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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Telefone. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Um telefone é um aparelho para transmitir e receber som (principalmente fala humana) à distância.
Com invenção telégrafo resolveu o problema de transmissão de mensagens a longas distâncias. No entanto, o telégrafo só podia enviar despachos escritos. Enquanto isso, muitos inventores sonhavam com um método de comunicação mais perfeito e comunicativo, com o qual seria possível transmitir o som ao vivo da fala humana ou da música a qualquer distância. As primeiras experiências nesse sentido foram realizadas em 1837 pelo físico americano Page. A essência dos experimentos de Page era muito simples. Ele montou um circuito elétrico, que incluía um diapasão, um eletroímã e células galvânicas. Durante suas oscilações, o diapasão rapidamente abria e fechava o circuito. Essa corrente intermitente foi transmitida a um eletroímã, que rapidamente atraiu e liberou uma fina haste de aço. Como resultado dessas vibrações, a vara produzia um som de canto semelhante ao de um diapasão. Assim, Page mostrou que em princípio é possível transmitir som usando corrente elétrica, bastando criar dispositivos de transmissão e recepção mais avançados.
A próxima etapa importante no desenvolvimento da telefonia está associada ao nome do inventor inglês Reiss. Ainda em seus anos de estudante, Reis se interessou pelo problema da transmissão de som à distância usando corrente elétrica. Em 1860, ele havia projetado até uma dúzia de dispositivos diferentes. O mais perfeito deles tinha a seguinte forma. O transmissor era uma caixa oca, equipada com um orifício acústico A na frente e com um orifício na parte superior, fechado por uma membrana fina e bem esticada. Sobre esta membrana havia uma fina placa de platina p, e no topo estava a ponta de uma agulha elástica de platina n, que foi adaptada de tal forma que tocava a placa p quando a membrana estava em repouso. Este contato foi interrompido pela vibração da membrana. Como resultado desses toques transversais, a corrente que flui da bateria B através da pinça a para a placa de platina p e através da agulha n para a segunda pinça foi fechada e aberta, desta última o fio foi para o receptor, passou por a bobina CC e retornou à bateria através do grampo d e conectado a ele fio e. Dentro da espiral foi colocada uma fina agulha de ferro, que foi presa com suas duas extremidades a duas prateleiras ff apoiadas na placa do ressonador gg. As partes hi e ki formavam engenhocas em ambas as estações, destinadas a deixar o ouvinte distante saber que as negociações haviam começado. A reprodução do som cantado na trombeta A baseou-se no fato de que um raio de ferro, sendo magnetizado e desmagnetizado por uma corrente elétrica que passava em espiral, começou a oscilar; eles eram sentidos como um som correspondente ao som que era percebido pelo receptor e cujas vibrações punham a membrana em movimento. A placa de ressonância serviu para amplificar o som. Com o telefone de Reis, já era possível transmitir não apenas sons individuais, mas também frases musicais complexas e até falas parcialmente humanas. Mas a qualidade da transmissão permaneceu tão baixa que muitas vezes era completamente impossível distinguir qualquer coisa. Os ruídos laterais produzidos pela abertura e interrupção do circuito abafavam a transmissão, e os sons produzidos pela agulha de aço estavam muito distantes das modulações da voz humana. Para uma transmissão clara do som, era necessário garantir que as placas do emissor e do receptor fossem conduzidas de sua posição de repouso para a posição extrema por uma corrente, cuja intensidade aumentaria gradualmente e que, ao diminuir, a corrente passaria novamente pela posição de repouso original. Todas essas flutuações suaves no timbre do som, que compõem a riqueza da fala humana, eram completamente inacessíveis ao telefone de Reis - a atração aqui veio rapidamente e permaneceu inalterada por algum tempo, e depois parou completamente. Acabou sendo impossível resolver o problema da transmissão de som apenas fechando e abrindo o circuito. Outros 15 anos se passaram antes que o inventor escocês Alexander Bell encontrasse uma maneira melhor de converter sons em sinais elétricos. Por profissão, Bell era professor de crianças surdas e mudas. Desde a infância, ele estudou muito acústica, o estudo do som e sonhava em inventar um telefone. Em 1870 Bell mudou-se para o Canadá e em 1872 para os EUA. Tendo se estabelecido em Boston, ele introduziu o sistema de "fala visível" desenvolvido por ele na escola local para crianças surdas e mudas. Foi um grande sucesso, e Bell logo se tornou professor na Universidade de Boston. Agora ele tinha um laboratório e fundos suficientes para se dedicar ao trabalho na invenção do telefone. Esquecendo o sono, Bell passou noites inteiras sentado sobre seus experimentos. Seus primeiros experimentos replicaram o trabalho de Page. No verão de 1875, Bell e seu assistente, Thomas Watson, fizeram um aparelho que consistia em ímãs com lingüetas móveis, que eram acionados por flutuações de corrente. Vários dispositivos foram incluídos no circuito com ímãs. Watson e Bell estavam em quartos contíguos. Watson transmitiu e Bell recebeu. Certa vez, quando Watson apertou o botão na ponta do fio para ativar a campainha, o contato falhou e o eletroímã puxou a campainha para si. Watson tentou puxá-lo, como resultado, surgiram vibrações ao redor do ímã. O movimento da mola produzido por Watson mudou a intensidade da corrente e provocou movimentos oscilatórios na mola da estação oposta no quarto de Bell, e o fio transmitiu o som muito fraco do primeiro telefone. Então, por acaso, Bell descobriu que um ímã com uma âncora leve pode ser tanto um transmissor quanto um receptor de sinal. Depois disso, não foi mais difícil transmitir e reproduzir som usando corrente elétrica. Para entender como isso acontece, imagine um ímã permanente e uma placa de ferro flexível próxima, que vibra sob a ação das ondas sonoras. Aproximando-se do pólo de um ímã, ele fortalecerá seu campo magnético e, afastando-se dele, o enfraquecerá. (Sem entrar em detalhes, notamos que a razão para isso será o mesmo fenômeno de indução eletromagnética, que foi discutido no capítulo anterior: é claro que uma corrente elétrica surgirá em uma placa que se move em um campo magnético; isso a corrente criará seu próprio campo magnético ao redor do campo da placa, que será sobreposto ao campo magnético do ímã, fortalecendo-o ou enfraquecendo-o.) Agora vamos colocar uma bobina de fio em nosso ímã imaginário. Quando o campo magnético flutua na bobina, ocorrerá uma corrente elétrica alternada, e depois em uma direção, depois na outra. Ao passar a corrente recebida pelos enrolamentos de outro ímã, influenciaremos seu campo magnético, que também aumentará ou diminuirá, e repetiremos exatamente todas as mudanças que ocorrem no campo magnético do primeiro ímã. Se uma placa de ferro for colocada no pólo deste segundo ímã receptor, ela será atraída por esse ímã sob a ação de um campo magnético crescente, então se afastará dele sob a influência de sua elasticidade e, ao mesmo tempo, gerará som ondas semelhantes em tudo àquelas que puseram em movimento a primeira oscilação. Na verdade, isso aconteceu nas circunstâncias descritas acima. O papel da placa de ferro aqui foi desempenhado pela armadura flexível do ímã. Mas era um dispositivo muito grosseiro, incapaz de transmitir muitas das nuances do som. Bell começou a procurar algo para substituí-lo. Um amigo médico sugeriu que ele usasse uma orelha humana para experimentos e conseguiu uma orelha de um cadáver. Ao estudar cuidadosamente sua estrutura, Bell descobriu que as ondas sonoras vibram no tímpano, de onde são transmitidas para os ossículos auditivos. Isso o levou à ideia de fazer uma fina membrana metálica, colocando-a ao lado de um ímã permanente, e assim converter vibrações sonoras em vibrações elétricas. Levou vários meses de trabalho duro antes que o telefone falasse. Somente em 10 de março de 1876, Watson ouviu claramente as palavras de Bell na estação de recepção: "Sr. Watson, por favor, venha aqui, preciso falar com você". Ainda antes, em 14 de fevereiro, Bell fez um pedido de patente para sua invenção. Apenas duas horas depois dele, outro inventor, Elisha Gray, apresentou o mesmo pedido para um aparelho idêntico. No entanto, a patente foi emitida em março para Bell, pois ele foi o primeiro a anunciar sua descoberta. (Mais tarde, Bell teve que lutar vários processos com Gray e outros inventores, defendendo sua superioridade. No final, Bell comprou o direito de operar o telefone de Gray.) Na exposição da Filadélfia daquele ano, o telefone de Bell se tornou a exposição principal. Desde então, apesar de os primeiros aparelhos ainda serem muito imperfeitos, os telefones começaram a se espalhar rapidamente. Em agosto do mesmo ano de 1876, já havia cerca de 800 telefones em uso, e a demanda por eles era crescente.
O dispositivo dos primeiros dispositivos era muito primitivo. Um ímã permanente em forma de haste A foi cercado em um pólo por uma bobina indutiva curta B de fio de cobre fino, terminada por dois fios mais grossos CC, que foram conectados por grampos DD aos fios LL. Em um pólo do ímã foi colocada uma placa EE de chapa de ferro macia presa ao longo das bordas. Tudo foi colocado em uma moldura de madeira, que em parte GG tinha um buraco em forma de funil acima da placa EE, que servia de cone sonoro. Na parte inferior, a moldura de madeira se estreitava, pois aqui continha apenas uma haste magnética, fixada em sua posição com um parafuso, e dois fios CC. Este dispositivo pode servir tanto como transmissor quanto como receptor. Havia um telefone assim na estação do remetente e na estação receptora. Suas bobinas de indução foram interligadas por meio de fios LL e grampos DD. Quando o cone GG é usado como um tubo e falado nele, a placa EE na frente do pólo do ímã oscila; como resultado, surgiram correntes de indução na espiral B, cuja mudança correspondeu às vibrações sonoras que atuam na placa. Essas correntes fluíam através dos fios LL para a bobina do telefone receptor e faziam a membrana vibrar. Ao pressionar o cone no ouvido, você pode ouvir a voz do assinante falando do outro lado do fio. As correntes de indução geradas pelo movimento da membrana eram muito fracas, de modo que a comunicação estável só podia ser estabelecida a uma distância de várias centenas de metros. Além disso, as vozes dos alto-falantes ficaram tão baixas que foram afogadas no zumbido da interferência. Foi preciso o trabalho de muitos, muitos inventores antes que o telefone se tornasse um meio de comunicação confiável. Em geral, o telefone de Bell acabou sendo mais capaz de converter ondas de corrente em ondas sonoras do que vice-versa. Portanto, a descoberta do efeito do microfone em 1877 pelo inventor inglês Hughes foi muito importante na história da telefonia. Em sua forma original, o microfone tinha o seguinte dispositivo.
Entre dois pedaços de carvão C e C', montados na placa B, foi instalada uma haste de carbono com pontas pontiagudas. A corrente do elemento E passou por essa haste de carbono e pelo enrolamento do telefone T. Quando a placa horizontal A, que fazia o papel de ressonador, foi sacudida, a haste de carbono foi deslocada. Nesse momento, sua resistência à corrente nos pontos de contato diminuiu e isso, por sua vez, produziu um aumento notável na força da corrente no telefone. A membrana começou a oscilar com maior amplitude, o que fez com que o som inicial fosse amplificado várias vezes. O tique-taque fraco do relógio colocado no suporte foi percebido como muito alto no telefone. Até o rastejar de uma mosca no prato foi reproduzido na forma de um ruído bastante perceptível. Poucos anos após a invenção de Hughes, surgiram muitos designs diferentes de microfones. Microfones que usavam pó de carbono em vez de hastes eram amplamente utilizados. Neste caso, as vibrações da membrana causaram a compactação do pó ou o seu afrouxamento, o que fez com que sua resistência mudasse constantemente. O telefone conectado ao microfone ficou muito mais confiável, mas ainda permaneceu imperfeito. As fracas correntes de indução não conseguiram superar a resistência dos fios de transmissão. Era necessário aumentar de alguma forma sua tensão, sem alterar a natureza de suas vibrações. Uma saída espirituosa foi encontrada pelo famoso inventor americano Edison, que propôs usar uma bobina de indução para amplificar a tensão. Assim, o aparelho telefônico foi complementado com um transformador. Os transformadores serão discutidos com mais detalhes em um capítulo posterior. Agora vamos apenas explicar o princípio de seu trabalho. Se você colocar duas bobinas no mesmo núcleo de ferro e passar uma corrente alternada por uma delas, uma corrente alternada também será induzida na segunda bobina. Vamos dar uma olhada mais de perto neste fenômeno. O campo magnético variável criado pela primeira bobina induz uma corrente de uma certa voltagem em cada volta da segunda bobina. As espiras da bobina, conforme já mostrado no capítulo anterior, podem ser consideradas como fontes de corrente conectadas em série. Então a tensão total no enrolamento da segunda bobina será igual à soma das tensões de todas as suas voltas. Se quisermos aumentar a tensão retirada da segunda bobina, devemos aumentar o número de voltas. Assim, alterando o número de voltas na segunda bobina, podemos obter uma tensão menor, igual ou maior que na primeira. No entanto, quantas vezes a tensão aumenta, a corrente diminui na mesma quantidade, de modo que seu produto na primeira e na segunda bobina permanece igual (de fato, devido às inevitáveis perdas na bobina secundária, esse produto é ainda um pouco menor) . O efeito transformador foi descoberto simultaneamente com o fenômeno da indução eletromagnética, mas como apenas a corrente contínua foi usada na tecnologia por muito tempo, não encontrou aplicação a princípio. O telefone acabou por ser um dos primeiros dispositivos onde o transformador (na forma de uma bobina de indução) ganhou alguma popularidade. No aparelho criado por Edison, o telefone e o microfone foram incluídos em dois circuitos separados. A fonte de corrente, o microfone e o enrolamento primário do transformador são conectados aqui em um circuito, a outra bobina e o receptor de telefone em outro. O princípio de funcionamento deste telefone é claro: devido à vibração da membrana, a resistência no microfone mudava constantemente, e é por isso que a corrente direta da bateria foi convertida em pulsante. Esta corrente foi aplicada ao enrolamento primário do transformador. No enrolamento secundário, foram induzidas correntes do mesmo formato, mas de maior tensão. Eles superavam facilmente a resistência dos fios e podiam ser transmitidos a distâncias consideráveis. O telefone melhorou desta forma logo se tornou difundido.
No início, os dispositivos se comunicavam entre si em pares. Eles não tinham interruptores e chamadas. Para chamar o assinante para o dispositivo, eles simplesmente batiam na membrana com um lápis. Posteriormente, Edison introduziu sinos elétricos. Em 1877, a primeira central telefônica apareceu em New Haven (EUA). A ordem de conexão aqui foi a seguinte. Um assinante que queria falar com uma pessoa ou instituição procurou o número necessário na lista de assinantes e ligou para a estação central. Quando este atendeu, ele informou o número que precisava e, se esse número não estivesse ocupado, a operadora o conectou à pessoa necessária usando plugues especiais e o informou que a conexão estava pronta. Depois disso, o assinante voltou-se para a pessoa conectada a ele. Ao final da conversa, eles se separaram. Os contemporâneos rapidamente apreciaram a conveniência proporcionada pelo telefone. Logo foram construídas centrais telefônicas em todas as grandes cidades. Ao mesmo tempo, a demanda por aparelhos telefônicos cresceu. Em 1879, Bell criou sua própria companhia telefônica, que logo se transformou em uma empresa poderosa. Em dez anos, mais de 100 mil telefones foram instalados só nos EUA, e depois de 25 anos já eram mais de um milhão. Então esse número aumentou em uma ordem de magnitude. Bell viveu uma vida longa e foi capaz de observar a disseminação da telefonia ao redor do mundo. Ele morreu em 1922, e uma espécie de momento de silêncio foi homenageado em sua memória: quando o caixão com o corpo do inventor foi baixado à cova, todas as conversas telefônicas pararam. Eles escrevem que nos Estados Unidos naquele momento mais de 13 milhões de telefones estavam silenciosos. Autor: Ryzhov K.V.
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