E finalmente, o revezamento

Na última parte da história, aprendemos como o cientista e professor americano Joseph Henry viajou pela primeira vez à Europa. Visitando Londres, ele dirigiu deliberadamente para uma pessoa profundamente respeitada por ele, o matemático Charles Babbage . Junto com Henry estava seu amigo, Alexander Bach, e seu novo conhecido, também um experimentador de telégrafo, Charles Wheatstone . Babbage disse aos convidados que ele iria demonstrar sua máquina de contagem a um membro do Parlamento, mas com ainda mais prazer ele compartilhou com eles a idéia de sua nova máquina ", que excederá significativamente as capacidades da primeira". Henry escreveu informações gerais sobre esse plano em seu diário:

Esta máquina é dividida em duas partes, uma das quais o Sr. B. chama de loja e a segunda - a fábrica. O armazém está cheio de rodas com números desenhados. Periodicamente, as alavancas as puxam e as movem no moinho, onde são realizadas as manipulações necessárias. No final, esta máquina poderá tabular qualquer fórmula de natureza algébrica.

O historiador não pode deixar de sentir o calafrio percorrendo suas costas por tais cruzamentos aleatórios na vida humana. Dois tópicos da história dos computadores atravessaram aqui, um dos quais estava quase completo e o outro estava apenas começando.

De fato, embora a máquina Babbage seja frequentemente apresentada como o início da história dos computadores universais modernos, a conexão entre eles é bastante fraca. Seu carro (que ele nunca construiu) foi o culminar de um sonho de computação mecânica. Esse sonho, dublado por Leibniz, foi inspirado nos relógios cada vez mais sofisticados, criados por artesãos do final da Idade Média. Mas nem um único computador de uso geral foi construído sobre mecânica pura - essa tarefa é muito complicada.

Mas o relé eletromagnético, concebido por Henry e outros, pode ser facilmente implementado em circuitos de computação, cuja complexidade sem ele parece inimaginável. No entanto, até esse ponto ainda havia décadas, e Henry e seus contemporâneos não podiam prever esse desenvolvimento. Tornou-se o progenitor de inúmeros transistores que tornaram possível o mundo digital de hoje, tão entrelaçado com a nossa vida moderna. Os relés enchiam o interior dos primeiros computadores programáveis ​​que governavam por pouco tempo até serem substituídos por seus parentes puramente eletrônicos.

Os relés foram inventados várias vezes independentemente uns dos outros na década de 1830. Seus objetivos eram diversos (cinco de seus inventores propuseram pelo menos três aplicações) - além de exemplos de uso. Mas é conveniente pensar nele como um dispositivo de uso duplo. Pode ser usado como um interruptor que controla outro dispositivo elétrico (incluindo, principalmente, outro relé), ou como um amplificador que transforma um sinal fraco em um forte.

Switch

Joseph Henry combinou em uma pessoa profundo conhecimento em filosofia natural, mecânica e interesse no problema do telégrafo mecânico. Na década de 1830, esse conjunto de qualidades era, talvez, apenas com Wheatstone. Em 1831, ele construiu um circuito de 2,5 km capaz de acionar um sino usando o ímã mais poderoso que existia. Talvez se ele continuasse trabalhando tão ativamente no telégrafo e mostrasse a mesma perseverança que Morse demonstrou, seu nome teria sido inscrito nos livros didáticos.

Mas Henry, professor da Albany Academy e, depois, da New Jersey College (hoje Universidade de Princeton) construiu e aprimorou dispositivos elétricos para pesquisa, treinamento e demonstrações científicas. Ele não estava interessado em transformar uma ferramenta de ensino em um sistema de mensagens.

Por volta de 1835, ele apresentou uma demonstração particularmente engenhosa usando dois circuitos. Lembre-se de que Henry descobriu duas dimensões na eletricidade - intensidade e quantidade (chamamos de tensão e corrente). Ele criou circuitos com baterias e ímãs intensos para transmitir eletromagnetismo a longas distâncias, e circuitos com baterias e ímãs quantitativos para criar forças eletromagnéticas de alta potência.

Sua nova unidade combinava as duas propriedades. Um poderoso eletroímã quantitativo pode elevar uma carga de centenas de quilos. Um ímã intenso no final de um longo circuito foi usado para levantar um pequeno fio de metal: um interruptor. O fechamento do circuito intenso fez com que o ímã levantasse o fio, e isso abriu o interruptor e o circuito quantitativo. O eletroímã quantitativo repentinamente baixou sua carga com um rugido ensurdecedor.

Esse relé - ou seja, o papel desempenhado por um ímã intenso e seu fio - era necessário para demonstrar a conversão de energia elétrica em energia mecânica, bem como como uma força pequena pode acionar uma força grande. A leve imersão do fio em ácido para fechar o circuito levou a um pequeno movimento do pequeno interruptor, que resultou em uma catástrofe na forma de uma queda de metal, em quantidade suficiente para esmagar alguém que era estúpido o suficiente para ficar embaixo dele. Para Henry, o revezamento era uma ferramenta para demonstrar princípios científicos. Era uma alavanca elétrica.



Henry foi provavelmente o primeiro a conectar os dois circuitos dessa maneira - para controlar o outro usando o eletromagnetismo de um circuito. O segundo lugar, tanto quanto sabemos, pertence a William Cook e Charles Wheatstone, embora eles tenham objetivos completamente diferentes.

Em março de 1836, logo após assistir a uma demonstração telegráfica em Heidelberg que usava uma agulha galvânica para transmitir sinais, Cook foi inspirado pela caixa de música. Cook acreditava que o uso de agulhas que denotam letras em um telégrafo real exigiria várias agulhas e, para elas, vários contornos seriam necessários. Cook, por outro lado, queria que o eletroímã ativasse um mecanismo que já pode ser arbitrariamente complicado na demonstração da letra desejada.

Ele concebeu um carro parecido com uma caixa de música, com um barril cercado por muitos pinos. De um lado do barril deve haver um mostrador com letras. Em cada extremidade da linha do telégrafo deve haver uma caixa desse tipo. Uma mola inclinada deve fazer o cano girar, mas na maioria das vezes será bloqueado por uma rolha. Quando você pressiona a tecla telégrafo, o circuito é fechado, o que ativa os eletroímãs que abrem os dois bloqueios e as duas máquinas giram. Quando a letra desejada é mostrada na balança, a tecla é solta, as travas se encaixam no lugar e interrompem o movimento dos barris. Cook, sem conhecer a si mesmo, recriou o modelo cronológico do telégrafo de Ronald, inventado duas décadas atrás, e os primeiros experimentos dos irmãos Schapp com o telégrafo (somente eles usavam som, não eletricidade, para sincronizar as escalas).

Cook percebeu que o mesmo mecanismo poderia ajudar a resolver o problema do telégrafo de longa data - notificando a parte receptora de uma nova mensagem. Para fazer isso, você pode usar o segundo circuito com outro eletroímã, que ativaria uma campainha mecânica. Fechar o circuito retrairia a tampa e a campainha tocaria.

Em março de 1837, Cook começou a trabalhar junto com Wheatstone em um telégrafo e, nessa época, eles pensaram na necessidade de um segundo circuito. Em vez de organizar um circuito independente para um sinal de aviso (e estender quilômetros de fios extras), não seria mais fácil usar o circuito principal para controlar o sinal?



Naquela época, Cook e Wheatstone haviam retornado ao design da agulha, e estava claro que um pequeno pedaço de fio podia ser conectado à agulha para que, quando sua extremidade fosse atraída por um eletroímã, sua cauda fechasse o segundo laço. Este circuito acionaria o sinal. Após um certo intervalo, durante o qual o destinatário da mensagem pode ter tempo para acordar, desligar o sinal e preparar um lápis e papel, a agulha já pode ser usada para transmitir a mensagem no modo normal.

Por dois anos em dois continentes, duas vezes, com dois objetivos diferentes, as pessoas perceberam que o eletroímã poderia ser usado como uma chave para controlar outro circuito. Mas pode-se imaginar uma maneira completamente diferente de interação entre os dois circuitos.

Amplificador

No outono de 1837, Samuel Morse estava convencido de que sua idéia de um telégrafo elétrico poderia ser executada. Usando a intensa bateria e ímã de Henry, ele enviou mensagens a meio quilômetro de distância. Mas, para provar ao Congresso a possibilidade de transmitir mensagens por telégrafo por todo o continente, ele precisava de muito mais. Ficou claro que, independentemente da energia da bateria, em algum momento o circuito ficaria muito longo para transmitir um sinal legível para sua outra extremidade. Mas Morse percebeu que, apesar de uma forte queda de energia com a distância, o eletroímã podia abrir e fechar outro circuito alimentado por sua própria bateria, que por sua vez poderia transmitir o sinal ainda mais. O processo pode ser repetido quantas vezes você quiser e percorrer distâncias de qualquer tamanho. Portanto, esses ímãs intermediários eram chamados de "relés" - como estações postais para troca de cavalos. Eles receberam uma mensagem elétrica de um parceiro enfraquecido e a levaram adiante com renovado vigor.

É impossível estabelecer se essa idéia foi inspirada pelo trabalho de Henry, mas Morse foi definitivamente o primeiro a usar um relé para esse fim. Para ele, o relé não era um interruptor, mas um amplificador capaz de transformar um sinal fraco em forte.



Do outro lado do Atlântico, na mesma época, Edward Davy , farmacêutico de Londres, teve uma idéia semelhante. Ele provavelmente se interessou pelo telégrafo por volta de 1835. No início de 1837, ele conduzia regularmente experimentos com um circuito de 1,5 km no Regent's Park, no noroeste de Londres.

Logo após a reunião entre Cook e Wheatstone, em março de 1837, Davy sentiu concorrência e começou a pensar mais seriamente na construção de um sistema prático. Ele notou que a força de deflexão da agulha galvânica diminuiu acentuadamente com o aumento do comprimento do fio. Como ele escreveu muitos anos depois:

Então pensei que mesmo o menor movimento da agulha na espessura do cabelo seria suficiente para entrar em contato com duas superfícies metálicas, fechando um novo circuito, dependendo da bateria local; e assim pode ser repetido para sempre.

Davy chamou essa idéia de transformar um sinal elétrico fraco em um forte "atualizador elétrico". Mas ele não conseguiu perceber essa ou qualquer outra idéia sobre o telégrafo. Ele recebeu uma patente de telégrafo em 1838, independentemente de Cook e Wheatstone. Mas em 1839 ele navegou para a Austrália, fugindo de um casamento infeliz, e deixou o campo de atividade para os concorrentes. Sua empresa de telégrafo comprou essa patente alguns anos depois.

Relés no mundo

Na história da tecnologia, prestamos muita atenção aos sistemas, mas geralmente ignoramos seus componentes. Mantemos a história do telégrafo, telefone, luz elétrica, banhamos seus criadores nos raios quentes de nossa aprovação. Mas esses sistemas só poderiam aparecer devido à combinação, recombinação e modificação dos elementos existentes que silenciosamente cresceram na sombra.

O relé é um desses elementos. Ele evoluiu rapidamente e ganhou variedade quando as redes telegráficas começaram a crescer rapidamente nas décadas de 1840 e 1850. Ao longo do século seguinte, ele apareceu em vários tipos de sistemas elétricos. A primeira modificação foi o uso de uma âncora de metal rígida, como em um sinal de telégrafo, para fechar o circuito. Após desligar o eletroímã, a âncora foi desconectada do circuito usando uma mola. Esse mecanismo era mais confiável e durável do que pedaços de arame ou agulha. Modelos que foram fechados por padrão também foram desenvolvidos, além do design original, que foi aberto por padrão.


Revezamento típico do final do século XIX. A mola T evita que a armadura B entre em contato com o contato C. Quando o eletroímã 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 "melhoradores", uma vez que um circuito podia se estender por 150 km. Mas eles foram muito úteis para combinar linhas longas de baixa corrente com linhas locais de alta tensão, que poderiam ser usadas para alimentar outras máquinas, por exemplo, o gravador Morse.

Dezenas de patentes nos EUA na segunda parte do século 19 descrevem novos tipos de relés e suas novas aplicações. O relé diferencial, que dividiu a bobina de modo que o efeito eletromagnético fosse compensado em uma direção e amplificado na outra, possibilitou o uso da comunicação telegráfica duplex: dois sinais viajando em direções opostas no mesmo fio. Thomas Edison usou um relé polarizado (ou polar) para criar um quadruplex capaz de enviar 4 sinais simultaneamente em um fio: dois em cada direção. Em um relé polarizado, a armadura em si era um ímã permanente que respondia à direção da corrente e não à força. Graças aos ímãs permanentes, foi possível fazer relés com contatos de comutação, que após a troca permaneceram abertos ou fechados.


Relé polarizado

Os relés, além do telégrafo, começaram a ser utilizados nos sistemas de sinalização das ferrovias. Com o advento das redes de energia, os relés começaram a ser utilizados nesses sistemas, principalmente como dispositivos de proteção.

Mas mesmo essas redes longas e complexas não exigiam mais relés do que eram capazes de fornecer. O telégrafo e a estrada de ferro entraram em qualquer cidade, mas não em nenhum edifício. Eles tinham dezenas de milhares de terminais, mas não milhões. Os sistemas de energia não se importavam para onde terminavam - eles apenas forneciam corrente ao circuito local, e cada casa e empresa podiam buscá-la por conta própria, conforme necessário.

Telefonia era uma questão completamente diferente. Os telefones precisavam criar uma conexão ponto a ponto, de qualquer uma das casas e escritórios a qualquer outro, e, portanto, precisavam de circuitos de controle em uma escala sem precedentes. A voz humana, viajando na forma de vibrações ao longo dos fios, era um sinal rico, mas fraco. Portanto, a telefonia de longa distância precisava de amplificadores de melhor qualidade. Descobriu-se que os interruptores podem funcionar com esses amplificadores. Agora, as redes telefônicas, mais do que qualquer outro sistema, controlavam a evolução dos switches.

O que ler

• James B. Calvert, "O Telégrafo Eletromagnético"
Franklin Leonard Pope, "Prática Moderna do Telégrafo Elétrico" (1891)