Die Methode der "schnellen Datenübertragung" oder der Ursprung des Relais

Um die Geschichte des Relais zu studieren, müssen wir zuerst den Ursprung des elektrischen Telegraphen verstehen. Aus dieser Erfindung ist die Geschichte der Telekommunikation gewachsen, die zu einer unerschöpflichen Quelle für digitale Geräte und Informationstechnologie geworden ist. Es erschien erst nach vielen Versuchen, die sich über ein ganzes Jahrhundert erstreckten, „Informationen“ (was wir heute Informationen nennen) mit Elektrizität zu übertragen.

Aber zuerst muss eine wichtige Erklärung gegeben werden - die Menschen, die in der Beschreibung besprochen werden, stellten sich Elektrizität mit völlig anderen Kategorien und Konzepten vor als wir. Unsere Physiklehrbücher packten die bunte Vergangenheit in eine Reihe gekämmter Konzepte und Gleichungen, ausgenommen Jahrhunderte der Entwicklung und Konflikte zwischen verschiedenen philosophischen Schulen. Zum Beispiel hat Om nie die Formel V = IR geschrieben, und Maxwell hat keine Maxwell-Gleichungen erstellt.

Ich werde nicht versuchen, alle Wendungen der intellektuellen Geschichte der Elektrizität zu studieren, aber ich werde versuchen, Ideen in der Form zu präsentieren, in der sie zu dieser Zeit existierten, und nicht so, wie wir im Rückblick versuchen, sie in unsere modernen Ideen zu schieben.

Elektrische Flüssigkeit

Das Phänomen der elektrischen Anziehung ist seit der Antike bekannt. Im VI Jahrhundert vor Christus Thales Miletus zeichnete seine Beobachtungen darüber auf, wie die Reibung eines Stücks Bernstein (auf Griechisch „Elektron“ - benannt nach dem Stern Electra aus der Familie der Plejaden im Sternbild Stier) auf Katzenhaaren feststellte, dass Federn und andere leichte Gegenstände plötzlich von Bernstein angezogen wurden. Aber für viele Jahrhunderte erregte diese Neugier nicht viel Aufmerksamkeit.

Mit dem Wachstum der experimentellen Naturphilosophie im 17. - 18. Jahrhundert zeigten die Wissenschaftler ein viel größeres Interesse an der seltsamen Natur. Nach Aristoteles 'Weltanschauung, die die europäische Philosophie während der gesamten Renaissance beherrschte, konnten nur klar beobachtete Muster zu einem Verständnis der natürlichen Wahrheiten führen. Neue Experimentatoren haben diese Ansicht widerlegt. Francis Bacon schrieb das Gegenteil in seiner Arbeit The Great Restoration of Sciences, 1620:

Ich möchte, dass meine Naturphilosophie nicht nur eine Geschichte freier und unbegrenzter Natur ist (wenn sie sich selbst überlassen bleibt und unabhängig arbeitet), sondern eher eine Geschichte der Natur, die Einschränkungen und Störungen erfährt. Wenn sie nach der Idee und Handlung einer Person aus ihrem natürlichen Zustand gezwungen, komprimiert und transformiert wird. Die Natur der Dinge verrät sich leichter unter dem Einfluss des Menschen als in einem freien Zustand.

Der englische Physiker William Hilbert hat als erster einen Begriff erfunden, der berücksichtigt, dass die „Wirkung“ auf Bernstein Teil eines allgemeineren Phänomens war. In seiner Abhandlung von 1600 "Auf dem Magneten, den Magnetkörpern und dem großen Magneten - der Erde" nannte er dieses Phänomen "elektrifiziert", was "sich wie Bernstein verhalten" bedeutet. Er beschrieb viele verschiedene Substanzen, die die Fähigkeit zeigten, nach dem Reiben andere Dinge anzuziehen, darunter Edelsteine, Glas und Schwefel. Hilbert folgte immer noch dem alten Materiemodell, das aus vier Elementen bestand: Feuer, Luft, Wasser und Erde. Er glaubte, dass es der Wasserteil dieser Substanzen war, der ihnen elektrische Energie gab [Gilbert, On the Magnet, trans. von P. Fleury Mottalay (1893), 74-85; JL Heilbron, Elektrizität im 17. und 18. Jahrhundert (1979), 169-79.]. Aber er konnte sich nicht vorstellen, dass diese Energie jemals zur Übertragung von Nachrichten verwendet werden könnte. Die Schwerkraft wirkte nur auf sehr kurze Distanz.


Hilbert hält eine elektrische Demonstration am Hofe von Königin Elizabeth ab (ein Fragment eines Gemäldes aus dem 19. Jahrhundert)

Zu Beginn des 18. Jahrhunderts erfanden andere neue Methoden zur Stromerzeugung. Es wurde festgestellt, dass es möglich war, eine starke elektrische Kraft zu erzeugen und diese sogar durch einen Faden zu übertragen, indem man seine Hand auf einen sich drehenden Ball legte. Einige Jahre später entdeckte Stephen Gray , dass er diesen Transfer für mehrere hundert Meter durchführen konnte. Andere ähnliche elektrische Maschinen wurden geschaffen.


Schwefelkugelgenerator Otto von Guericke , ca. 1660

Zu dieser Zeit begannen die Wissenschaftler, sich eine Vorstellung von Elektrizität als Flüssigkeit zu machen, die sich ansammelt und dann verbraucht wird und von einem Ort zum anderen fließt. Im Gegensatz zu Gilbert glaubten sie nicht, dass es sich um gewöhnliches Wasser handelte, sondern stellten es sich als eine Art immaterielle Substanz vor. Einige glaubten, dass verschiedene Flüssigkeiten für Licht, Magnetismus und Elektrizität und sogar für das Leben verantwortlich sind. Andere glaubten, dass es nur eine ätherische Flüssigkeit gab, die sich auf unterschiedliche Weise manifestierte.

Die beste Kapazität für diese Flüssigkeit wurde 1746 mit der Erfindung der sogenannten entdeckt. " Leiden Banken ", benannt nach der Stadt, in der es zum ersten Mal berühmt wurde. Diese Vorrichtung bestand in ihrer fertigen Form aus einem Glas, das innen und außen mit einer Metallfolie umwickelt war, und einem Metallblei, das von oben herausragte und mit der Innenfolie verbunden war.



Wenn Sie eine elektrische Maschine an das Terminal anschließen, kann die Dose große Mengen elektrischer Flüssigkeit speichern, als ob sie in eine Dose gegossen würde. Diese Flüssigkeit wurde durch eine starke Entladung abgegeben, wenn der Ausgang mit einer externen Folie verbunden war.

Zu diesem Zeitpunkt war eine wissenschaftliche Subkultur von „Elektrikern“ entstanden. Nachdem man einen elektrischen Generator und ein Leyden-Gefäß erhalten hatte, konnte man leicht mit Elektrizität experimentieren, und es war überhaupt nicht notwendig, die mathematischen Feinheiten der Frage zu studieren; und außerdem war es möglich, farbenfrohe und lebendige Demonstrationen abzuhalten. Ben Franklin , der berühmteste dieser Elektriker, schlug sogar vor, mehrere dieser in einer Kette verbundenen Geräte zu verwenden, um den Truthahn zu töten und dann für das Abendessen vorzubereiten. Er nannte diese Konfiguration mehrerer Dosen "Batterie" (ähnlich einer Batterie von Waffen):

Der Truthahn muss zum Abendessen mit einem Stromschlag getötet und dann mit einer Steckdose vor einem Feuer geröstet werden, das von einer elektrischen Flasche angezündet wird. Für die Gesundheit aller berühmten Elektriker in England, Holland, Frankreich und Deutschland müssen Sie aus geladenen Gläsern unter einer Salve von Waffen aus einer elektrischen Batterie trinken.

Als Wissenschaftler die Fähigkeiten der Leyden-Dose berührten, stellten sie fest, dass elektrische Flüssigkeit über große Entfernungen übertragen werden kann, und es scheint, dass dies sofort geschieht. Experimentatoren haben dies in Experimenten bewiesen, indem sie Ladungen durch verschiedene Medien, einschließlich Flüsse und Seen, gesendet haben. Besonders berühmt waren die französischen Demonstrationen des Abtes Jean-Antoine Nollet. Er schickte eine Entlassung durch 180 Soldaten der Royal Guard und dann entlang einer Kette von Kartäusermönchen mit einer Länge von anderthalb Kilometern. Jeder der Mönche war mit den Nachbarn verbunden und hielt einen Metalldraht in den Händen . Zu diesem Zeitpunkt hatten Experimente bereits gezeigt, dass Metalldrähte das beste Übertragungsmedium sind - dass sie „Leiter“ für Elektrizität sind.

Projektoren

Mit neuen Werkzeugen - reibungsbasierten elektrostatischen Generatoren , Leidener Banken und leitenden Drähten - begannen die Wissenschaftler ihre ersten Versuche, Nachrichten mit Elektrizität zu übertragen. Im Jahr 1753 schickte jemand mit den Initialen CM, dessen Identität nie identifiziert wurde, an Scot's Magazine [eine Zeitschrift, die schottischen Nachrichten gewidmet ist; Die älteste der derzeit veröffentlichten Ausgaben wurde 1739 veröffentlicht. perev. ] sein Plan "Methode zur schnellen Informationsübertragung". Er beschrieb ein System, bei dem für jeden Buchstaben des Alphabets ein Draht verwendet wurde. Am Ende jedes Drahtes befand sich eine Kugel aus schwammigem Pflanzenmaterial. Bei der Übertragung der Ladung durch den Draht sollte eine elektrifizierte Kugel ein entsprechendes Stück Papier mit dem darauf abgebildeten Buchstaben aufnehmen. Es ist nicht bekannt, wer dieser S.M. und ob ein solches Gerät gebaut wurde [EA Marland, Early Electrical Communication (1964), 17-19].

Aber in den nächsten hundert Jahren traten andere in seine Fußstapfen. 1774 schlug der Schweizer Physiker Georges Louis Lesage ein 26-Draht-System vor, das dem des mysteriösen S.M. 26 Buchstaben befanden sich wie ein Cembalo darin [das System stand in seinem Haus und übertrug Nachrichten zwischen zwei Räumen - ca. perev. ]. Er dachte darüber nach, dieses System Friedrich dem Großen vorzustellen , "damit er selbst seine Nützlichkeit zu schätzen weiß", aber selbst wenn er es könnte, war sie vom Monarchen nicht beeindruckt, da nichts mehr über sie bekannt ist.


Wie ein Lesage-Telegraph aussehen könnte (nach einem Stich aus dem 19. Jahrhundert). Achten Sie auf das Elektroauto rechts.

Zwanzig Jahre später schlug der Spanier Don Francisco Salva dem menschlichen Körper ein Nachrichtensystem direkt vor. Der Empfänger musste sich am Kabel festhalten und Nachrichten direkt empfangen, wenn das andere Ende des Kabels die Entladung eines Leyden-Glases akzeptieren würde. Er erklärte nicht, wie er Freiwillige finden konnte, die den ganzen Tag am Draht festhielten und auf einen Stromschlag warteten. Später baute er ein humaneres System, das Funken zwischen Zinnfolienstücken erzeugte, die er dem spanischen Hof demonstrierte [John Joseph Fahie, Eine Geschichte der elektrischen Telegraphie, bis zum Jahr 1837 (1884), 89-91, 101-108].

Es gibt viele weitere Beispiele für diesen Stromverbrauch aus dem 19. Jahrhundert.

Solche Experimentatoren mit einem Telegraphen erschienen an der Peripherie der Elektrowissenschaft. Franklin, Volt, Faraday und andere Wissenschaftler, die die Tiefe der Elektrizität untersuchten, interessierten sich nicht für die Methoden der Informationsübertragung. Es war eine Ära der "Projektoren", Menschen mit grandiosen Plänen, von der Gründung einer schottischen Kolonie an der Landenge von Panama bis zur Verwirklichung des alten Traums der alchemistischen Transmutation. Sie wurden von Jonathan Swift verspottet, der die Akademie in Lagado von Gullivers Reisen mit Menschen füllte, die vergeblich versuchten, die Sonnenstrahlen von Gurken zu extrahieren, und mit anderem Unsinn beschäftigt waren [Jonathan Swift, Gullivers Reisen (1726), pt. 3]. Projektoren wie Lesage und Salva standen mehreren Hindernissen für ein praktisches und effizientes System gegenüber, das Folgendes benötigte:

1. Zuverlässige Quelle. Elektroautos und Leyden-Dosen waren zu wählerische und potenziell gefährliche Geräte, die keinen reibungslosen Strom von elektrischer Flüssigkeit liefern konnten (was wir als konstanten Strom bezeichnen würden). Darüber hinaus gaben sie in modernen Begriffen zu viel Spannung ab, was sich in starken Verlusten an einem schlecht isolierten Draht äußerte.

2. Effektive Möglichkeiten, ein Signal zu erkennen und in eine Sprache zu übersetzen. Das Problem bestand aus zwei Teilen: dem Aufbau eines ausreichend empfindlichen Detektors und der Methode zur Codierung der Sprache in diesem Detektor. Die meisten Elektriker-Projektoren versuchten, die Buchstaben des Alphabets direkt an diesem Ende des Drahtes darzustellen, entweder mit einem Draht für jeden Buchstaben oder mit Geräten wie synchronisierten Rädern oder vielen Nadeln, die auf den gewünschten Buchstaben zeigen.

3. Eine konzeptionelle Plattform, die Experimente in die richtige Richtung führt. Om entwickelte sein berühmtes Gesetz erst 1827 und außerhalb Deutschlands wurde es erst in den 1840er Jahren bekannt. Bis zu diesem Zeitpunkt war es sehr schwer zu verstehen, warum bestimmte Kombinationen von Draht, Stromquelle und Detektor wunderbar funktionierten, während andere völlig versagten.

In den folgenden Abschnitten werden wir herausfinden, wie diese Hindernisse in den nächsten Jahrzehnten überwunden wurden, und zwar hauptsächlich aufgrund von Nebenwirkungen bei der Lösung völlig unterschiedlicher Probleme. Aber zuerst müssen wir ein Gerät betrachten, mit dem alle Versuche, Informationen mit Elektrizität zu übertragen - den Telegraphen - verglichen werden. Denn bis zum Erscheinen des uns allen bekannten Telegraphen gab es ein solches Gerät:



Was zu lesen:

• John Joseph Fahie, Eine Geschichte der elektrischen Telegraphie, bis zum Jahr 1837 (1884)
• Thomas J. Hankins, Wissenschaft und Aufklärung (1985)
• JL Heilbron, Elektrizität im 17. und 18. Jahrhundert (1979)
• EA Marland, Frühe elektrische Kommunikation (1964)