Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Метод передачи и приема сообщений по подводным кабелям отличался от используемого на стандартных телеграфных линиях. Из-за огромной емкости и сопротивления очень длинного кабеля короткие импульсы тока как будто «расплывались» на приемном конце, словно клякса на бумаге. Токи использовались очень слабые, так как чем слабее ток, тем быстрее передача. Со временем зеркальный гальванометр заменил клопфер на приемке сигналов. Зеркало отражает луч света лампы таким образом, что небольшое отклонение рамки, на которой установлено зеркало, дает ощутимое движение – свет становится заметным. В 1870 году зеркало заменили ондулятором с сифонной подачей чернил, созданным сэром Уильямом Томсоном. Этот прибор состоял из витка легкой проволоки, подвешенного между полюсами мощного электромагнита. Движения витка передаются шелковыми нитями к маленькой стеклянной трубке, один конец которой опущен в резервуар с чернилами, а другой оставляет следы на бумажной ленте.

Некоторое представление о роли, которую играла телеграфия в связи, можно получить на основе анализа 650 000 телеграмм, которые британское почтовое ведомство передало всего за одну неделю в 1934 году. Две трети сообщений были коммерческими, одна треть – социальными. Нет никаких сомнений в том, что коммерческая необходимость в быстрой передаче сообщений была главной движущей силой сооружения ранних телеграфных линий в 1840-х годах. Телеграфный бизнес быстро разрастался в XIX веке, но в XX веке пришел в упадок. Главной причиной этого упадка стал телефон.

Стимулы для развития телефона отличались от тех, что привели к появлению телеграфа. К тому времени, как начались работы над телефонной связью, телеграф уже удовлетворял большинство потребностей людей в быстрой передаче информации. Поскольку стимулов было меньше и отсутствовала особая срочность, над созданием телефона трудилось не так много людей. Но все они были изобретателями, наделенными способностями и воображением.

В 1837 году американец Чарльз Графтон Пейдж (1812–1868) из Салема, Массачусетс, обнаружил, что, если происходит быстрая смена магнетизма железа, оно издает музыкальную ноту, имеющую высоту, зависящую от частоты изменения намагниченности. Он назвал эти звуки гальванической музыкой, и многие физики взялись за изучение этого явления в своих лабораториях. Немецкий изобретатель Филипп Рейс из Фридрихсдорфа в 1860 году сконструировал аппарат, с помощью которого мелодия, созданная в одном месте, может передаваться с помощью электричества и воспроизводиться в другом месте. Первый аппарат Рейса состоял из усеченного конуса, вставленного в отверстие в пивной бочке. Меньший конец был закрыт мембраной, на которой была закреплена с помощью воска маленькая платиновая проволока. Проволока была частью цепи аккумуляторной батареи и касалась металлической полоски таким образом, что могла устанавливать и разрывать контакт, когда диафрагма вибрировала, и разрывала цепь батареи с частотой, соответствующей вибрации диафрагмы. Провода цепи батареи вели к катушке, намотанной на вязальную спицу. Быстрое намагничивание и размагничивание этой спицы вызывало звуковые волны частотой звука в диафрагме. В 1861 году во Франкфурте Рейс успешно продемонстрировал передачу музыкальных нот в усовершенствованном аппарате. В 1863 году он писал коллеге: «Если ты приедешь ко мне сюда, я докажу, что слова тоже можно разобрать». Правда, это заявление точно не подтверждено. В любом случае Рейс внес существенный вклад в историю передачи звука.

В 1875 году два человека в США работали над телефонной связью. Они трудились независимо и не подозревая о существовании друг друга. Это Элиша Грей (1835–1901), изобретатель и промышленник из Чикаго, и Александр Белл (1847–1922) из Бостона. Грей создал прибор, очень похожий на устройство Рейса, только использовал маленький железный стержень, прикрепленный одним концом к диафрагме. Другой его конец был погружен в жидкость с низкой проводимостью, являвшуюся частью цепи. Вибрации диафрагмы, двигая стержень вверх и вниз, меняли сопротивление цепи, так что возникший в результате флюктуирующий ток, зависящий от меняющегося сопротивления цепи, соответствовал оригинальным звуковым вибрациям диафрагмы. Флюктуирующий ток шел на ресивер, состоящий из обмотки электромагнита и диафрагмы, на которой располагался небольшой кусочек мягкого железа. Флюктуирующий ток изменял намагниченность и вызывал вибрации железа на диафрагме, которые повторяли вибрации передающей диафрагмы, а значит, звук. 14 февраля 1876 года Грей отправил в патентное бюро Соединенных Штатов заявку на изобретение. Он желал во что бы то ни стало помешать другим людям запатентовать его детище. Белл обратился за патентом на такое же устройство в тот же день, но несколькими часами раньше. Именно он после долгих и ожесточенных тяжб получил патент и славу изобретателя телефона.

Александр Белл, шотландец по рождению, занимался обучением глухих. В 1870 году он эмигрировал из Лондона в Канаду, а через два года переехал в Бостон. Изначально он пытался изобрести инструмент, который позволит глухим видеть произносимые слова, и в 1874 году начал работать над телефоном. Первые результаты показались ему неутешительными. В Вашингтоне он встретил Джозефа Генри, и тот убедил юного изобретателя продолжать работу. Белл сумел не только создать передатчик с жидкостным сопротивлением, но также усовершенствовал магнитный передатчик, железная диафрагма которого, вибрировавшая в магнитном поле, производила изменения в поле, вызывая изменения тока намотки вокруг магнита. Эти изменения тока при передаче на приемник воспроизводили вибрации на передающей диафрагме и тем самым дублировали звук.

10 марта 1876 года Белл произнес первые слова по телефону, которые были четко услышаны на другом конце. Он позвонил в комнату своего помощника и сказал: «Мистер Уотсон, идите сюда, вы мне нужны». Белл пролил кислоту на одежду и нуждался в помощи, но моментально забыл об этом, когда помощник рассказал, как четко слышал его слова. В том же году Белл продемонстрировал свое изобретение на выставке в Филадельфии, где оно привлекло всеобщее внимание. Коммерческий образец телефона был сконструирован в начале 1877 года, и в сентябре в Соединенных Штатах их было уже 1300 штук. Первый коммутатор для соединения телефонов абонентов начал работать в Нью-Хейвене, Коннектикут, 28 января 1878 года (рис. 11.2). Всего там было 22 абонента. В последующие годы вводились многочисленные усовершенствования, и телефон распространился по всему миру.

Побудительных мотивов для изобретения радио, как и в случае с телефоном, было меньше тех, что привели к появлению электромагнитного телеграфа. К 1887 году, когда Герц открыл электромагнитные волны, уже существовали длинные проволочные и кабельные линии, по которым передавались телефонные и телеграфные сообщения. Между тем необходимость посылать сообщения через континенты и моря, особенно с кораблей в море, существовала. Когда изобретатели впервые задумались о радио, изначально речь шла только о передаче из одного пункта в другой, и только после Первой мировой войны люди начали понимать нераскрытые потенциалы радиосвязи.