O método de "transferência rápida de dados" ou a origem do relé

Para estudar a história do relé, precisamos primeiro entender a origem do telégrafo elétrico. A partir desta invenção, a história das telecomunicações cresceu, tornando-se uma fonte inesgotável de dispositivos digitais e tecnologia da informação. Apareceu apenas após muitas tentativas, estendendo-se por um século inteiro, transmitir "informação" (o que agora chamamos de informação) usando eletricidade.

Mas primeiro, uma explicação importante precisa ser feita - as pessoas que serão discutidas na descrição imaginavam eletricidade usando categorias e conceitos completamente diferentes dos nossos. Nossos livros de física agruparam o passado heterogêneo em um conjunto penteado de conceitos e equações, excluindo séculos de desenvolvimento e conflitos entre diferentes escolas filosóficas. Por exemplo, Om nunca escreveu a fórmula V = IR e Maxwell não criou as equações de Maxwell.

Não tentarei estudar todas as voltas e reviravoltas da história intelectual da eletricidade, mas tentarei apresentar idéias da forma em que elas existiam naquele momento, e não da maneira que, olhando para trás, tentamos introduzi-las em nossas idéias modernas.

Fluido elétrico

O fenômeno da atração elétrica é conhecido desde os tempos antigos. No século VI aC Thales Miletus registrou suas observações de como a fricção de um pedaço de âmbar (em grego "elétron" - nomeado após a estrela Electra da família Pleiades da Constelação Touro) nos pêlos de gato, observando que penas e outros objetos de luz de repente começaram a ser atraídos para âmbar. Mas por muitos séculos essa curiosidade não atraiu muita atenção.

Com o crescimento da filosofia natural experimental nos séculos XVII - XVIII, os cientistas começaram a mostrar muito mais interesse na natureza estranha. De acordo com a visão de mundo de Aristóteles, que dominou a filosofia européia durante todo o Renascimento, apenas padrões claramente observados poderiam levar a uma compreensão das verdades naturais. Novos experimentadores refutaram essa visão. Francis Bacon escreveu o oposto em sua obra, A Grande Restauração das Ciências, 1620:

Eu gostaria que minha filosofia natural fosse uma história não apenas de natureza livre e ilimitada (quando é deixada sozinha e funciona independentemente), mas mais de uma história da natureza, passando por limitações e perturbações. Quando, de acordo com a idéia e a ação de uma pessoa, ela é forçada a sair de seu estado natural, comprimida e transformada. A natureza das coisas se trai mais facilmente sob a influência do homem do que quando está em um estado livre.

O físico inglês William Hilbert foi o primeiro a inventar um termo que leva em conta que o "efeito" no âmbar fazia parte de um fenômeno mais geral. Em seu tratado de 1600 “Sobre o imã, os corpos magnéticos e o imã grande - a Terra”, ele chamou esse fenômeno de “eletrificado”, que significa “se comportar como um âmbar”. Ele descreveu muitas substâncias diferentes que mostraram a capacidade de atrair outras coisas após a fricção, incluindo pedras preciosas, vidro e enxofre. Ainda seguindo o modelo antigo da matéria, que consiste em quatro elementos, fogo, ar, água e terra, Hilbert acreditava que era a parte da água dessas substâncias que lhes dava energia elétrica [Gilbert, On the Magnet, trad. por P. Fleury Mottalay (1893), 74-85; JL Heilbron, Eletricidade nos séculos XVII e XVIII (1979), 169-79.]. Mas ele não podia imaginar que essa energia pudesse ser usada para transmitir mensagens. A força da gravidade trabalhava apenas em distâncias muito curtas.


Hilbert realiza uma demonstração elétrica na corte da rainha Elizabeth (um fragmento de uma pintura do século XIX)

No início do século XVIII, novos métodos de geração de eletricidade foram inventados por outros. Verificou-se que, colocando a mão em uma bola giratória, era possível criar uma força elétrica poderosa e até transmiti-la através de um fio. Alguns anos depois, Stephen Gray descobriu que ele poderia realizar essa transferência por várias centenas de metros. Outras máquinas elétricas semelhantes foram criadas.


Gerador de bolas de enxofre Otto von Guericke , aprox. 1660

Naquela época, os cientistas começaram a formar uma idéia da eletricidade como um líquido que se acumula e depois é consumido, fluindo de um lugar para outro. Ao contrário de Gilbert, eles não pensavam que fosse água comum, mas imaginavam que era uma espécie de substância intangível. Alguns acreditavam que vários fluidos diferentes eram responsáveis ​​pela luz, magnetismo e eletricidade, e até pela vida. Outros acreditavam que havia apenas um líquido etéreo que se manifestava de maneiras diferentes.

A melhor capacidade para este líquido foi descoberta em 1746 com a invenção do chamado. " Leiden banks ", nomeado para a cidade onde se tornou famosa. Esse dispositivo, em sua forma acabada, consistia em uma jarra de vidro, envolvida por dentro e por fora com uma folha de metal e com um chumbo de metal saindo de cima, conectado à folha interna.



Se você conectar uma máquina elétrica ao terminal, a lata poderá armazenar grandes quantidades de fluido elétrico, como se fosse despejada em uma lata. Este líquido foi descarregado através de uma forte descarga quando a saída foi conectada a uma folha externa.

Naquela época, uma subcultura científica de "eletricistas" havia aparecido. Tendo obtido um gerador elétrico e uma jarra de Leyden, era possível experimentar facilmente a eletricidade, e não era absolutamente necessário estudar as sutilezas matemáticas da questão; além disso, foi possível realizar demonstrações coloridas e vívidas. Ben Franklin , o mais famoso desses eletricistas, até sugeriu que vários desses dispositivos, conectados em uma cadeia, fossem usados ​​para matar e depois preparar o peru para o jantar. Ele chamou essa configuração de várias latas de "bateria" (semelhante a uma bateria de armas):

O peru deve ser morto no jantar com um choque elétrico e depois assado com uma tomada na frente de um fogo aceso por uma garrafa elétrica. Para a saúde de todos os eletricistas famosos da Inglaterra, Holanda, França e Alemanha, você precisa beber de copos carregados sob uma salva de armas de uma bateria elétrica.

Tocando nas capacidades da lata de Leyden, os cientistas viram que o fluido elétrico pode ser transmitido por longas distâncias e, ao que parece, instantaneamente. Os experimentadores provaram isso em experimentos enviando cargas através de vários meios, incluindo rios e lagos. As manifestações francesas do abade Jean-Antoine Nollet foram especialmente famosas. Ele enviou uma descarga através de 180 soldados da Guarda Real, e depois ao longo de uma cadeia de monges cartuxos com um comprimento de um quilômetro e meio. Cada um dos monges se conectou com os vizinhos, segurando um fio de metal nas mãos . Até então, os experimentos já haviam demonstrado que os fios de metal eram o melhor meio de transmissão - que eram "condutores" de eletricidade.

Projetores

Usando novas ferramentas - geradores eletrostáticos baseados em fricção , bancos de Leiden e fios condutores - os cientistas começaram a fazer suas primeiras tentativas de transmitir mensagens usando eletricidade. Em 1753, alguém com as iniciais CM, cuja identidade nunca foi identificada, enviou para a Scot's Magazine [uma revista dedicada às notícias escocesas; o mais antigo dos atualmente publicados, a primeira edição foi publicada em 1739 - aprox. perev. ] seu plano, "Método para a rápida transferência de informações". Ele descreveu um sistema usando um fio para cada letra do alfabeto. No final de cada fio havia uma bola de material vegetal esponjoso. Ao transferir a carga pelo fio, uma bola eletrificada deveria pegar um pedaço de papel correspondente com a letra representada. Não se sabe quem era esse S.M. e se esse dispositivo foi construído [EA Marland, Early Electrical Communication (1964), 17-19].

Mas, nos cem anos seguintes, outros seguiram seus passos. Em 1774, o físico suíço Georges Louis Lesage propôs um sistema de 26 fios semelhante ao descrito pelo misterioso S.M. 26 cartas estavam localizadas na forma de um cravo [o sistema estava em sua casa e transmitia mensagens entre dois cômodos - aprox. perev. ] Ele pensou em apresentar esse sistema a Frederico, o Grande , "para que ele próprio apreciasse sua utilidade", mas mesmo que pudesse fazê-lo, ela não ficou impressionada com o monarca, já que nada se sabe mais sobre ela.


Como seria um telégrafo de Lesage (de uma gravura do século XIX). Preste atenção ao carro elétrico à direita.

Vinte anos depois, o espanhol Don Francisco Salva propôs um sistema de mensagens diretamente ao corpo humano. O receptor teve que segurar o fio e receber mensagens diretamente quando a outra extremidade do fio aceitaria a descarga de um banco de Leiden. Ele não explicou como poderia encontrar voluntários que segurassem o fio o dia inteiro esperando um choque elétrico. Mais tarde, ele construiu um sistema mais humano que criou faíscas entre pedaços de papel alumínio, que ele demonstrou à corte espanhola [John Joseph Fahie, História da telegrafia elétrica, até o ano de 1837 (1884), 89-91, 101-108].

Existem muitos outros exemplos desse uso de eletricidade do século XIX.

Tais experimentadores com um telégrafo apareceram na periferia da ciência elétrica. Franklin, Volt, Faraday e outros cientistas que investigaram a natureza profunda da eletricidade não estavam interessados ​​nos métodos de transmissão de informações. Era uma era de "projetores", pessoas com planos grandiosos, desde a fundação de uma colônia escocesa no istmo do Panamá até a realização do antigo sonho de transmutação alquímica. Eles foram ridicularizados por Jonathan Swift , que encheu a Academia de Lagado das Viagens de Gulliver com pessoas que tentaram em vão extrair os raios do sol de pepinos e estavam ocupadas com outras bobagens [Jonathan Swift, Viagens de Gulliver (1726), pt. 3] Projetores como Lesage e Salva enfrentaram vários obstáculos a um sistema prático e eficiente que precisava:

1. Fonte confiável. Carros elétricos e latas de Leyden eram dispositivos muito exigentes e potencialmente perigosos, incapazes de fornecer um fluxo suave de fluido elétrico (o que chamaríamos de corrente constante). Além disso, em termos modernos, eles deram muita tensão, o que foi expresso em pesadas perdas em um fio mal isolado.

2. Maneiras eficazes de detectar um sinal e traduzi-lo para um idioma. O problema consistia em duas partes: a construção de um detector suficientemente sensível e o método de codificação da linguagem nesse detector. A maioria dos projetores de eletricistas tentava representar diretamente as letras do alfabeto naquela extremidade do fio, usando um fio para cada letra ou dispositivos como rodas sincronizadas ou muitas agulhas apontando para a letra desejada.

3. Uma plataforma conceitual guiando experimentos na direção certa. Om não desenvolveu sua famosa lei até 1827, e fora da Alemanha ficou conhecida apenas na década de 1840. Até aquele momento, era muito difícil entender por que certas combinações de fio, fonte elétrica e detector funcionavam maravilhosamente, enquanto outras falhavam completamente.

Nas seções a seguir, descobriremos como esses obstáculos foram superados nas próximas décadas e principalmente como resultado de efeitos colaterais na solução de problemas completamente diferentes. Mas primeiro, precisamos considerar um dispositivo com o qual todas as tentativas de transmitir informações usando eletricidade - o telégrafo - serão comparadas. Pois até a aparência do telégrafo familiar a todos nós, havia um dispositivo assim:



O que ler:

• John Joseph Fahie, Uma História da Telegrafia Elétrica, até o ano de 1837 (1884)
• Thomas J. Hankins, Ciência e Iluminação (1985)
• JL Heilbron, Eletricidade nos séculos XVII e XVIII (1979)
• EA Marland, Comunicação Elétrica Antiga (1964)