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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Telefono. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Un telefono è un apparecchio per la trasmissione e la ricezione di suoni (principalmente parole umane) a distanza.
Con invenzione telegrafo risolto il problema della trasmissione di messaggi su lunghe distanze. Tuttavia, il telegrafo poteva inviare solo dispacci scritti. Nel frattempo, molti inventori sognavano un metodo di comunicazione più perfetto e comunicativo, con l'aiuto del quale sarebbe stato possibile trasmettere il suono dal vivo della parola o della musica umana a qualsiasi distanza. I primi esperimenti in questa direzione furono intrapresi nel 1837 dal fisico americano Page. L'essenza degli esperimenti di Page era molto semplice. Ha assemblato un circuito elettrico, che includeva un diapason, un elettromagnete e celle galvaniche. Durante le sue oscillazioni, il diapason apriva e chiudeva rapidamente il circuito. Questa corrente intermittente è stata trasmessa a un elettromagnete, che altrettanto rapidamente ha attratto e rilasciato una sottile sbarra d'acciaio. Come risultato di queste vibrazioni, l'asta produceva un suono canoro simile a quello di un diapason. Pertanto, Page ha dimostrato che in linea di principio è possibile trasmettere il suono utilizzando la corrente elettrica, è solo necessario creare dispositivi di trasmissione e ricezione più avanzati.
La successiva fase importante nello sviluppo della telefonia è associata al nome dell'inventore inglese Reiss. Già durante i suoi anni da studente, Reis si interessò al problema della trasmissione del suono a distanza usando la corrente elettrica. Nel 1860 aveva progettato fino a una dozzina di dispositivi diversi. Il più perfetto di loro aveva la seguente forma. Il trasmettitore era una scatola cava, dotata di una buca A nella parte anteriore e avente un foro nella parte superiore, chiusa da una membrana sottile e ben tesa. Su questa membrana giaceva una sottile lamina di platino p, e in cima c'era la punta di un ago elastico di platino n, che era adattato in modo tale da toccare la piastra p quando la membrana era a riposo. Questo contatto è stato interrotto dalla vibrazione della membrana. Come risultato di questi tocchi trasversali, la corrente che fluiva dalla batteria B attraverso la pinza a nella piastra di platino p e attraverso l'ago n nella seconda pinza è stata chiusa e aperta, da quest'ultima il filo è andato al ricevitore, è passato attraverso la bobina CC e restituita alla batteria tramite il morsetto d e ad essa collegato il filo e. All'interno della spirale era posto un sottile ago di ferro, che era attaccato con le sue due estremità a due cremagliere ff appoggiate sulla tavola del risonatore gg. Le parti hi e ki formavano aggeggi in entrambe le stazioni, con lo scopo di far sapere all'ascoltatore distante che i negoziati erano iniziati. La riproduzione del suono cantato nella tromba LA si basava sul fatto che un raggio di ferro, magnetizzato e smagnetizzato da una corrente elettrica che passava a spirale, cominciava ad oscillare; erano percepiti come un suono corrispondente al suono percepito dal ricevitore e le cui vibrazioni mettono in moto la membrana. La tavola di risonanza serviva ad amplificare il suono. Utilizzando il telefono di Reis, era già possibile trasmettere non solo singoli suoni, ma anche frasi musicali complesse e persino un linguaggio in parte umano. Ma la qualità della trasmissione è rimasta così bassa che spesso era del tutto impossibile distinguere qualcosa. I rumori laterali prodotti dalla chiusura e dall'apertura del circuito soffocavano la trasmissione, ei suoni riprodotti dall'ago d'acciaio erano molto lontani dalle modulazioni della voce umana. Per una chiara trasmissione del suono, era necessario assicurarsi che le piastre sia del trasmettitore che del ricevitore fossero spinte dalla posizione di riposo alla posizione estrema da una corrente la cui intensità aumentasse gradualmente e che, al diminuire, la corrente passerebbe nuovamente attraverso la posizione di riposo originaria. Tutte queste morbide fluttuazioni del timbro del suono, che costituiscono la ricchezza del linguaggio umano, erano completamente inaccessibili al telefono di Reis: l'attrazione qui si è accesa rapidamente ed è rimasta invariata per qualche tempo, per poi interrompersi completamente. Si è rivelato impossibile risolvere il problema della trasmissione del suono solo chiudendo e aprendo il circuito. Passarono altri 15 anni prima che l'inventore scozzese Alexander Bell trovasse un modo migliore per convertire i suoni in segnali elettrici. Di professione, Bell era un'insegnante di bambini sordi e muti. Fin dall'infanzia ha studiato molto l'acustica, lo studio del suono e ha sognato di inventare un telefono. Nel 1870 Bell si trasferì in Canada e nel 1872 negli Stati Uniti. Stabilitosi a Boston, introdusse il sistema del "discorso visibile" da lui sviluppato nella scuola locale per bambini sordi e muti. Fu un grande successo e Bell divenne presto professore alla Boston University. Ora aveva un laboratorio e fondi sufficienti per dedicarsi a lavorare all'invenzione del telefono. Dimenticandosi del sonno, Bell trascorse intere notti seduto sui suoi esperimenti. I suoi primi esperimenti hanno replicato il lavoro di Page. Nell'estate del 1875, Bell e il suo assistente, Thomas Watson, realizzarono un apparato che consisteva in magneti con linguette mobili, azionati dalle fluttuazioni di corrente. Vari dispositivi sono stati inclusi nel circuito con magneti. Watson e Bell erano in stanze adiacenti. Watson ha trasmesso e Bell ha ricevuto. Una volta, quando Watson ha premuto il pulsante all'estremità del filo per attivare il campanello, il contatto è andato male e l'elettromagnete ha tirato il martello del campanello verso se stesso. Watson ha cercato di tirarlo via, a seguito della quale sono emerse vibrazioni attorno al magnete. Il movimento della molla prodotta da Watson cambiava l'intensità della corrente e provocava movimenti oscillatori nella primavera della stazione di fronte nella stanza di Bell, e il filo trasmetteva il debolissimo suono del primo telefono. Così, quasi per caso, Bell ha scoperto che un magnete con un'ancora leggera può essere sia un trasmettitore che un ricevitore di segnale. Dopodiché, non era più difficile trasmettere e riprodurre il suono utilizzando la corrente elettrica. Per capire come ciò avvenga, immagina un magnete permanente e, in prossimità di esso, una piastra di ferro flessibile che vibra sotto l'azione delle onde sonore. Avvicinandosi al polo di un magnete, rafforzerà il suo campo magnetico e allontanandosi da esso, lo indebolirà. (Senza entrare nei dettagli, notiamo che la ragione di ciò sarà lo stesso fenomeno dell'induzione elettromagnetica, di cui si è parlato nel capitolo precedente: è chiaro che in una lastra che si muove in un campo magnetico si formerà una corrente elettrica; questo la corrente creerà il proprio campo magnetico attorno al campo della placca, che si sovrapporrà al campo magnetico del magnete, rafforzandolo o indebolendolo.) Ora mettiamo una bobina di filo sul nostro magnete immaginario. Quando il campo magnetico fluttua nella bobina, si verificherà una corrente elettrica alternata, quindi in una direzione, quindi nell'altra direzione. Facendo passare la corrente ricevuta attraverso gli avvolgimenti di un altro magnete, influenzeremo il suo campo magnetico, che aumenterà o diminuirà anche, e ripeteremo esattamente tutti i cambiamenti che si verificano nel campo magnetico del primo magnete. Se una lastra di ferro viene posta al polo di questo secondo magnete ricevente, o sarà attratta da questo magnete sotto l'azione di un campo magnetico crescente, quindi si allontanerà da essa sotto l'influenza della sua elasticità e allo stesso tempo genererà suono onde simili in tutto a quelle che mettono in moto la prima oscillazione. In realtà, ciò è accaduto nelle circostanze sopra descritte. Il ruolo della piastra di ferro qui è stato svolto dall'armatura flessibile del magnete. Ma era un dispositivo troppo grezzo, incapace di trasmettere molte delle sfumature del suono. Bell iniziò a cercare qualcosa che lo sostituisse. Un amico medico gli suggerì di usare un orecchio umano per gli esperimenti e gli procurò un orecchio da un cadavere. Studiando attentamente la sua struttura, Bell ha scoperto che le onde sonore fanno vibrare il timpano, da cui vengono trasmesse agli ossicini uditivi. Questo lo portò all'idea di realizzare una sottile membrana metallica, accostandola ad un magnete permanente, e convertire così le vibrazioni sonore in elettriche. Ci sono voluti diversi mesi di duro lavoro prima che il telefono parlasse. Solo il 10 marzo 1876, Watson sentì chiaramente le parole di Bell alla stazione di ricezione: "Mr. Watson, per favore, vieni qui, ho bisogno di parlarti". Anche prima, il 14 febbraio, Bell ha presentato una domanda di brevetto per la sua invenzione. Appena due ore dopo di lui, un altro inventore, Elisha Gray, ha presentato la stessa domanda per un apparecchio identico. Tuttavia, il brevetto è stato rilasciato a marzo a Bell, poiché è stato il primo ad annunciare la sua scoperta. (Più tardi, Bell dovette combattere diverse cause legali con Gray e altri inventori, difendendo la sua superiorità. Alla fine, Bell acquistò il diritto di far funzionare il telefono da Gray.) Alla mostra di Filadelfia quell'anno, il telefono di Bell divenne la mostra principale. Da quel momento, nonostante i primi dispositivi fossero ancora molto imperfetti, i telefoni iniziarono a diffondersi rapidamente. Nell'agosto dello stesso 1876 c'erano già circa 800 telefoni in uso e la loro richiesta era in aumento.
Il dispositivo dei primi dispositivi era molto primitivo. Un magnete permanente a forma di bastoncino A era circondato ad un polo da una breve bobina induttiva B di sottile filo di rame, terminata da due fili più spessi CC, che erano collegati da morsetti DD ai fili LL. Ad un polo del magnete è stata posta una piastra EE di lamiera morbida fissata lungo i bordi. Il tutto era incastonato in una cornice di legno, che in parte GG aveva un foro a forma di imbuto sopra la piastra EE, che fungeva da cono sonoro. Nella parte inferiore, la cornice di legno si restringeva, poiché qui conteneva solo un'asta magnetica, fissata nella sua posizione con una vite, e due fili CC. Questo dispositivo potrebbe fungere sia da trasmettitore che da ricevitore. C'era un tale telefono alla stazione del mittente e alla stazione di ricezione. Le loro bobine di induzione erano interconnesse per mezzo di fili LL e morsetti DD. Quando si usa il cono GG come un tubo e si parla in esso, la piastra EE davanti al polo del magnete oscilla; di conseguenza, nella spirale B si formavano correnti induttive, il cui cambiamento corrispondeva alle vibrazioni sonore agenti sulla piastra. Queste correnti scorrevano attraverso i fili LL nella bobina del telefono ricevente e facevano vibrare la membrana. Premendo il cono sull'orecchio, puoi sentire la voce dell'abbonato che parla all'altra estremità del filo. Le correnti di induzione generate dal movimento della membrana erano molto deboli, quindi una comunicazione stabile poteva essere stabilita solo a una distanza di diverse centinaia di metri. Inoltre, le voci degli oratori divennero così basse da essere affogate nel ronzio dell'interferenza. Ci volle il lavoro di moltissimi inventori prima che il telefono diventasse un mezzo di comunicazione affidabile. In generale, il telefono di Bell si è rivelato più capace di convertire le onde di corrente in onde sonore che viceversa. Pertanto, la scoperta dell'effetto microfono nel 1877 da parte dell'inventore inglese Hughes fu molto importante nella storia della telefonia. Nella sua forma originale, il microfono aveva il seguente dispositivo.
Tra due pezzi di carbone C e C', montati sulla piastra B, è stata installata un'asta di carbonio con estremità appuntite. La corrente dell'elemento E passava attraverso questa barra di carbonio e attraverso l'avvolgimento del telefono T. Quando la piastra orizzontale A, che svolgeva il ruolo di risuonatore, veniva scossa, la barra di carbonio si spostava. In questo momento, la sua resistenza alla corrente nei punti di contatto è diminuita e questo, a sua volta, ha prodotto un notevole aumento della forza attuale nel telefono. La membrana iniziò ad oscillare con un'ampiezza maggiore, il che fece amplificare più volte il suono iniziale. Il debole ticchettio dell'orologio posizionato sul supporto è stato percepito come molto forte nel telefono. Anche lo strisciare di una mosca sul piatto è stato riprodotto sotto forma di rumore abbastanza evidente. Nel giro di pochi anni dall'invenzione di Hughes, sono emersi molti diversi design di microfoni. I microfoni che utilizzavano polvere di carbone invece di aste erano ampiamente utilizzati. In questo caso, le vibrazioni della membrana provocavano o una compattazione della polvere o un suo allentamento, per cui la sua resistenza cambiava costantemente. Il telefono collegato al microfono è diventato molto più affidabile, ma è rimasto comunque imperfetto. Le deboli correnti di induzione non sono state in grado di superare la resistenza dei fili di trasmissione. Era necessario aumentare in qualche modo la loro tensione, senza cambiare la natura delle loro vibrazioni. Un'arguta via d'uscita fu trovata dal famoso inventore americano Edison, che propose di utilizzare una bobina a induzione per amplificare la tensione. Quindi l'apparecchio telefonico è stato integrato con un trasformatore. I trasformatori saranno discussi più dettagliatamente in un capitolo successivo. Ora spiegheremo solo il principio del suo lavoro. Se metti due bobine sullo stesso nucleo di ferro e fai passare una corrente alternata attraverso una di esse, nella seconda bobina viene indotta anche una corrente alternata. Diamo un'occhiata più da vicino a questo fenomeno. Il campo magnetico variabile creato dalla prima bobina induce una corrente di una certa tensione in ogni giro della seconda bobina. Le spire della bobina, come già mostrato nel capitolo precedente, possono essere considerate come sorgenti di corrente collegate in serie. Quindi la tensione totale sull'avvolgimento della seconda bobina sarà uguale alla somma delle tensioni di tutte le sue spire. Se vogliamo aumentare la tensione prelevata dalla seconda bobina, dobbiamo aumentare il numero di spire. Quindi, modificando il numero di spire della seconda bobina, possiamo ottenere su di essa una tensione minore, uguale o maggiore rispetto alla prima. Tuttavia, quante volte aumenta la tensione, la corrente diminuisce della stessa quantità, in modo che il loro prodotto nella prima e nella seconda bobina rimanga uguale (infatti, a causa delle inevitabili perdite nella bobina secondaria, questo prodotto è anche leggermente inferiore) . L'effetto trasformatore è stato scoperto contemporaneamente al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, ma poiché nella tecnologia è stata utilizzata per molto tempo solo la corrente continua, all'inizio non ha trovato applicazione. Il telefono si è rivelato essere uno dei primi dispositivi in cui il trasformatore (sotto forma di bobina a induzione) ha guadagnato una certa popolarità. Nell'apparato creato da Edison, il telefono e il microfono erano inclusi in due circuiti separati. La sorgente di corrente, il microfono e l'avvolgimento primario del trasformatore sono collegati qui in un circuito, l'altra bobina e il ricevitore telefonico in un altro. Il principio di funzionamento di questo telefono è chiaro: a causa della vibrazione della membrana, la resistenza nel microfono cambiava continuamente, motivo per cui la corrente continua della batteria è stata convertita in una pulsante. Questa corrente è stata applicata all'avvolgimento primario del trasformatore. Nell'avvolgimento secondario venivano indotte correnti della stessa forma, ma di tensione maggiore. Superavano facilmente la resistenza dei fili e potevano essere trasmessi a distanze considerevoli. Il telefono migliorato in questo modo si diffuse presto.
Inizialmente, i dispositivi comunicavano tra loro a coppie. Non avevano interruttori e chiamate. Per chiamare l'abbonato al dispositivo, hanno semplicemente toccato la membrana con una matita. Successivamente, Edison ha introdotto i campanelli elettrici. Nel 1877 apparve a New Haven (USA) il primo centralino telefonico. L'ordine di connessione qui era il seguente. Un abbonato che voleva parlare con qualsiasi persona o istituzione ha cercato il numero desiderato nel registro degli abbonati e ha chiamato la stazione centrale. Quando quest'ultimo ha risposto, ha segnalato il numero di cui aveva bisogno e, se questo numero non era occupato, l'operatore lo ha collegato alla persona richiesta tramite apposite spine e lo ha informato che la connessione era pronta. Successivamente, l'abbonato si è rivolto alla persona a lui collegata. Alla fine della conversazione, sono stati separati. I contemporanei apprezzarono molto rapidamente la comodità fornita dal telefono. Presto furono costruiti centralini telefonici in tutte le principali città. Allo stesso tempo, la domanda di apparecchi telefonici è cresciuta. Nel 1879 Bell creò la sua compagnia telefonica, che presto si trasformò in una potente azienda. In dieci anni sono stati installati più di 100mila apparecchi telefonici solo negli Stati Uniti e dopo 25 anni erano già più di un milione. Quindi questa cifra è aumentata di un ordine di grandezza. Bell ha vissuto una lunga vita e ha potuto osservare la diffusione della telefonia in tutto il mondo. Morì nel 1922, e nella sua memoria fu onorato una sorta di silenzio: quando la bara con il corpo dell'inventore fu calata nella tomba, tutte le conversazioni telefoniche si interrompevano. Scrivono che negli Stati Uniti in quel momento più di 13 milioni di telefoni erano muti. Autore: Ryzhov KV
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