد بدأ للتو.

في الواقع ، على الرغم من أن آلة باباج غالبًا ما يتم تقديمها على أنها بداية لتاريخ أجهزة الكمبيوتر العالمية الحديثة ، إلا أن الاتصال بينها ضعيف إلى حد ما. كانت سيارته (التي لم يبنها قط) تتويجا لحلم الحوسبة الميكانيكية. هذا الحلم ، الذي عبر عنه لايبنتز لأول مرة ، مستوحى من ساعات العمل المتطورة بشكل متزايد التي ابتكرها الحرفيون من نهاية العصور الوسطى. ولكن لم يتم بناء جهاز كمبيوتر واحد للأغراض العامة على ميكانيكا نقية - هذه المهمة معقدة للغاية.

لكن التتابع الكهرومغناطيسي ، الذي صممه هنري وآخرون ، يمكن تنفيذه بسهولة تامة في دوائر الحوسبة ، والتي يبدو من دونها أن تعقيدها لا يمكن تصوره. ومع ذلك ، حتى هذه اللحظة كان لا يزال هناك عقود ، ولم يكن من الممكن توقع مثل هذا التطور من قبل هنري ومعاصريه. أصبح سلف العديد من الترانزستورات التي جعلت العالم الرقمي اليوم متشابكًا جدًا مع حياتنا الحديثة. ملأت المرحلات الدواخل الخاصة بأجهزة الكمبيوتر القابلة للبرمجة التي حكمت لفترة قصيرة حتى تم استبدالها بأقاربها الإلكترونيين البحتين.

تم اختراع المرحلات عدة مرات بشكل مستقل عن بعضها البعض في ثلاثينيات القرن التاسع عشر. كانت أهدافه متنوعة (قدم خمسة من مخترعيه ثلاثة تطبيقات على الأقل) - بالإضافة إلى أمثلة على الاستخدام. ولكن من المناسب التفكير فيه كجهاز مزدوج الاستخدام. يمكن استخدامه كمفتاح للتحكم في جهاز كهربائي آخر (بما في ذلك ، الأهم من ذلك ، مرحل آخر) ، أو كمضخم يحول الإشارة الضعيفة إلى إشارة قوية.

التبديل

جمع جوزيف هنري في شخص واحد المعرفة العميقة في الفلسفة الطبيعية والميكانيكا والاهتمام بمشكلة التلغراف الميكانيكي. في ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، ربما كانت هذه المجموعة من الصفات فقط مع ويتستون. بحلول عام 1831 ، قام ببناء دائرة بطول 2.5 كم قادرة على قيادة الجرس باستخدام أقوى المغناطيس الموجود. ربما إذا استمر في العمل بنشاط على التلغراف ، وأظهر نفس المثابرة التي أظهرها مورس ، لكان اسمه مدرجًا في الكتب المدرسية.

لكن هنري ، أستاذ في أكاديمية ألباني ، ثم في كلية نيو جيرسي (جامعة برينستون الآن) قام ببناء وتحسين الأجهزة الكهربائية للبحث والتدريس والعروض العلمية. لم يكن مهتمًا بتحويل أداة التدريس إلى نظام رسائل.

حوالي عام 1835 ، خرج بمظاهرة بارعة بشكل خاص باستخدام دائرتين. تذكر أن هنري اكتشف بعدين في الكهرباء - الكثافة والكمية (نسميها الجهد والتيار). قام بإنشاء دوائر ذات بطاريات ومغناطيسات مكثفة لنقل الكهرومغناطيسية عبر مسافات طويلة ، ودوائر ذات بطاريات ومغناطيسات كمية لخلق قوى كهرومغناطيسية عالية الطاقة.

وحدته الجديدة ضمت الخواص. يمكن للمغناطيس الكهربائي الكمي القوي رفع حمولة مئات الكيلوغرامات. تم استخدام مغناطيس مكثف في نهاية دائرة طويلة لرفع سلك معدني صغير: مفتاح. تسبب إغلاق الدائرة المكثفة في رفع المغناطيس عن السلك ، وفتح هذا المفتاح والدائرة الكمية. ثم انخفض المغناطيس الكهربائي الكمي فجأة حمولته مع هدير يصم الآذان.

كان هذا التتابع - أي الدور الذي يلعبه مغناطيس شديد وأسلاكه - ضروريًا لإثبات تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، وكذلك كيف يمكن لقوة صغيرة أن تقود قوة كبيرة. أدى الغمر الخفيف للسلك في الحمض لإغلاق الدائرة إلى حركة صغيرة للمفتاح الصغير ، مما أدى إلى كارثة في شكل سقوط معدني ، بكمية كافية لسحق شخص غبي بما يكفي للوقوف تحته. بالنسبة لهنري ، كان التتابع أداة لإظهار المبادئ العلمية. كانت رافعة كهربائية.



ربما كان هنري أول من ربط الدائرتين بهذه الطريقة - من أجل التحكم في الأخرى باستخدام الكهرومغناطيسية لدائرة واحدة. المركز الثاني ، على حد علمنا ، يخص ويليام كوك وتشارلز ويتستون ، على الرغم من أنهما حددا أهدافًا مختلفة تمامًا.

في مارس 1836 ، بعد وقت قصير من حضور مظاهرة التلغراف في هايدلبرغ التي استخدمت إبرة كلفانية لنقل الإشارات ، استلهم كوك صندوق الموسيقى. يعتقد كوك أن استخدام الإبر يدل على الحروف في تلغراف حقيقي يتطلب عدة إبر ، وبالنسبة لهم ستكون هناك حاجة إلى العديد من الخطوط. أراد كوك ، من ناحية أخرى ، للمغناطيس الكهربائي تنشيط آلية يمكن أن تكون معقدة بشكل تعسفي بالفعل في إظهار الحرف المطلوب.

لقد ابتكر سيارة تشبه صندوق الموسيقى ، مع برميل محاط بالعديد من الدبابيس. على جانب واحد من البرميل يجب أن يكون هناك قرص بأحرف. في كل نهاية من خط التلغراف يجب أن يكون مثل هذا المربع. يجب أن يجعل الزنبرك المطوي البرميل يدور ، ولكن في معظم الأحيان سيتم قفله بواسطة سدادة. عندما تضغط على مفتاح التلغراف ، تغلق الدائرة ، والتي تنشط المغناطيسات الكهربائية التي تفتح كل من الأقفال ، وتدور كلتا الماكينتين. عندما يتم عرض الحرف المطلوب على الميزان ، يتم تحرير المفتاح ، وتستقر الأقفال في مكانها وتوقف حركة البراميل. قام كوك ، الذي لا يعرف نفسه ، بإعادة إنشاء النموذج الكرونومي لتلغراف رونالد ، الذي تم اختراعه منذ عقدين ، والتجارب المبكرة لإخوان شاب مع التلغراف (فقط كانوا يستخدمون الصوت ، وليس الكهرباء ، لمزامنة المقاييس).

أدرك كوك أن الآلية نفسها يمكن أن تساعد في حل مشكلة التلغراف القديمة - إخطار الطرف المتلقي برسالة جديدة. للقيام بذلك ، يمكنك استخدام الدائرة الثانية مع مغناطيس كهربائي آخر ، والذي من شأنه تنشيط الجرس الميكانيكي. سيؤدي إغلاق الدائرة إلى سحب السدادة وسيدق الجرس.

في مارس 1837 ، بدأ كوك العمل مع Wheatstone على التلغراف ، وفي هذا الوقت تقريبًا فكروا في الحاجة إلى دائرة ثانية. بدلاً من ترتيب دائرة مستقلة لإشارة تحذير (وتمتد كيلومترات من الأسلاك الإضافية) ، أليس من الأسهل استخدام الدائرة الرئيسية للتحكم في الإشارة؟



بحلول ذلك الوقت ، عاد كوك وويتستون إلى تصميم الإبرة ، وكان من الواضح أنه يمكن توصيل قطعة صغيرة من السلك بالإبرة بحيث عندما ينجذب نهايتها بواسطة مغناطيس كهربائي ، يغلق ذيلها الحلقة الثانية. ستدفع هذه الدائرة الإشارة. بعد فاصل زمني معين ، حيث يمكن لمتلقي الرسالة الحصول على وقت للاستيقاظ ، وإيقاف الإشارة وإعداد قلم وورقة ، يمكن استخدام الإبرة بالفعل لنقل الرسالة في الوضع العادي.

لمدة عامين في قارتين ، مرتين ، مع هدفين مختلفين ، أدرك الناس أن المغناطيس الكهربائي يمكن استخدامه كمفتاح للتحكم في دائرة أخرى. ولكن يمكن للمرء أن يتخيل طريقة مختلفة تمامًا للتفاعل بين الدائرتين.

مضخم صوت

بحلول خريف عام 1837 ، كان صمويل مورس مقتنعًا بأن فكرته عن التلغراف الكهربائي يمكن أن تعمل. باستخدام بطارية ومغناطيس مكثف لهنري ، أرسل رسائل على بعد نصف كيلومتر. ولكن لكي يثبت للكونجرس إمكانية إرسال الرسائل عن طريق التلغراف في جميع أنحاء القارة ، كان بحاجة إلى المزيد. كان من الواضح أنه بغض النظر عن طاقة البطارية ، في مرحلة ما ، ستصبح الدائرة طويلة جدًا بحيث لا يمكنها إرسال إشارة مقروءة إلى نهايتها الأخرى. لكن مورس أدرك أنه على الرغم من الانخفاض القوي في الطاقة مع المسافة ، يمكن للمغناطيس الكهربائي فتح وإغلاق دائرة أخرى تعمل ببطاريته الخاصة ، والتي بدورها يمكن أن تنقل الإشارة أكثر. يمكن تكرار العملية عدة مرات كما تشاء وتغطي مسافات بأي طول. لذلك ، كانت تسمى هذه المغناطيسات المتوسطة "مرحلات" - كمحطات بريدية لتغيير الخيول. تلقوا رسالة كهربائية من شريك ضعيف وحملوها بقوة متجددة.

من المستحيل تحديد ما إذا كانت هذه الفكرة مستوحاة من عمل هنري ، لكن مورس كان بالتأكيد أول من استخدم التتابع لهذا الغرض. بالنسبة له ، لم يكن التتابع مفتاحًا ، ولكنه مكبر للصوت قادر على تحويل إشارة ضعيفة إلى إشارة قوية.



على الجانب الآخر من المحيط الأطلسي ، في نفس الوقت تقريبًا ، توصل إدوارد ديفي ، صيدلي لندن ، إلى فكرة مماثلة. ربما أصبح مهتمًا بالتلغراف حوالي عام 1835. بحلول بداية عام 1837 ، أجرى تجارب منتظمة مع دائرة بطول 1.5 كم في ريجنتس بارك في شمال غرب لندن.

بعد وقت قصير من الاجتماع بين كوك وويتستون في مارس 1837 ، شعر ديفي بالمنافسة وبدأ في التفكير بجدية أكبر في بناء نظام عملي. لاحظ أن قوة انحراف الإبرة الجلفانية انخفضت بشكل ملحوظ مع زيادة طول السلك. كما كتب بعد سنوات عديدة:

ثم اعتقدت أنه حتى أدنى حركة للإبرة على سمك الشعر ستكون كافية لتلامس سطحين معدنيين ، وإغلاق دائرة جديدة ، اعتمادًا على البطارية المحلية ؛ وهكذا يمكن أن تتكرر إلى الأبد.

وصف ديفي هذه الفكرة بتحويل إشارة كهربائية ضعيفة إلى "محدث كهربائي" قوي. لكنه فشل في إدراك هذه الفكرة أو أي فكرة أخرى عن التلغراف. حصل على براءة اختراع تلغراف في عام 1838 ، بغض النظر عن كوك وويستون. ولكن في عام 1839 ، أبحر إلى أستراليا ، هربًا من زواج غير سعيد ، وترك مجال النشاط للمنافسين. اشترت شركة التلغراف الخاصة بهم هذه البراءة بعد بضع سنوات.

التبديلات في العالم

في تاريخ التكنولوجيا ، نولي الكثير من الاهتمام للأنظمة ، ولكن غالبًا ما نتجاهل مكوناتها. نحن نحتفظ بتاريخ التلغراف والهاتف والضوء الكهربائي ، ونغسل منشئوهم في الأشعة الدافئة لموافقتنا. لكن هذه الأنظمة يمكن أن تظهر فقط بسبب الجمع وإعادة التركيب وتعديل العناصر الموجودة التي نمت بهدوء في الظل.

التتابع هو أحد هذه العناصر. تطورت بسرعة واكتسبت التنوع عندما بدأت شبكات التلغراف تنمو بسرعة في أربعينيات وأربعينيات القرن التاسع عشر. خلال القرن التالي ، ظهر في أنواع مختلفة من الأنظمة الكهربائية. كان التعديل الأول هو استخدام مرساة معدنية صلبة ، كما هو الحال في إشارة التلغراف ، لإغلاق الدائرة. بعد إيقاف المغناطيس الكهربائي ، تم فصل المرساة عن الدائرة باستخدام زنبرك. كانت هذه الآلية أكثر موثوقية ودائمة من قطع الأسلاك أو الإبرة. كما تم تطوير النماذج التي تم إغلاقها افتراضيًا ، بالإضافة إلى التصميم الأصلي الذي تم فتحه افتراضيًا.


تتابع نموذجي من أواخر القرن التاسع عشر. يحافظ الزنبرك T على عضو الإنتاج B من الاتصال بجهة الاتصال C. عندما يتم تنشيط المغناطيس الكهربائي M ، فإنه يتغلب على الزنبرك ويغلق الدائرة بين السلك W والاتصال C.

في السنوات الأولى من التلغراف ، نادرًا ما تم استخدام المرحلات كمضخمات أو "ترقيات" ، حيث يمكن لدائرة واحدة أن تمتد لمسافة 150 كم. لكنها كانت مفيدة للغاية لدمج الخطوط الطويلة المنخفضة الحالية مع خطوط الجهد العالي المحلية ، والتي يمكن استخدامها لتشغيل آلات أخرى ، على سبيل المثال ، مسجل مورس.

تصف عشرات براءات الاختراع في الولايات المتحدة الأمريكية في الجزء الثاني من القرن التاسع عشر أنواعًا جديدة من المرحلات وتطبيقاتها الجديدة. التتابع التفاضلي ، الذي قسم الملف بحيث تم تعويض التأثير الكهرومغناطيسي في اتجاه واحد وتم تضخيمه في الاتجاه الآخر ، جعل من الممكن استخدام اتصال تلغراف مزدوج: إشارتان تسيران في اتجاهين متعاكسين على نفس السلك. استخدم توماس إديسون مرحلًا مستقطبًا (أو قطبيًا) لإنشاء رباعية رباعية قادرة على إرسال 4 إشارات في وقت واحد على سلك واحد: اثنان في كل اتجاه. في التتابع المستقطب ، فإن المحرك نفسه كان مغناطيسًا دائمًا استجاب لاتجاه التيار ، وليس للقوة. بفضل المغناطيس الدائم ، كان من الممكن عمل مرحلات مع تبديل جهات الاتصال ، والتي ظلت مفتوحة أو مغلقة بعد التبديل.


تتابع الاستقطاب

بدأت المرحلات ، بالإضافة إلى التلغراف ، في استخدام أنظمة الإشارة للسكك الحديدية. مع ظهور شبكات الطاقة ، بدأ استخدام المرحلات في هذه الأنظمة ، خاصةً كأجهزة حماية.

ولكن حتى هذه الشبكات الطويلة والمعقدة لم تتطلب مرحلات أكثر مما كانت قادرة على توفيره. دخل التلغراف والسكك الحديدية إلى أي مدينة ، ولكن ليس إلى أي مبنى. لديهم عشرات الآلاف من نقاط النهاية ، ولكن ليس لديهم الملايين. لم تهتم أنظمة الطاقة بمكان انتهائها - لقد أعطت التيار للدائرة المحلية فقط ، ويمكن لكل منزل وشركة استلامها لأنفسهم حسب الحاجة.

كان الاتصال الهاتفي مسألة مختلفة تمامًا. كانت الهواتف بحاجة إلى إنشاء اتصال من نقطة إلى أخرى ، من أي من المنازل والمكاتب إلى أي منزل آخر ، وبالتالي كانت بحاجة إلى دوائر تحكم ذات نطاق غير مسبوق. كان الصوت البشري ، الذي يسير على شكل اهتزازات على طول الأسلاك ، إشارة غنية ولكنها ضعيفة. لذلك ، كانت المهاتفة بعيدة المدى تحتاج إلى مضخمات ذات جودة أفضل. اتضح أن المفاتيح يمكن أن تعمل مع هذه المكبرات. تتحكم شبكات الهاتف الآن ، أكثر من أي نظام آخر ، في تطور المفاتيح.

ماذا تقرأ

• جيمس ب. كالفيرت ، "التلغراف الكهرومغناطيسي"
• فرانكلين ليونارد بوب ، "الممارسة الحديثة للتلغراف الكهربائي" (1891).