Когда конструировался первый трансатлантический кабель, никто не предполагал, что на электропроводность меди оказывает влияние наличие в ней примесей. От поставщиков требовалась медная проволока заданного диаметра, обладающая достаточной гибкостью. Главное, чтобы металл удовлетворял этим требованиям, остальное не принималось во внимание. Медь как медь, чего же больше?!
Но не так относится к меди инженер-электрик, в частности связист. Для него медь с вкраплением мышьяка или серы не лучший проводник, чем железо. В наше время можно зайти в магазин радио- или электротоваров и купить медную проволоку, не задумываясь о её качестве: она окажется химически более чистой, чем та, которую викторианские учёные получали в лабораториях. Провод, который перенёс первое телеграфное сообщение через Атлантику, был бы с возмущением отвергнут современным конструктором.
Научиться передавать электрические сигналы в желаемых направлениях с минимальными потерями на сопротивление - лишь часть проблемы. Обеспечение надёжной изоляции было на заре телеграфа едва ли не более сложным делом, и кто знает, как бы промышленность вышла из положения, если бы в то время не открыли гуттаперчу.
Строго говоря, гуттаперча не является изолятором в полном смысле слова (абсолютных изоляторов не существует) - она просто очень плохой проводник. На языке цифр электропроводность гуттаперчи в 10 21раз меньше, чем электропроводность меди. Это значит, что через квадрат гуттаперчи со стороной, равной полумиллиону миль, можно пропустить такое же количество тока, как через медный проводник с площадью поперечного сечения в один квадратный дюйм (берутся образцы одинаковой толщины) [35].
Гуттаперча как понятие ближе нашим предкам, чем нам, ибо теперь она повсеместно заменяется современными синтетическими материалами. Сок каучукового дерева, найденного в джунглях Малайи, Борнео и Суматры, появился в Европе в 1843 году и сразу же привлёк внимание своими необычными свойствами. Вскоре этот первый естественный пластик нашел широкое применение. В отличие от резины, он неэластичен и затвердевает при комнатной температуре. Однако в горячей воде он становится податлив, как мастика, а будучи охлаждён, вновь затвердевает. Это свойство позволило придавать гуттаперче желаемую форму. В пятидесятых годах прошлого века на рынке появились различные изделия из гуттаперчи - куклы, домашняя посуда, слуховые трубки, подушечки для иголок, письменные приборы, шахматы "небьющиеся, если даже их бросать на землю", спасательные круги. "Каждый эмигрант должен иметь спасательный круг, а если рейс окончится благополучно, из спасательного круга можно сделать подошвы для обуви".
Довольно любопытно, что гуттаперча впервые была применена для неэлектрической связи на расстояние. Из неё изготавливали так называемые переговорные трубки. Нельзя без улыбки читать рекламные объявления тех дней:
"Маленькие и дешёвые Железнодорожные Переговорные Трубки позволяют партнёрам во время путешествия вести разговор легко и приятно, невзирая на шум, производимый идущим поездом. Разговаривать можно нежным шёпотом, так, чтобы даже соседи не слышали, о чём идёт речь. Переговорные трубки занимают мало места, легко сворачиваются в кольцо и свободно умещаются даже в шляпе".
И в связи с этим надписи в конных омнибусах:
"Приказание, которое кондуктор омнибуса отдаёт кучеру в мягком тоне, экономя энергию лёгких, будет более отчётливо понято последним".
Я понимаю, конечно, что теперь трудно представить себе лондонского кондуктора, говорящего в " спокойном и мягком тоне"даже через гуттаперчевую трубку.
Тем не менее, некоторые врачи утверждали, что используют это изобретение довольно успешно. Один из них писал: "Я провёл переговорную трубку от входной двери до кровати и имею возможность переговариваться со своими пациентами, приходящими в ночное время, не открывая окон, а значит, и не рискуя простудиться на холодном ночном воздухе". (Ох уж этот "холодный ночной воздух"! Как его боялись наши предки!)
Но всё это, безусловно, нельзя было назвать применением гуттаперчи для средств связи. Великий Фарадей был первым, кто понял, что новый материал может помочь решению проблемы электрической изоляции в воде. Попытка применить в качестве изоляции резину не принесла желаемого результата, так как она быстро поддавалась разрушению. Первый кабель, проложенный в 1850 году через Па-де-Кале, был лишь изолирован гуттаперчей. Он не был бронирован и по виду больше походил на обычный провод, чем на кабель. Все последующие кабели на протяжении почти ста лет изолировались именно этим материалом или его разновидностями [36]. И так продолжалось вплоть до тридцатых годов, когда на сцене появился совершенно новый изоляционный материал, причём появился именно тогда, когда электротехника более всего в нём нуждалась.
Долгое время компании по производству подводного кабеля пытались улучшить качество изоляции, которую создала природа, и кое-что в этом направлении им удалось сделать. Но в 1933 году группа учёных английского концерна "Империал Кемикал Индастриз", которая работала в отличной от связи области, открыла материал с такими высокими изоляционными качествами, какими не обладало ни одно природное вещество, применяемое для изоляции. Это открытие оказало существенное влияние на развитие средств связи и внесло много изменений в наш повседневный быт.
Учёные-химики взяли дешёвый природный газ этилен - С 2Н 4- и подвергли его сжатию под давлением более тысячи атмосфер (столь большого давления не бывает даже на океанских глубинах). Результат оказался поразительным. Невидимый газ превратился в воскообразную массу и, когда давление сняли, остался в виде этой массы. Консистенция её не изменилась. Новое, не существовавшее доселе вещество назвали полиэтиленом.
Промышленное производство полиэтилена началось тогда, когда в нём возникла наибольшая потребность, а именно в период второй мировой войны. Полиэтилен понадобился в качестве изоляционного материала для кабелей, входящих в состав различных радиоустановок и, в частности, радиолокационных устройств.
В то время полиэтилен ценился очень высоко, и способ его производства держали в глубокой тайне. В годы войны англичане обнаружили и разбомбили единственный полиэтиленовый завод в Германии. Да и не только в Германии - этот небольшой завод являлся единственным в мире производителем полиэтилена, причём поставлял его как союзникам, так и противникам Германии.
Сегодня полиэтилен известен каждому в виде упаковки для предметов гигиены, небьющихся контейнеров, прозрачных мешков и т.п. Мы делаем из полиэтилена гораздо больше вещей, чем в своё время викторианцы из гуттаперчи. Но, кто знает, может быть, наши потомки будут с таким же недоумением взирать на изделия из полиэтилена, с каким мы смотрим на сделанные в прошлом веке гуттаперчевые переговорные трубки и спасательные круги для эмигрантов.
Первый километр кабеля с полиэтиленовой изоляцией был изготовлен в Англии в 1939 г. Это был опытный подводный кабель связи. С 1940 г. полиэтилен стал применяться для изоляции радиочастотных кабелей. В настоящее время полиэтилен широко внедрён в производство многих видов кебельных изделий - магистральных и местных кабелей связи, силовых и контрольных кабелей, кабелей для сигнализации и блокировки, монтажных проводов.
Полиэтилен обладает редким сочетанием весьма хороших физико-механических, химических и электроизоляционных свойств. Это обстоятельство и обусловило использование полиэтилена в самых разных отраслях промышленности, сельского хозяйства и в быту.
Значительная часть производимого полиэтилена перерабатывается на плёнки толщиной 0,01-0,1 мм, используемые в качестве упаковочного материала для хранения веществ, боящихся увлажнения или, наоборот, высыхания, например удобрений, хлопка, силикагеля, пищевых продуктов, а также различных деталей, аппаратов, инструментов с целью защиты их от коррозии; эту плёнку используют при изготовлении воздушных шаров и аэростатов для полётов в стратосферу.
Из полиэтилена изготовляют всякого рода небьющиеся сосуды бытового и технического назначения, отличающиеся прочностью и небольшим весом. Водопроводные трубы из полиэтилена легче стальных, совершенно не подвержены коррозии, не лопаются при замерзании в них воды. Освоено литьё из полиэтилена не только отдельных деталей, но и целых приборов и аппаоатов. Из полиэтилена изготовляются медицинские инструменты. Он применяется в пластической хирургии и протезной технике.
Раньше полиэтилен получали, ведя реакцию при температуре около 200°С и давлениях 1500-3000 атмосфер. Начиная с 1954 - 1955 гг., полиэтилен научились получать также и при весьма малых давлениях (от атмосферного до нескольких десятков атмосфер) и температуре не более 100°С.
Темпы роста мирового производства полиэтилена необычайно высоки. Если в 1943 г. было произведено 900 т полиэтилена, то через 10 лет его выпуск возрос в 90 раз и достиг в 1953 г. 82000 т. Ещё через 10 лет, в 1963 г., объём производства полиэтилена составил более полутора миллионов тонн, т.е. почти в 2000 раз превысил выпуск 1943 г. В недалёком будущем ежегодное производство полиэтилена превысит 4 млн. т.
Д. Шарле
XV. ПРОВОДА НАЧИНАЮТ ГОВОРИТЬ
Но не так относится к меди инженер-электрик, в частности связист. Для него медь с вкраплением мышьяка или серы не лучший проводник, чем железо. В наше время можно зайти в магазин радио- или электротоваров и купить медную проволоку, не задумываясь о её качестве: она окажется химически более чистой, чем та, которую викторианские учёные получали в лабораториях. Провод, который перенёс первое телеграфное сообщение через Атлантику, был бы с возмущением отвергнут современным конструктором.
Научиться передавать электрические сигналы в желаемых направлениях с минимальными потерями на сопротивление - лишь часть проблемы. Обеспечение надёжной изоляции было на заре телеграфа едва ли не более сложным делом, и кто знает, как бы промышленность вышла из положения, если бы в то время не открыли гуттаперчу.
Строго говоря, гуттаперча не является изолятором в полном смысле слова (абсолютных изоляторов не существует) - она просто очень плохой проводник. На языке цифр электропроводность гуттаперчи в 10 21раз меньше, чем электропроводность меди. Это значит, что через квадрат гуттаперчи со стороной, равной полумиллиону миль, можно пропустить такое же количество тока, как через медный проводник с площадью поперечного сечения в один квадратный дюйм (берутся образцы одинаковой толщины) [35].
Гуттаперча как понятие ближе нашим предкам, чем нам, ибо теперь она повсеместно заменяется современными синтетическими материалами. Сок каучукового дерева, найденного в джунглях Малайи, Борнео и Суматры, появился в Европе в 1843 году и сразу же привлёк внимание своими необычными свойствами. Вскоре этот первый естественный пластик нашел широкое применение. В отличие от резины, он неэластичен и затвердевает при комнатной температуре. Однако в горячей воде он становится податлив, как мастика, а будучи охлаждён, вновь затвердевает. Это свойство позволило придавать гуттаперче желаемую форму. В пятидесятых годах прошлого века на рынке появились различные изделия из гуттаперчи - куклы, домашняя посуда, слуховые трубки, подушечки для иголок, письменные приборы, шахматы "небьющиеся, если даже их бросать на землю", спасательные круги. "Каждый эмигрант должен иметь спасательный круг, а если рейс окончится благополучно, из спасательного круга можно сделать подошвы для обуви".
Довольно любопытно, что гуттаперча впервые была применена для неэлектрической связи на расстояние. Из неё изготавливали так называемые переговорные трубки. Нельзя без улыбки читать рекламные объявления тех дней:
"Маленькие и дешёвые Железнодорожные Переговорные Трубки позволяют партнёрам во время путешествия вести разговор легко и приятно, невзирая на шум, производимый идущим поездом. Разговаривать можно нежным шёпотом, так, чтобы даже соседи не слышали, о чём идёт речь. Переговорные трубки занимают мало места, легко сворачиваются в кольцо и свободно умещаются даже в шляпе".
И в связи с этим надписи в конных омнибусах:
"Приказание, которое кондуктор омнибуса отдаёт кучеру в мягком тоне, экономя энергию лёгких, будет более отчётливо понято последним".
Я понимаю, конечно, что теперь трудно представить себе лондонского кондуктора, говорящего в " спокойном и мягком тоне"даже через гуттаперчевую трубку.
Тем не менее, некоторые врачи утверждали, что используют это изобретение довольно успешно. Один из них писал: "Я провёл переговорную трубку от входной двери до кровати и имею возможность переговариваться со своими пациентами, приходящими в ночное время, не открывая окон, а значит, и не рискуя простудиться на холодном ночном воздухе". (Ох уж этот "холодный ночной воздух"! Как его боялись наши предки!)
Но всё это, безусловно, нельзя было назвать применением гуттаперчи для средств связи. Великий Фарадей был первым, кто понял, что новый материал может помочь решению проблемы электрической изоляции в воде. Попытка применить в качестве изоляции резину не принесла желаемого результата, так как она быстро поддавалась разрушению. Первый кабель, проложенный в 1850 году через Па-де-Кале, был лишь изолирован гуттаперчей. Он не был бронирован и по виду больше походил на обычный провод, чем на кабель. Все последующие кабели на протяжении почти ста лет изолировались именно этим материалом или его разновидностями [36]. И так продолжалось вплоть до тридцатых годов, когда на сцене появился совершенно новый изоляционный материал, причём появился именно тогда, когда электротехника более всего в нём нуждалась.
Долгое время компании по производству подводного кабеля пытались улучшить качество изоляции, которую создала природа, и кое-что в этом направлении им удалось сделать. Но в 1933 году группа учёных английского концерна "Империал Кемикал Индастриз", которая работала в отличной от связи области, открыла материал с такими высокими изоляционными качествами, какими не обладало ни одно природное вещество, применяемое для изоляции. Это открытие оказало существенное влияние на развитие средств связи и внесло много изменений в наш повседневный быт.
Учёные-химики взяли дешёвый природный газ этилен - С 2Н 4- и подвергли его сжатию под давлением более тысячи атмосфер (столь большого давления не бывает даже на океанских глубинах). Результат оказался поразительным. Невидимый газ превратился в воскообразную массу и, когда давление сняли, остался в виде этой массы. Консистенция её не изменилась. Новое, не существовавшее доселе вещество назвали полиэтиленом.
Промышленное производство полиэтилена началось тогда, когда в нём возникла наибольшая потребность, а именно в период второй мировой войны. Полиэтилен понадобился в качестве изоляционного материала для кабелей, входящих в состав различных радиоустановок и, в частности, радиолокационных устройств.
В то время полиэтилен ценился очень высоко, и способ его производства держали в глубокой тайне. В годы войны англичане обнаружили и разбомбили единственный полиэтиленовый завод в Германии. Да и не только в Германии - этот небольшой завод являлся единственным в мире производителем полиэтилена, причём поставлял его как союзникам, так и противникам Германии.
Сегодня полиэтилен известен каждому в виде упаковки для предметов гигиены, небьющихся контейнеров, прозрачных мешков и т.п. Мы делаем из полиэтилена гораздо больше вещей, чем в своё время викторианцы из гуттаперчи. Но, кто знает, может быть, наши потомки будут с таким же недоумением взирать на изделия из полиэтилена, с каким мы смотрим на сделанные в прошлом веке гуттаперчевые переговорные трубки и спасательные круги для эмигрантов.
***
Немного о полиэтилене. Попытки превратить природный газ этилен путём полимеризации в высокомолекулярные продукты делались ещё в прошлом веке. В 1884 г. русский учёный Г.Г. Густавсон осуществил полимеризацию этилена под воздействием бромистого алюминия. Однако на протяжении последующих 50 лет удавалось получать только низкомолекулярные полимеры этилена (молекулярный вес 100-500) - густые жидкости, похожие на смазочные масла. Лишь к 1936 г. английский исследователь Е. Фосетт и советский учёный А.И. Динцес получили твёрдые высокомолекулярные полимеры этилена.Первый километр кабеля с полиэтиленовой изоляцией был изготовлен в Англии в 1939 г. Это был опытный подводный кабель связи. С 1940 г. полиэтилен стал применяться для изоляции радиочастотных кабелей. В настоящее время полиэтилен широко внедрён в производство многих видов кебельных изделий - магистральных и местных кабелей связи, силовых и контрольных кабелей, кабелей для сигнализации и блокировки, монтажных проводов.
Полиэтилен обладает редким сочетанием весьма хороших физико-механических, химических и электроизоляционных свойств. Это обстоятельство и обусловило использование полиэтилена в самых разных отраслях промышленности, сельского хозяйства и в быту.
Значительная часть производимого полиэтилена перерабатывается на плёнки толщиной 0,01-0,1 мм, используемые в качестве упаковочного материала для хранения веществ, боящихся увлажнения или, наоборот, высыхания, например удобрений, хлопка, силикагеля, пищевых продуктов, а также различных деталей, аппаратов, инструментов с целью защиты их от коррозии; эту плёнку используют при изготовлении воздушных шаров и аэростатов для полётов в стратосферу.
Из полиэтилена изготовляют всякого рода небьющиеся сосуды бытового и технического назначения, отличающиеся прочностью и небольшим весом. Водопроводные трубы из полиэтилена легче стальных, совершенно не подвержены коррозии, не лопаются при замерзании в них воды. Освоено литьё из полиэтилена не только отдельных деталей, но и целых приборов и аппаоатов. Из полиэтилена изготовляются медицинские инструменты. Он применяется в пластической хирургии и протезной технике.
Раньше полиэтилен получали, ведя реакцию при температуре около 200°С и давлениях 1500-3000 атмосфер. Начиная с 1954 - 1955 гг., полиэтилен научились получать также и при весьма малых давлениях (от атмосферного до нескольких десятков атмосфер) и температуре не более 100°С.
Темпы роста мирового производства полиэтилена необычайно высоки. Если в 1943 г. было произведено 900 т полиэтилена, то через 10 лет его выпуск возрос в 90 раз и достиг в 1953 г. 82000 т. Ещё через 10 лет, в 1963 г., объём производства полиэтилена составил более полутора миллионов тонн, т.е. почти в 2000 раз превысил выпуск 1943 г. В недалёком будущем ежегодное производство полиэтилена превысит 4 млн. т.
Д. Шарле
XV. ПРОВОДА НАЧИНАЮТ ГОВОРИТЬ
Утром 4 августа 1922 года вся система телефонной связи в Соединённых Штатах и в Канаде на одну минуту была выключена в знак прощания с человеком, который дал ей жизнь и которого в этот момент опускали в могилу на мысе Бретон, в Новой Шотландии, в Канаде.
Телефон, видимо, был последним, так сказать, "несложным", но потрясшим мир изобретением. "Несложным" потому, что его изготовление было под силу любителю, располагавшему весьма ограниченным набором материалов. В те времена толковали, что если бы Белл хоть что-нибудь понимал в электротехнике, он и не пытался бы создать такой нелепый прибор.
Но это и неверно и несправедливо. Белл знал, что делал, хотя и удивился, что достиг результата столь простым способом. Если бы мы попытались перенестись на сотню лет назад и представить, что наш уровень знаний соответствует тому времени, каждый из нас решил бы, что для передачи речи на большие расстояния, если это вообще возможно, требуется очень сложное оборудование.
Человеческая речь - весьма сложный комплекс сигналов, гораздо сложнее, чем обыкновенные точки и тире, используемые в телеграфном коде. Грэхем Белл знал это лучше других, так как был, так же как и отец его и дед, профессором ораторского искусства.
Когда мы говорим, в окружающей среде - воздухе - возникают краткие или продолжительные колебания, так называемые звуковые волны. Частота колебаний этих волн охватывает очень широкий диапазон. Нормальная речь содержит частоты от 50 периодов в секунду, или герц, что соответствует глубокому басу, до 5000 периодов, соответствующих высокому сопрано, - иными словами, человеческий голос охватывает диапазон от единицы до ста или почти семь октав [37].
Более того, речь не содержит ни одного звука в чистом виде, какой, например, издаёт камертон или струна скрипки. Человеческий голос состоит из комплекса звуков различных частот, одновременное звучание которых придаёт ему индивидуальность, или тембр. Мы узнаём друг друга по голосу, ибо наши уши в состоянии воспринимать и различать все эти частоты так же, как благодаря нервным окончаниям нёба мы различаем вкус бренди, молока или пива. Если бы люди изъяснялись друг с другом посредством "чистых тонов", они давно нашли бы способ обмениваться информацией на расстоянии так же быстро, как мы это делаем теперь. Правда, тогда говорящие не могли бы определить по голосу, с кем они разговаривают.
Любой метод передачи человеческой речи на расстояние требует, чтобы из одной точки в другую без искажений транслировалась довольно широкая полоса частот. К счастью для инженеров связи, мы можем при передаче нормальной человеческой речи понимать друг друга и узнавать голоса, не используя самых нижних и самых верхних частот, ограничивая полосу частот пределами от 200 до 2000 герц [38].
В том случае, если нам требуется очень точное воспроизведение голоса, что вряд ли необходимо для телефонных разговоров, мы прибегаем к воспроизведению нижних и верхних частот.
Хотя изложенное выше и представляет в настоящее время лишь исторический интерес, всё же стоит отметить, что человеческая речь может быть передана на довольно большое расстояние чисто механическим способом, без применения электричества. Мы уже упоминали о переговорных трубках, которые, хотя и в ограниченном количестве, до сих пор применяются в машинных отделениях судов и ещё кое-где. В восьмидесятых годах в тщетной попытке конкурировать с изобретением Белла на сцену выступил "проволочный телефон". Он иногда встречается и сейчас в виде детской игрушки, но и только. Такой телефон изготовлялся из пары лёгких и тонких диафрагм, соединённых металлическим проводом. Под действием звука диафрагма вибрировала, и речь передавалась по проводу, который не обязательно туго натягивать и можно прокладывать по земле и под водой. Считалось, что передача речи возможна на расстояние до пяти километров, однако практически оно ограничивалось пятьюстами метрами.
Одно время даже делались попытки организовать с помощью этого изобретения постоянную сигнальную систему. Предполагалось, что определённые лица, заинтересованные в каком-нибудь одном деле, будут общаться друг с другом посредством проволочного телефона. В наше время остаётся только удивляться наивности таких предложений.
Примечательно, что само слово "телефон" появилось на свет ещё до рождения Грэхема Белла. Его впервые употребил профессор Уитстон [39]уже в 1840 году, назвав так приспособление, с помощью которого можно было передавать музыкальные звуки на короткие расстояния, используя деревянные рейки.
В семидесятые годы многие изобретатели делали попытки транслировать человеческую речь с помощью электричества, и вопрос, кто из них будет первенствовать в этом деле, был вопросом времени. Доказательством служит тот факт, что американское бюро патентов получило заявку электротехника Элиши Грэя 1835-1901) на изобретение телефона часом-двумя позже, чем заявку Грэхема Белла. В то же время Белл был первым, кто не только изготовил телефон и запатентовал его как изобретение, но и публично продемонстрировал его практическое применение.
Другие были близки к этому, но их работы не получили известности, и им не удалось успешно их завершить. Таким образом, именно Грэхем Белл получил известность и вошёл в историю, а имена его соперников можно встретить лишь в примечаниях книг по истории телефонии. В соревнованиях на первенство в изобретениях или научных открытиях второго приза не существует.
Грэхем Белл родился в Эдинбурге (Шотландия) в 1847 году; когда два его брата умерли от туберкулёза, а у него были обнаружены признаки этой болезни, семья переехала в Канаду. К этому времени Беллу исполнилось 23 года, а так как умер он в возрасте 75 лет, нет сомнения, что переезд в Канаду благотворно сказался на его здоровье. Сначала он поселился в Брантфорде около Торонто, а затем переехал в Бостон, где стал профессором вокальной физиологии - в те времена так громко назывался учитель, преподающий методику речи, постановку голоса и основы ораторского искусства. В Бостоне в 1875-1876 годах и был изобретён телефон, хотя Белл в тот период работал над совершенно другим изобретением - так называемым "гармоническим телеграфом". Нельзя не обратить внимания на эту идею, так как она в зародыше представляет собой принцип современной многоканальной дальней связи, в частности связи по трансатлантическим телефонным кабелям.
Александр Грэхем Белл в год изобретения им телефона
Белл пытался усовершенствовать метод одновременной посылки нескольких телеграфных сигналов по одному проводу. Для этой цели он в качестве передающего и приёмного устройств использовал наборы металлических вибрирующих "язычков" (пластинок), каждый из которых воспроизводил определённый музыкальный звук. На концах "язычков" Белл сделал контакты, которые при вибрации соединялись или разъединялись с контактами электрической цепи, и пропущенный через передающее устройство электрический ток должен был прерываться. Все сигналы передавались бы одновременно, но каждый принимающий "язычок" воспринимал только свой сигнал, соответствующей частоты, а остальные сигналы игнорировал. Таким образом, сигналы должны были отбираться в соответствии с их частотой, примерно так, как это бывает, когда мы настраиваем современный приёмник на нужную радиостанцию.
Рисунки к патентной заявке Белла.
Прослеживается трансформацмя "гармонического телеграфа"
Это случилось второго июня 1875 года. Белл настраивал одну из пластинок своего приёмного устройства; его помощник Томас Ватсон, находившийся в другой комнате, на расстоянии около 18 метров, наблюдал за передающим устройством. Передающая пластинка застряла, и Ватсон попытался освободить её, но безуспешно. Контакты на пластинке расплавились, так как не сработали на разъединение и подверглись воздействию постоянного тока вместо переменного в течение продолжительного времени. В момент, когда Ватсон пытался оторвать непокорную пластинку от контакта, Белл наклонился к приёмному устройству и отчётливо услышал слабые звуки, похожие на те, которые издаёт натянутая струна. Этот момент и следует считать моментом рождения телефона [40].
А ещё через три дня после этого вечером 10 марта 1876 г. Белл передал по электрическому телефону, соединявшему его квартиру с лабораторией, расположенной на чердаке того же дома, фразу, адресованную помощнику Ватсону: "Говорит Белл, Грэхем Белл. Если Вы меня слышите, подойдите к окну и помашите мне шляпой". В следующий момент Белл увидел, как Ватсон, высунувшись из окна квартиры, яростно машет шляпой. "Действует, действует! Мой телефон действует!", - с неистовой радостью закричал Белл.
В июне того же года Белл впервые публично демонстрировал телефон на Первой всемирной электротехнической выставке в Филадельфии. А уже в августе 1876 г. в США были установлены первые 778 телефонов.
Набросок первой конструкции телефона в блокноте Белла
Белл тут же понял, что произошло (важен принцип!), хотя по проводу был передан один единственный сигнал - музыкальный звук. Значит, сигналы и других частот можно будет передавать тем же самым способом! А если расширить полосу частот, появится возможность передавать на расстояние человеческую речь! После этого изготовление модели телефона зависело только от разработки отдельных деталей.
Телефон Белла был чрезвычайно прост. Он состоял из металлической диафрагмы, помещённой в поле подковообразного магнита. Диафрагма, вибрирующая под действием звуковых волн, генерировала колебания электрического тока, которые передавались по проводам. Идентичное устройство на другом конце провода превращало электрические колебания в звуковые.
Жидкостной микрофон Белла.
У колеблющегося погруженного электрода - платинового стерженька - пульсирует площадь соприкосновения с электролитом
Приёмная часть телефона Белла сохранилась почти без изменений до наших дней. Примерно так же устроены и громкоговорители в современных радиоприёмниках. Что касается передающего устройства, то оно оказалось неудовлетворительным и после довольно продолжительного спора о патентном праве было заменено угольным микрофоном, изобретённым Эдисоном [41]и также с небольшими изменениями сохранившимся до нашего времени. Телефон - пожалуй, единственное изобретение, которое с момента своего появления претерпело столь незначительные изменения.
Телефон быстро распространился по всему миру. Он был необходим и в то же время так прост в обращении (в рекламе того времени говорилось: "Обращение с ним не требует никакой квалификации, никакой технической подготовки..."), что с ним едва ли могло конкурировать любое другое изобретение того времени. Из истории техники известно, что лишь немногие устройства так быстро, прочно и надолго вошли в нашу жизнь. В течение десяти лет только в Соединённых Штатах было установлено больше 100000 телефонных аппаратов, через двадцать пять лет их насчитывался миллион. В ту минуту, когда гроб с телом Белла опускали в могилу, в Соединённых Штатах умолкло тринадцать миллионов телефонных аппаратов.
У телефона - Белл. 1892 г.
Появлению и быстрому распространению телефона способствовало и то обстоятельство, что в течение уже тридцати с лишним лет, предшествовавших его изобретению, применялся телеграф. А с точки зрения техники они имеют много общего. Более того, многие действующие телеграфные линии использовались для телефонной связи.
Если бы телефон был изобретён первым (вещь маловероятная, но не невозможная), для его практического применения потребовалось бы гораздо больше времени, хотя бы по той причине, что в то время никто не верил в возможность передачи электрических сигналов на расстояние. Даже в сложившейся ситуации предложение Белла Британскому почтовому ведомству в 1877 году о техническом использовании телефона было отклонено его главным инженером с резолюцией: "Возможность применения весьма ограничена".
Мы не будем в этой книге касаться всех деталей, связанных с признанием телефона и его практическим использованием, однако на некоторых узловых моментах стбит остановиться. К числу их относится забытый теперь эпизод, связанный с патентным правом на изобретение телефона. Как уже упоминалось, Эдисон создал отличный микрофон чрезвычайно простой конструкции. Звуковые волны приводили в колебание диафрагму, которая оказывала различное давление на угольный порошок, находящийся под ней, изменяла его сопротивление, что, в свою очередь, вызывало колебания пропускаемого по передающей цепи тока, соответствующие звуковым колебаниям.
Когда компания "Вестерн Юнион" попыталась запатентовать это изобретение, она встретила неожиданные трудности. Передающее устройство нельзя использовать без приёмного, и юристы компании Белла твёрдо отстаивали право на его изобретение, ссылаясь на то, что одно передающее устройство ещё не является телефоном в законченном виде. Когда Эдисону сообщили о создавшейся ситуации - он в это время работал над другими изобретениями, - Эдисон обещал сделать новое приёмное устройство на совершенно отличном от белловского принципе. И выполнил своё обещание через пять дней. В его устройстве звуки воспринимались только в моменты трения платинового контакта о вращающийся цилиндрический кусок мела. Слушающий должен был всё время вращать ручку, соединённую с цилиндром, если он хотел слышать, что говорят на другом конце провода. Совершенно очевидно, что такое громоздкое устройство долго не просуществовало. И когда интересы Эдисона и Белла столкнулись, выдающийся изобретатель предпочёл изобретательство тяжбе за патентное право.
Можно упомянуть также о таком забавном факте, как изобретение своеобразного микрофона профессором Юзом в 1878 году [42]. Хотите верьте, хотите нет, но микрофон состоял из трёх обычных гвоздей. Два гвоздя укладывались рядом, а третий - сверху, на них, как перекладина лестницы. Когда через это Н-образное устройство пропускали электрический ток, оно становилось чрезвычайно чувствительным детектором звуковых вибраций.
До недавнего времени самые консервативные элементы телефонов:
слева- капсюль угольного микрофона,
справа- мембранный излучатель с электромагнитами.
Когда телефон был изобретён, Белл, казалось, потерял к нему интерес. Возможно, это было вызвано затянувшимся спором об авторстве. У него были прочные слава и состояние, и он провёл остаток своей жизни, экспериментируя в разных областях науки и техники. В числе их была, между прочим, и авиация. Может быть, тот, кому ещё где-то в уголке сердца нет и десяти, поймёт, какое удовольствие получил Белл, сделав в 1907 году огромный воздушный змей. Этот змей размерами 15X3,5 метра был составлен из 12000 маленьких треугольных крыльев и напоминал огромные соты. Он мог поднять на высоту около 50 метров даже человека. Его пассажиром стал несчастный лейтенант Селфридж, тот самый, который несколько месяцев спустя трагически погиб, поднявшись на аэроплане. Это была первая авиационная катастрофа со смертельным исходом для пассажира
Телефон, видимо, был последним, так сказать, "несложным", но потрясшим мир изобретением. "Несложным" потому, что его изготовление было под силу любителю, располагавшему весьма ограниченным набором материалов. В те времена толковали, что если бы Белл хоть что-нибудь понимал в электротехнике, он и не пытался бы создать такой нелепый прибор.
Но это и неверно и несправедливо. Белл знал, что делал, хотя и удивился, что достиг результата столь простым способом. Если бы мы попытались перенестись на сотню лет назад и представить, что наш уровень знаний соответствует тому времени, каждый из нас решил бы, что для передачи речи на большие расстояния, если это вообще возможно, требуется очень сложное оборудование.
Человеческая речь - весьма сложный комплекс сигналов, гораздо сложнее, чем обыкновенные точки и тире, используемые в телеграфном коде. Грэхем Белл знал это лучше других, так как был, так же как и отец его и дед, профессором ораторского искусства.
Когда мы говорим, в окружающей среде - воздухе - возникают краткие или продолжительные колебания, так называемые звуковые волны. Частота колебаний этих волн охватывает очень широкий диапазон. Нормальная речь содержит частоты от 50 периодов в секунду, или герц, что соответствует глубокому басу, до 5000 периодов, соответствующих высокому сопрано, - иными словами, человеческий голос охватывает диапазон от единицы до ста или почти семь октав [37].
Более того, речь не содержит ни одного звука в чистом виде, какой, например, издаёт камертон или струна скрипки. Человеческий голос состоит из комплекса звуков различных частот, одновременное звучание которых придаёт ему индивидуальность, или тембр. Мы узнаём друг друга по голосу, ибо наши уши в состоянии воспринимать и различать все эти частоты так же, как благодаря нервным окончаниям нёба мы различаем вкус бренди, молока или пива. Если бы люди изъяснялись друг с другом посредством "чистых тонов", они давно нашли бы способ обмениваться информацией на расстоянии так же быстро, как мы это делаем теперь. Правда, тогда говорящие не могли бы определить по голосу, с кем они разговаривают.
Любой метод передачи человеческой речи на расстояние требует, чтобы из одной точки в другую без искажений транслировалась довольно широкая полоса частот. К счастью для инженеров связи, мы можем при передаче нормальной человеческой речи понимать друг друга и узнавать голоса, не используя самых нижних и самых верхних частот, ограничивая полосу частот пределами от 200 до 2000 герц [38].
В том случае, если нам требуется очень точное воспроизведение голоса, что вряд ли необходимо для телефонных разговоров, мы прибегаем к воспроизведению нижних и верхних частот.
Хотя изложенное выше и представляет в настоящее время лишь исторический интерес, всё же стоит отметить, что человеческая речь может быть передана на довольно большое расстояние чисто механическим способом, без применения электричества. Мы уже упоминали о переговорных трубках, которые, хотя и в ограниченном количестве, до сих пор применяются в машинных отделениях судов и ещё кое-где. В восьмидесятых годах в тщетной попытке конкурировать с изобретением Белла на сцену выступил "проволочный телефон". Он иногда встречается и сейчас в виде детской игрушки, но и только. Такой телефон изготовлялся из пары лёгких и тонких диафрагм, соединённых металлическим проводом. Под действием звука диафрагма вибрировала, и речь передавалась по проводу, который не обязательно туго натягивать и можно прокладывать по земле и под водой. Считалось, что передача речи возможна на расстояние до пяти километров, однако практически оно ограничивалось пятьюстами метрами.
Одно время даже делались попытки организовать с помощью этого изобретения постоянную сигнальную систему. Предполагалось, что определённые лица, заинтересованные в каком-нибудь одном деле, будут общаться друг с другом посредством проволочного телефона. В наше время остаётся только удивляться наивности таких предложений.
Примечательно, что само слово "телефон" появилось на свет ещё до рождения Грэхема Белла. Его впервые употребил профессор Уитстон [39]уже в 1840 году, назвав так приспособление, с помощью которого можно было передавать музыкальные звуки на короткие расстояния, используя деревянные рейки.
В семидесятые годы многие изобретатели делали попытки транслировать человеческую речь с помощью электричества, и вопрос, кто из них будет первенствовать в этом деле, был вопросом времени. Доказательством служит тот факт, что американское бюро патентов получило заявку электротехника Элиши Грэя 1835-1901) на изобретение телефона часом-двумя позже, чем заявку Грэхема Белла. В то же время Белл был первым, кто не только изготовил телефон и запатентовал его как изобретение, но и публично продемонстрировал его практическое применение.
Другие были близки к этому, но их работы не получили известности, и им не удалось успешно их завершить. Таким образом, именно Грэхем Белл получил известность и вошёл в историю, а имена его соперников можно встретить лишь в примечаниях книг по истории телефонии. В соревнованиях на первенство в изобретениях или научных открытиях второго приза не существует.
Грэхем Белл родился в Эдинбурге (Шотландия) в 1847 году; когда два его брата умерли от туберкулёза, а у него были обнаружены признаки этой болезни, семья переехала в Канаду. К этому времени Беллу исполнилось 23 года, а так как умер он в возрасте 75 лет, нет сомнения, что переезд в Канаду благотворно сказался на его здоровье. Сначала он поселился в Брантфорде около Торонто, а затем переехал в Бостон, где стал профессором вокальной физиологии - в те времена так громко назывался учитель, преподающий методику речи, постановку голоса и основы ораторского искусства. В Бостоне в 1875-1876 годах и был изобретён телефон, хотя Белл в тот период работал над совершенно другим изобретением - так называемым "гармоническим телеграфом". Нельзя не обратить внимания на эту идею, так как она в зародыше представляет собой принцип современной многоканальной дальней связи, в частности связи по трансатлантическим телефонным кабелям.
Александр Грэхем Белл в год изобретения им телефона
Белл пытался усовершенствовать метод одновременной посылки нескольких телеграфных сигналов по одному проводу. Для этой цели он в качестве передающего и приёмного устройств использовал наборы металлических вибрирующих "язычков" (пластинок), каждый из которых воспроизводил определённый музыкальный звук. На концах "язычков" Белл сделал контакты, которые при вибрации соединялись или разъединялись с контактами электрической цепи, и пропущенный через передающее устройство электрический ток должен был прерываться. Все сигналы передавались бы одновременно, но каждый принимающий "язычок" воспринимал только свой сигнал, соответствующей частоты, а остальные сигналы игнорировал. Таким образом, сигналы должны были отбираться в соответствии с их частотой, примерно так, как это бывает, когда мы настраиваем современный приёмник на нужную радиостанцию.
Прослеживается трансформацмя "гармонического телеграфа"
Это случилось второго июня 1875 года. Белл настраивал одну из пластинок своего приёмного устройства; его помощник Томас Ватсон, находившийся в другой комнате, на расстоянии около 18 метров, наблюдал за передающим устройством. Передающая пластинка застряла, и Ватсон попытался освободить её, но безуспешно. Контакты на пластинке расплавились, так как не сработали на разъединение и подверглись воздействию постоянного тока вместо переменного в течение продолжительного времени. В момент, когда Ватсон пытался оторвать непокорную пластинку от контакта, Белл наклонился к приёмному устройству и отчётливо услышал слабые звуки, похожие на те, которые издаёт натянутая струна. Этот момент и следует считать моментом рождения телефона [40].
А ещё через три дня после этого вечером 10 марта 1876 г. Белл передал по электрическому телефону, соединявшему его квартиру с лабораторией, расположенной на чердаке того же дома, фразу, адресованную помощнику Ватсону: "Говорит Белл, Грэхем Белл. Если Вы меня слышите, подойдите к окну и помашите мне шляпой". В следующий момент Белл увидел, как Ватсон, высунувшись из окна квартиры, яростно машет шляпой. "Действует, действует! Мой телефон действует!", - с неистовой радостью закричал Белл.
В июне того же года Белл впервые публично демонстрировал телефон на Первой всемирной электротехнической выставке в Филадельфии. А уже в августе 1876 г. в США были установлены первые 778 телефонов.
Набросок первой конструкции телефона в блокноте Белла
Белл тут же понял, что произошло (важен принцип!), хотя по проводу был передан один единственный сигнал - музыкальный звук. Значит, сигналы и других частот можно будет передавать тем же самым способом! А если расширить полосу частот, появится возможность передавать на расстояние человеческую речь! После этого изготовление модели телефона зависело только от разработки отдельных деталей.
Телефон Белла был чрезвычайно прост. Он состоял из металлической диафрагмы, помещённой в поле подковообразного магнита. Диафрагма, вибрирующая под действием звуковых волн, генерировала колебания электрического тока, которые передавались по проводам. Идентичное устройство на другом конце провода превращало электрические колебания в звуковые.
Жидкостной микрофон Белла.
У колеблющегося погруженного электрода - платинового стерженька - пульсирует площадь соприкосновения с электролитом
Приёмная часть телефона Белла сохранилась почти без изменений до наших дней. Примерно так же устроены и громкоговорители в современных радиоприёмниках. Что касается передающего устройства, то оно оказалось неудовлетворительным и после довольно продолжительного спора о патентном праве было заменено угольным микрофоном, изобретённым Эдисоном [41]и также с небольшими изменениями сохранившимся до нашего времени. Телефон - пожалуй, единственное изобретение, которое с момента своего появления претерпело столь незначительные изменения.
Телефон быстро распространился по всему миру. Он был необходим и в то же время так прост в обращении (в рекламе того времени говорилось: "Обращение с ним не требует никакой квалификации, никакой технической подготовки..."), что с ним едва ли могло конкурировать любое другое изобретение того времени. Из истории техники известно, что лишь немногие устройства так быстро, прочно и надолго вошли в нашу жизнь. В течение десяти лет только в Соединённых Штатах было установлено больше 100000 телефонных аппаратов, через двадцать пять лет их насчитывался миллион. В ту минуту, когда гроб с телом Белла опускали в могилу, в Соединённых Штатах умолкло тринадцать миллионов телефонных аппаратов.
У телефона - Белл. 1892 г.
Появлению и быстрому распространению телефона способствовало и то обстоятельство, что в течение уже тридцати с лишним лет, предшествовавших его изобретению, применялся телеграф. А с точки зрения техники они имеют много общего. Более того, многие действующие телеграфные линии использовались для телефонной связи.
Если бы телефон был изобретён первым (вещь маловероятная, но не невозможная), для его практического применения потребовалось бы гораздо больше времени, хотя бы по той причине, что в то время никто не верил в возможность передачи электрических сигналов на расстояние. Даже в сложившейся ситуации предложение Белла Британскому почтовому ведомству в 1877 году о техническом использовании телефона было отклонено его главным инженером с резолюцией: "Возможность применения весьма ограничена".
Мы не будем в этой книге касаться всех деталей, связанных с признанием телефона и его практическим использованием, однако на некоторых узловых моментах стбит остановиться. К числу их относится забытый теперь эпизод, связанный с патентным правом на изобретение телефона. Как уже упоминалось, Эдисон создал отличный микрофон чрезвычайно простой конструкции. Звуковые волны приводили в колебание диафрагму, которая оказывала различное давление на угольный порошок, находящийся под ней, изменяла его сопротивление, что, в свою очередь, вызывало колебания пропускаемого по передающей цепи тока, соответствующие звуковым колебаниям.
Когда компания "Вестерн Юнион" попыталась запатентовать это изобретение, она встретила неожиданные трудности. Передающее устройство нельзя использовать без приёмного, и юристы компании Белла твёрдо отстаивали право на его изобретение, ссылаясь на то, что одно передающее устройство ещё не является телефоном в законченном виде. Когда Эдисону сообщили о создавшейся ситуации - он в это время работал над другими изобретениями, - Эдисон обещал сделать новое приёмное устройство на совершенно отличном от белловского принципе. И выполнил своё обещание через пять дней. В его устройстве звуки воспринимались только в моменты трения платинового контакта о вращающийся цилиндрический кусок мела. Слушающий должен был всё время вращать ручку, соединённую с цилиндром, если он хотел слышать, что говорят на другом конце провода. Совершенно очевидно, что такое громоздкое устройство долго не просуществовало. И когда интересы Эдисона и Белла столкнулись, выдающийся изобретатель предпочёл изобретательство тяжбе за патентное право.
Можно упомянуть также о таком забавном факте, как изобретение своеобразного микрофона профессором Юзом в 1878 году [42]. Хотите верьте, хотите нет, но микрофон состоял из трёх обычных гвоздей. Два гвоздя укладывались рядом, а третий - сверху, на них, как перекладина лестницы. Когда через это Н-образное устройство пропускали электрический ток, оно становилось чрезвычайно чувствительным детектором звуковых вибраций.
До недавнего времени самые консервативные элементы телефонов:
слева- капсюль угольного микрофона,
справа- мембранный излучатель с электромагнитами.
Когда телефон был изобретён, Белл, казалось, потерял к нему интерес. Возможно, это было вызвано затянувшимся спором об авторстве. У него были прочные слава и состояние, и он провёл остаток своей жизни, экспериментируя в разных областях науки и техники. В числе их была, между прочим, и авиация. Может быть, тот, кому ещё где-то в уголке сердца нет и десяти, поймёт, какое удовольствие получил Белл, сделав в 1907 году огромный воздушный змей. Этот змей размерами 15X3,5 метра был составлен из 12000 маленьких треугольных крыльев и напоминал огромные соты. Он мог поднять на высоту около 50 метров даже человека. Его пассажиром стал несчастный лейтенант Селфридж, тот самый, который несколько месяцев спустя трагически погиб, поднявшись на аэроплане. Это была первая авиационная катастрофа со смертельным исходом для пассажира