|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Телефон. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Телефон - апарат передачі і прийому звуку (переважно - людської промови) з відривом.
З винаходом телеграфу було вирішено завдання передачі повідомлень великі відстані. Проте телеграф міг переслати лише письмові депеші. Тим часом багато винахідників мріяли про досконаліший і комунікабельніший спосіб зв'язку, за допомогою якого можна було б передавати на будь-які відстані живий звук людської мови або музику. Перші експерименти у цьому напрямі зробив 1837 року американський фізик Пейдж. Суть дослідів Пейджа була дуже простою. Він зібрав електричний ланцюг, до якого входили камертон, електромагніт та гальванічні елементи. Під час своїх вагань камертон швидко розмикав та замикав ланцюг. Цей переривчастий струм передавався на електромагніт, який так само швидко притягував та відпускав тонкий сталевий стрижень. В результаті цих коливань стрижень виробляв співаючий звук, подібний до того, що видавав камертон. Таким чином, Пейдж показав, що передавати звук за допомогою електричного струму в принципі можливо, треба тільки створити більш досконалі передавальні та приймаючі пристрої.
Наступний важливий етап у розвитку телефонії пов'язані з ім'ям англійського винахідника Рейса. Ще у студентські роки Рейс зацікавився проблемою передачі звуку на відстань за допомогою електричного струму. До 1860 він сконструював до десятка різних пристроїв. Найбільш досконале їх мало такий вид. Передавач був порожнистою скринькою, забезпеченою спереду звуковим отвором A і що мав у своїй верхній частині отвір, закритий тонкою, туго натягнутою перетинкою. На цій перетинці лежала тонка платинова пластина p, а зверху знаходилося вістря пружної платинової голки n, яка була пристосована таким чином, що торкалася пластини p коли перетинка перебувала в спокої. Торкання це переривалася при коливанні перетинки. Внаслідок цих поперечних дотиків замикався і розмикався струм, що йде від батареї B через затиск a платинову пластинку p і через голку n в другий затискач, від останнього провід йшов до приймача, проходив через спіраль CC і повертався в батарею через затиск d і з'єднану з ним дріт e. Усередині спіралі містилася тонка залізна спиця, яка двома своїми кінцями прикріплювалася до двох стійкам ff, що покоїлися на резонаторній дошці gg. Частини hi та ki утворювали на обох станціях пристосування, які мали на меті дати знати віддаленому слухачеві про початок переговорів. Відтворення звуку, заспіваного в розтрубі A, було засноване на тому, що залізна спиця, намагнічуючись і розмагнічуючись електричним струмом, що проходить по спіралі, починала здійснювати коливальні рухи; вони відчувалися як звук, що відповідав тому звуку, який сприймався приймачем і коливаннями якого рухалася перетинка. Резонансна дошка служила посилення звуку. За допомогою телефону Рейса вже можна було передавати не лише окремі звуки, а й складні музичні фрази і навіть людську мову. Але якість передачі залишалося настільки низьким, що часто було неможливо що-небудь розібрати. Побічні шуми, зроблені замиканням і розмиканням ланцюга, заглушали передачу, а звуки, відтворювані залізною голкою, були дуже далекі від модуляцій людського голосу. Для чіткої передачі звуку необхідно було домогтися того, щоб пластинки як відправника, так і приймача виводилися зі свого положення спокою в крайнє положення струмом, сила якого наростала поступово, і щоб при зменшенні струм знову проходив через початкове положення спокою. Всі ці плавні коливання тембру звуку, що становлять багатство людської мови, були зовсім недоступні телефону Рейса - тяжіння тут наставало стрімко і залишалося незмінним протягом деякого часу, а потім зовсім припинялося. Вирішити проблему передачі звуку лише замиканням та розмиканням ланцюга виявилося неможливо. Минуло ще 15 років, перш ніж шотландський винахідник Олександр Белл знайшов досконаліший спосіб перетворення звуків на електричні сигнали. За професією Белл був учителем глухонімих дітей. З дитинства він багато займався акустикою, вченням про звук і мріяв винайти телефон. У 1870 році Белл переїхав до Канади, а в 1872 році - до США. Оселившись у Бостоні, він ввів у тамтешній школі для глухонімих дітей розроблену ним систему "видимої мови". Вона мала великий успіх, і незабаром Белл став професором університету Бостона. Тепер він мав лабораторію і достатньо коштів для того, щоб присвятити себе роботі над винаходом телефону. Забуваючи про сон, Белл цілими ночами просиджував над своїми дослідами. Перші його експерименти повторювали роботи Пейджа. Влітку 1875 Белл і його помічник Томас Ватсон зробили установку, що складалася з магнітів з рухомими язичками, які приводилися в дію коливаннями струму. У ланцюг із магнітами включалися різні пристрої. Ватсон і Белл знаходились у сусідніх кімнатах. Ватсон передавав, а Белл приймав. Одного разу, коли Ватсон натиснув кнопку в кінці дроту, щоб привести в дію дзвінок, зіпсувався контакт, і електромагніт притягнув до себе молоточок дзвінка. Ватсон спробував відтягнути його, внаслідок чого довкола магніту виникли коливання. Рух пружини, виробленої Ватсоном, змінив інтенсивність струму і викликав коливальні рухи в пружині протилежної станції в кімнаті Белла, і провід передав дуже слабкий звук першого телефону. Так, цілком випадково, Белл виявив, що магніт з легким якорем може бути передавачем і приймачем сигналу. Після цього здійснити передачу та відтворення звуку за допомогою електричного струму вже не мало особливих труднощів. Щоб зрозуміти як це відбувається, уявімо постійний магніт і поблизу від нього гнучку залізну пластину, яка коливається під дією звукових хвиль. Наближаючись до полюса магніту, вона посилюватиме його магнітне поле, а віддаляючись від нього – послаблювати. (Не вдаючись у подробиці, зауважимо, що причиною цього буде те саме явище електромагнітної індукції, про яке йшлося у попередньому розділі: зрозуміло, що в пластині, яка рухається в магнітному полі, виникатиме електричний струм; цей струм створюватиме навколо пластини власне магнітне поле, яке і накладатиметься на магнітне поле магніту, то посилюючи, то послаблюючи його.) Тепер помістимо на наш уявний магніт котушку з дротом. При коливаннях магнітного поля в котушці виникатиме змінний електричний струм, причому то в один, то в інший бік. Пропускаючи отриманий струм через обмотки іншого магніту, ми будемо впливати на його магнітне поле, яке теж буде зростати, то зменшуватися, причому точно повторюючи всі зміни, що відбуваються в магнітному полі першого магніту. Якщо біля полюса цього другого, що приймає магніту помістити залізну пластинку, вона буде то притягуватися до цього магніту під дією магнітного поля, що посилюється, то віддалятися від нього під впливом своєї пружності і при цьому породжувати звукові хвилі, у всьому подібні тим, що привели в коливання першу платівку. Власне, це й сталося за описаних вище обставин. Роль залізної пластини тут зіграв гнучкий якір магніту. Але це був надто грубий пристрій, не здатний передати багатьох нюансів звуку. Белл почав шукати, чим можна його замінити. Один знайомий лікар запропонував йому скористатися для експериментів людським вухом та роздобув йому вухо від трупа. Уважно вивчаючи його будову, Белл встановив, що звукові хвилі приводять у вагання барабанну перетинку, від якої вони передаються на слухові кісточки. Це навело його на думку зробити тонку металеву мембрану, помістити її поруч із постійним магнітом і, таким чином, перетворити звукові коливання на електричні. Минуло кілька місяців напруженої праці, перш ніж телефон заговорив. Тільки 10 березня 1876 року Ватсон чітко почув на приймальній станції слова Белла: "Містер Ватсон, будь ласка, прийдіть сюди, мені треба з вами поговорити". Ще раніше, 14 лютого, Белл зробив патентну заявку на свій винахід. Лише через дві години після нього таку саму заявку на ідентичний апарат подав інший винахідник - Ілайша Грей. Проте патент було видано у березні Беллу, оскільки він перший заявив про своє відкриття. (Пізніше Беллу довелося вести кілька судових процесів з Греєм та іншими винахідниками, відстоюючи свою першість. Зрештою Белл купив у Грея право на експлуатацію телефону.) На виставці у Філадельфії, яка проходила того ж року, телефон Белла став головним експонатом. З цього часу, незважаючи на те, що перші апарати були ще дуже недосконалі, телефони стали швидко поширюватися. Торішнього серпня того ж 1876 року у вживанні було вже близько 800 телефонів, і попит ними дедалі збільшувався.
Облаштування перших апаратів було дуже примітивним. Постійний магніт A у формі стрижня був оточений на одному полюсі короткою індукційною спіраллю B з тонкого мідного дроту, що закінчувався двома більш товстими дротиками CC, які за допомогою затискачів DD були з'єднані з дротиками LL. В одного полюса магніту містилася затиснута по краях пластинка EE з м'якого листового заліза. Все було вставлено в дерев'яну оправу, яка в частині GG мала над пластинкою EE лійкоподібний отвір, що служив звуковим конусом. Знизу дерев'яна оправа звужувалася, тому що тут вона містила в собі тільки магнітний стрижень, закріплений у своєму положенні гвинтом, та два дроти CC. Цей апарат міг бути одночасно і передавачем, і приймачем. На станції відправника та на приймальній станції було по такому телефону. Їхні індукційні спіралі з'єднувалися між собою за допомогою проводів LL і затискачів DD. Коли GG конусом користувалися як трубкою і говорили в нього, пластинка EE перед полюсом магніту приходить в коливання; внаслідок цього в спіралі B виникали індукційні струми, зміна яких відповідала діючим на платівку звуковим коливанням. Ці струми надходили через дроти LL в спіраль приймального телефону та викликали коливання мембрани. Притиснувши конус до вуха, можна було почути голос абонента, що говорив на іншому кінці дроту. Індукційні струми, що породжуються рухом мембрани, були дуже слабкі, тому стійке спілкування можна було налагодити лише на відстані кількох сотень метрів. Далі голоси тих, хто говорив, ставали настільки тихими, що тонули в гулі перешкод. Була потрібна праця багатьох і багатьох винахідників, перш ніж телефон перетворився на надійний засіб зв'язку. Взагалі телефон Белла виявився більш пристосований для перетворення хвиль струму в звукові хвилі, ніж назад. Тому дуже важливим в історії телефонії було відкриття в 1877 англійським винахідником Юзом мікрофонного ефекту. У своєму первісному вигляді мікрофон мав такий пристрій.
Між двома шматками вугілля C і C', укріплених на пластині B, встановлювався вугільний стрижень із загостреними кінцями. Струм від елемента E проходив через цей вугільний стрижень і через обмотку телефону T. При струшуванні горизонтальної платівки A, яка відігравала роль резонатора, вугільний стрижень зміщувався. У цей момент зменшувався його опір струму в місцях контактів, а це, своєю чергою, робило помітне посилення сили струму в телефоні. Мембрана починала вагатися з більшою амплітудою, через що початковий звук посилювався кілька разів. Слабке цокання годинника, покладеного на підставку, сприймалося в телефоні як дуже гучне. Навіть повзання мухи по пластині відтворювалося як цілком помітного шуму. Через кілька років після винаходу Юза з'явилося багато різних конструкцій мікрофонів. Широкого поширення набули мікрофони, у яких замість стрижнів використовувався вугільний порошок. Коливання мембрани викликали у разі то ущільнення порошку, його розпушення, унаслідок чого постійно змінювалося його опір. З'єднаний з мікрофоном телефон почав працювати набагато надійніше, але він, як і раніше, залишався недосконалим. Слабкі індукційні струми були неспроможні долати опір передавальних проводів. Необхідно було якимось чином посилити їхню напругу, не змінюючи при цьому характеру їх коливань. Дотепний вихід із становища знайшов знаменитий американський винахідник Едісон, який запропонував використовувати для посилення напруги індукційну котушку. Так телефон був доповнений трансформатором. Про трансформатори докладніше буде говорити в одному з наступних розділів. Нині лише пояснимо принцип його роботи. Якщо насадити дві котушки на той самий залізний сердечник і пропускати через одну з них змінний струм, то в другій котушці теж індукується змінний струм. Розглянемо докладніше це. Створене першою котушкою магнітне поле, що змінюється, індукує в кожному витку другої котушки струм певної напруги. Витки котушки, як це вже було показано у попередньому розділі, можна розглядати як послідовно з'єднані джерела струму. Тоді загальна напруга на обмотці другої котушки дорівнюватиме сумі напруг всіх її витків. Якщо ми хочемо збільшити напругу, що знімається з другої котушки, ми маємо збільшити кількість витків. Таким чином, змінюючи число витків на другій котушці, ми можемо отримати на ній напругу меншу, рівну або більшу, ніж на першій. Однак, у скільки разів зростає напруга, у стільки ж разів зменшується сила струму, так що їх твір у першій і другій котушці залишається рівним (насправді через неминучі втрати у вторинній котушці цей твір навіть дещо менший). Трансформаторний ефект був відкритий одночасно з явищем електромагнітної індукції, але оскільки в техніці тривалий час використовувався лише постійний струм, він спочатку не знаходив застосування. Телефон виявився одним із перших пристроїв, де трансформатор (у вигляді індукційної котушки) набув деякого поширення. У створеному Едісон апараті телефон і мікрофон включалися в два окремі ланцюги. Джерело струму, мікрофон і первинна обмотка трансформатора з'єднані тут в один ланцюг, інша котушка і телефон-приймач - в інший. Принцип роботи цього телефону зрозумілий: внаслідок коливання мембрани опір у мікрофоні постійно змінювалося, через що постійний струм батареї перетворювався на пульсуючий. Цей струм подавався на первинну обмотку трансформатора. У вторинній обмотці індукувалися такі ж за формою струми, але вищої напруги. Вони легко долали опір проводів і могли передаватися на значні відстані. Удосконалений таким чином телефон незабаром набув широкого поширення.
Спочатку апарати зв'язувалися між собою попарно. Вони не мали комутаторів та дзвінків. Для виклику абонента до апарату просто стукали олівцем мембраною. Згодом Едісоном було введено електричні дзвінки. 1877 року з'явилася перша центральна телефонна станція в Нью-Хейвені (США). Порядок з'єднання тут був такий. Абонент, який бажав говорити з якоюсь особою чи установою, в абонентній книжці розшукував потрібний номер та дзвонив на центральну станцію. Коли остання відповідала, він повідомляв потрібний йому номер, і, якщо цей номер не зайнятий, оператор з'єднував його з необхідною особою за допомогою спеціальних штекерів і повідомляв йому, що з'єднання готове. Після цього абонент звертався вже до об'єднаної з ним особи. Після розмови їх роз'єднували. Сучасники дуже швидко оцінили зручності, які давав телефон. Незабаром телефонні станції були збудовані у всіх великих містах. Одночасно зростав попит на телефони. У 1879 році Белл створив свою фірму з виробництва телефонів, що перетворилася незабаром на потужний концерн. Протягом десяти років лише в США було встановлено понад 100 тисяч телефонів, а через 25 років їх уже налічувалося понад мільйон. Далі ця цифра збільшилася ще на порядок. Белл прожив довге життя і міг спостерігати за поширенням телефонії по всьому світу. Він помер у 1922 році, і пам'ять його вшанували своєрідною хвилиною мовчання: коли труну з тілом винахідника опускали до могили, всі телефонні розмови припинилися. Пишуть, що в США цієї хвилини мовчало понад 13 мільйонів телефонів. Автор: Рижов К.В.
▪ Аеростат
Пастка для комах
01.05.2024 Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі
01.05.2024 Застигання сипких речовин
30.04.2024
▪ Риби еволюціонують від рибалок ▪ Смартфон зробить автомобіль потужнішим ▪ Мікросхема FM31x від RAMTRON
▪ розділ сайту Вимірювальна техніка. Добірка статей ▪ стаття Психоемоційні реакції на екстремальну ситуацію Основи безпечної життєдіяльності ▪ стаття Чи ходять сновиди уві сні ночами в повний місяць? Детальна відповідь ▪ стаття Карлсбадські печери. Диво природи ▪ стаття Штучні смоли та штучний шелак. Прості рецепти та поради
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page