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Lee de Forest e i primi passi dell'elettronica
Quale nazione non vorrebbe chiamare uno dei suoi figli l'inventore della radio e classificare la priorità della grande scoperta dietro la loro patria? Ecco perché le controversie tra gli storici della scienza non sono cessate da un secolo.
Vengono presentati gli argomenti e le opinioni più convincenti, in cui non ci sono così tanti nomi: Maxwell (Inghilterra), Hertz (Germania), Branly (Francia), Popov (Russia), Marconi (Italia).
Tra questa galassia di grandi menti, ognuna delle quali merita l'onore di essere inclusa nella "biografia" di un nuovo mezzo di comunicazione, è possibile incontrare altri scienziati, "di rango inferiore". Ma anche tra loro, un ingegnere americano Lee de Forest Sembra che la figura, a prima vista, non sia del tutto adatta al ruolo del fondatore della radio. Dopotutto, iniziò la ricerca nel campo della radiotelegrafia, dopo che i primi segnali furono trasmessi attraverso l'Atlantico, e il telegrafo a scintilla, come allora fu chiamata la radio, fu ampiamente utilizzato nella pratica. Ma perché, nella patria di un ingegnere scienziato, negli Stati Uniti, il suo nome è pronunciato in combinazione con le parole "padre della radio" e persino "nonno della televisione"? In effetti, ci deve essere una buona ragione per questo. E lo sono.
Il radiotelefono è rilevante
La fine del diciannovesimo secolo. è stato segnato da un evento a cui inizialmente è stata data poca importanza. Gli assistenti A. S. Popov - P. N. Rybkin e D. S. Troitsky hanno scoperto dal punto di vista attuale una cosa "evidente".
Cercando di trovare un malfunzionamento nella radio dal "suono" dei circuiti elettrici usando un normale telefono, hanno sentito distintamente i segnali radio dal codice Morse della stazione radio più vicina.
In primo luogo, ciò significava che utilizzando le onde radio è possibile trasmettere segnali audio. In secondo luogo, è diventato possibile ricevere un segnale a bassa potenza a orecchio, a cui il relè del ricevitore non ha risposto - un elemento indispensabile dei primi progetti.
Il 26 luglio 1899, A. S. Popov ricevette il privilegio e i brevetti russi in Inghilterra e Francia per "Ricevitore telefonico di invii inviati mediante onde elettromagnetiche attraverso il sistema Morse" [2]. Test del nuovo sistema di comunicazione, si decise di condurre sull'attuale squadrone della flotta del Mar Nero. Durante la campagna estiva del 1901 nella regione di Novorossijsk, il raggio di trasmissione a volte raggiungeva 80 miglia (circa 150 km). Sebbene l'area di copertura fosse leggermente più piccola, la conclusione che le onde radio sono percepite oltre l'orizzonte, era inequivocabile [3].
La versione iniziale del rivelatore di gas È opportuno fornire un classico esempio di "stupidità" quando la burocrazia ostacola lo sviluppo del progresso. "Il comando della flotta del Mar Nero", ha affermato Rybkin, "ha vietato l'uso dei radiotelefoni nella flotta, riferendosi al fatto che il nastro telegrafico è un documento, mentre è stato richiesto di confermare con il sigillo ufficiale l'operatore radio che ha ricevuto la notizia. E con il passare del tempo, davanti a loro c'erano le tragedie di Tsushima e del Titanic, ma non c'erano incentivi per condurre ricerche nel campo della trasmissione del discorso umano alla radio.
Negli Stati Uniti a quel tempo, tale lavoro è già iniziato. I loro risultati hanno mostrato che i trasmettitori di scintilla non sono adatti a questo scopo e la frequenza dell'onda portante dovrebbe essere di almeno 10 mila periodi al secondo.
L'ingegnere R. Fesenden, che ha creato generatori di macchine elettriche ad alta frequenza (alternatori), ha affrontato i problemi della radiotelefonia. Dal 1906, con il loro aiuto, si tennero i primi negoziati sul radiotelefono sulla costa atlantica. A proposito, il loro argomento era il costo del pesce nel mercato di Boston.
I navigatori negli Stati Uniti si rifiutarono di studiare le regole di lavoro con una chiave telegrafica, quindi si decise di avere operatori radio solo su navi passeggeri (altre navi erano dotate solo di un radiotelefono).
"Audio" - la cosiddetta invenzione
Lee de Forest appare nell'arena della scintilla telegrafica nel 1900. Dopo aver sostituito diversi laboratori di pionieri di un nuovo tipo di comunicazione, nel 1902 organizzò la sua American Wireless Telegraph Company.
Dall'ingegneria elettrica, sapeva che quando l'aria veniva irradiata con la fiamma di una candela accesa, diventa conduttiva. La stessa cosa è successa durante il riscaldamento di qualsiasi gas rarefatto. Fiducioso che prima o poi, tra i gas che brillano sotto l'influenza della corrente elettrica, si possa trovare un buon rivelatore per le onde Hertz, Lee de Forest inizia degli esperimenti.
Già nel 1903 fece un'esperienza molto promettente e di successo. Due piastre di platino del condensatore d'aria “leccavano” la fiamma del bruciatore e il campo della bobina elettromagnetica collegato tra l'antenna e il terreno agiva sul plasma al suo interno (Fig. 1).
Fig. 1.
Con questo rilevatore, Lee de Forest ha ricevuto segnali da una nave nel porto di New York. Il primo successo ha ispirato l'inventore. Ma non è stato possibile mettere in pratica un dispositivo del genere. "Era ovvio che un dispositivo con una fiamma a gas era inaccettabile per la stazione radio di una nave", ha scritto l'inventore, "quindi ho iniziato a cercare un modo per riscaldare il gas direttamente con la corrente elettrica".
Il modo più semplice per farlo era usare una normale lampadina Edison, inserendo lì piastre di elettrodi di platino e avvolgendo un bulbo di vetro della lampada con parte della bobina di ricezione. Successivamente, uno degli elettrodi di platino è stato rimosso e al suo posto è stato utilizzato un filo della lampada calda (Fig. 2). Una radio con un tale rivelatore funzionava non peggio di altri dispositivi simili, ma non meglio.
Fig. 2.
Conducendo numerosi esperimenti, Lee de Forest una volta avvolse un cilindro di vetro di una lampada con una lamina di metallo collegata a un'antenna. Il ricevitore è diventato più sensibile. "In quel momento", ricorda lo scienziato, "mi sono reso conto che l'efficienza della lampada può essere aumentata se il terzo elettrodo viene inserito all'interno". Cosa si è affrettato a fare lo sperimentatore. La qualità della ricezione è aumentata.
Ulteriori esperimenti portano l'inventore all'idea che sia efficace se si trova tra il filamento e la piastra del collettore attuale. "Ovviamente", afferma Lee de Forest, "che il terzo elettrodo non dovrebbe essere una piastra solida".
La ricerca è iniziata per materiali, forme e dimensioni dell'elettrodo, nonché per la sua posizione tra i due terminali della lampadina.
Il progetto di maggior successo è stato in cui il ruolo di un elettrodo è stato svolto da un filamento rovente di una lampadina posizionata in un altro elettrodo sotto forma di un cilindro. Tra loro si trovava il terzo elettrodo, realizzato sotto forma di una spirale a filo (Fig. 3).
Fig. 3.
L'inventore ha definito la sua idea "audion" (dal latino "audio" - ascoltare e "ion" greco). La qualità del dispositivo è stata determinata dall'intensità del suono del segnale ricevuto dall'orecchio e ha superato tutti i dispositivi utilizzati in precedenza. Più tardi, con una mano leggera dell'ingegnere elettrico inglese William Eccles, le lampade con tre elettrodi furono chiamate triodi.
Fig. 4.
Cerca la verità e la scoperta
Gli operatori radio navali (vale a dire la flotta hanno usato un nuovo mezzo di comunicazione), cercando di aumentare la sensibilità degli audion, riscaldando il filamento a limiti inaccettabili e si sono esauriti. Gli specialisti della Marina, senza capire il problema, hanno dato l'ordine "di non acquisire audizioni, ma di usare vecchi rivelatori".
Gli scienziati non hanno trovato nulla di nuovo nel design di Lee de Forest. Ecco cosa scrisse l'inventore del diodo Fleming: “Nell'ottobre del 1906, il Dr. Forest descrisse un dispositivo che chiamò audion, che è una mia semplice ripetizione, descritto diciotto mesi prima. La modifica introdotta non fornisce una differenza significativa nelle azioni del dispositivo come rivelatore ”[6]. Fu scritto nel 1907, ma anche nel 1908, il francese C. Tissot conferma la priorità di Fleming.
Un fatto interessante è che entrambi gli inventori di dispositivi elettronici originali, che hanno accettato l'elettrone come realtà, hanno affrontato la determinazione della priorità da diverse prospettive. Fleming considerava i dispositivi elettronici e Lee de Forest - ionico. Tuttavia, non c'è nulla di sorprendente in questo.
Il circuito elettrico di un ricevitore radio con un rilevatore di gas Le pompe per vuoto esistenti a quel tempo, destinate alla produzione di lampadine elettriche, erano così imperfette da rendere possibile l'interpretazione dei processi che si verificano nell'audion in due modi. Lee de Forest credeva che il suo dispositivo funzionasse secondo il principio della ionizzazione di un gas profondamente rarefatto. Solo l'invenzione delle pompe per vuoto a diffusione e molti anni di ricerca ci hanno permesso di studiare a fondo le possibilità di un tubo radio con un elettrodo aggiuntivo e di verificare la natura elettronica dei suoi processi interni.
Veramente rivoluzionario fu la capacità dell'audion di amplificare il segnale che gli arrivava. I ricevitori radio ora potevano percepire segnali da stazioni radio remote o molto deboli. Le potenze del trasmettitore potrebbero essere ridotte, il che ha contribuito alla più ampia distribuzione del radiotelefono.
Tuttavia, lo sviluppo di sistemi di trasmissione del parlato umano non si è prefissato il compito di introdurre programmi di trasmissione di informazioni, informazioni o musica, ma ha avuto bisogno della radiotelefonia per le comunicazioni commerciali e benefiche a due vie, ma è successo qualcosa di inaspettato ...
Tutti sono stanchi della fastidiosa pubblicità radiofonica e televisiva. Ma per motivi di giustizia storica, dobbiamo ammettere che la pubblicità radiofonica è apparsa prima della trasmissione. E il più direttamente correlato ad esso non è altro che l'inventore dell'audion.
Ecco cosa ha scritto lo stesso Lee de Forest: “Nel 1909, producevo telefoni cordless per gli Stati Uniti. Ogni kit è stato testato usando note fonografiche. Con mia sorpresa, molti prosciutti e operatori professionali hanno apprezzato questi programmi di controllo. Naturalmente, mi è venuta l'idea di trasmettere. Musica attraente e programmi interessanti potrebbero essere trasmessi, creando una richiesta di apparecchiature wireless. "
A fini pubblicitari, furono organizzate le prime trasmissioni in diretta dal Metropolitan Opera di New York e nel novembre del 1916 venne realizzata l'idea di trasferire la procedura di conteggio durante le elezioni presidenziali. Fu lei che aumentò nettamente l'interesse per le trasmissioni radiofoniche.
Per la prima volta al mondo, le trasmissioni regolari iniziarono negli Stati Uniti dalla città di Pittsburgh dal 1921. La prima pubblicità radiofonica, che descriveva i vantaggi e il basso costo degli appartamenti nei grattacieli di Long Island, fu trasmessa nel 1922 da New York. Tuttavia, Lee de Forest non aveva nulla a che fare con lei.
Fig. 5.
Un'altra scoperta
Avendo implementato con successo il suo audio in una radio, Lee de Forest non poteva passare dall'idea di usarlo in un trasmettitore radio. Il fatto è che la generazione di onde radio è associata a dispositivi che eseguono processi oscillatori. Ci sono molti di questi emettitori di vibrazioni in natura. Questa è una campana che suona e corde vocali, un lampadario che oscilla sotto il soffitto e un pendolo di un orologio da parete.
In elettricità, è possibile creare una fonte di oscillazione combinando un condensatore carico e induttanza in un circuito, formando un cosiddetto circuito oscillatorio. Tutti i sistemi vibrazionali naturali producono vibrazioni smorzate. La corda smette di suonare dopo qualche tempo, le onde del mare si calmano. Anche le fluttuazioni nei circuiti si attenuano.
Le trasmissioni di alta qualità richiedono oscillazioni non attenuate. E questo non è facile da fare. Per il lungo intervallo di lunghezze d'onda, è possibile creare un generatore di macchine di oscillazioni ad alta frequenza. Ma come risolvere il problema con il circuito oscillatorio, fornendo oscillazioni di quasi tutte le frequenze?
Ad esempio, in un orologio da parete per creare oscillazioni non pendenti del pendolo per diversi giorni, sono stati incorporati meccanismi speciali che spingono regolarmente il pendolo in un momento strettamente definito nella fase del suo movimento. L'energia per questo viene prelevata dai pesi sollevati o dalla molla della ferita. Il dispositivo si chiama meccanismo di ancoraggio.
Ma per quanto riguarda il circuito oscillatorio? Lee de Forest include un circuito oscillatorio nel circuito della sua griglia di audion, e attraverso i circuiti elettrici il segnale amplificato dal circuito oscillatorio ricade nuovamente sullo stesso circuito, "spingendo" le oscillazioni al momento giusto in modo che l'ampiezza e l'apertura nell'ingegneria elettrica siano chiamate feedback positivo e siano ora utilizzate in migliaia di dispositivi diversi.
Lee de Forest ricevette un brevetto per questo sistema nel 1915. Ora, non era difficile ottenere oscillazioni elettriche delle frequenze richieste. È vero, inizialmente i primi generatori di tubi non potevano fornire la potenza necessaria per i trasmettitori. Inizierà una competizione tra alternatori e generatori di tubi. Alla fine, gli alternatori scompariranno dall'uso e la lampada elettronica prenderà il suo posto giusto.
Ma l'inventore dell'audion non sarebbe un americano se non avesse trovato un'applicazione pratica per il suo dispositivo, non solo alla radio. Crea il primo strumento musicale elettronico.
Avendo costruito un generatore elettrico di frequenze sonore a livello di audizioni, un triodo per ottava e amplificando i segnali, li alimenta in altoparlanti situati attorno al perimetro della stanza. Quindi, lungo la strada, i problemi del suono surround vengono risolti. Ma, soprattutto, cambiando l'accordatura dei circuiti oscillatori, Lee de Forest è riuscito a ottenere suoni incantevoli, insoliti per l'orecchio umano.
Lee de Forest ha chiamato il suo strumento "audio piano". Allo stesso tempo, sono state espresse parole profetiche: "Spero che con l'aiuto di questa piccola lampada elettronica riesca a rendere lo strumento abbastanza perfetto da consentire ai musicisti di realizzare le loro più ricche fantasie musicali".
"The Great Mute" ha parlato
Il cinema è apparso quasi contemporaneamente al primo ricevitore radio. I fratelli Louis e Auguste Lumiere nel marzo 1895 condussero una dimostrazione pilota dei primi scatti documentati. Entro la fine di quell'anno, il primo cinema commerciale fu costruito a Parigi. Inizialmente, i film non potevano nemmeno essere considerati tali, tuttavia i cinema venivano definiti "attrazioni tecniche" sotto il nome di "fotografia dal vivo".
Ma molto presto, queste attrazioni sono diventate serie concorrenti del teatro ordinario. Sta emergendo una nuova forma d'arte, più economica e più mobile. Presto l'intero territorio degli Stati Uniti fu coperto da una rete di cinema, visitati da un massimo di 5 milioni di spettatori al giorno. È diventato chiaro che anche questa è una grande impresa [7].
Ma per quanto tempo possono essere interessate le persone, seppure artistiche, ma espressioni facciali e sottotitoli brevi? L'apparizione sugli schermi di attori di spicco ha elevato il prestigio della nuova arte al titolo di "grande stupido", ma, come dicono gli inglesi, "un miracolo è solo nove giorni un miracolo". Il numero di visitatori del cinema ha iniziato a diminuire.
Per migliorare la situazione, hanno iniziato ad assumere musicisti speciali, tapper, che hanno accompagnato lo spettacolo cinematografico con la musica. Il grande A. Edison adattò il suo fonografo per questo scopo.
Un certo inventore, Homon, offrì al venerabile pubblico un "cronofono". Un nome forte nascondeva un disco normale, ruotato in modo sincrono con il motore del film, in cui il movimento delle labbra degli attori coincideva più o meno con il suono. Ma il grammofono era in piedi vicino allo schermo del film, e il proiettore era dall'altra parte della sala. Gestire un tale sistema era difficile. La qualità del suono si è rivelata, come si dice, senza lavoro.
Le società elettriche si sono fuse in conglomerati. Le società giganti non avevano bisogno di lui e l'orgoglio non gli permetteva di accontentarsi della posizione di un normale ingegnere con uno stipendio mensile. E Forest ha deciso di affrontare i problemi dei punteggi dei film.
La sua idea era che il "coniglio leggero" registrasse su un film fotosensibile le variazioni del suono sulla colonna sonora parallela all'immagine. La sincronicità era perfetta. Con l'aiuto di audizioni è stato possibile raggiungere qualsiasi volume.
Per pubblicizzare la sua nuova invenzione dal 1923 al 1927, Lee de Forest realizzò oltre 100 cortometraggi con molti attori famosi, anticipando la comparsa di moderni videoclip.
L'inventore per la pubblicità del suo "phonofilm" ha sorpreso i connazionali riproducendo sullo schermo del film il discorso del trentesimo presidente degli Stati Uniti Coolidge sul prato di fronte alla Casa Bianca. Per la prima volta, un leader americano ha parlato dallo schermo. Il pubblico ha apprezzato questa novità. La febbre ricominciò. È nato
L'età d'oro di Hollywood.
Ma l'inventore non ha dovuto approfittare di questo successo. "Gli avvocati della Western Electric and Telephone Company", scrisse il biografo di Forest, M. Wilson, "cerchiavano con successo il dito e approfittavano della sua invenzione gratuitamente".
Una lunga e fruttuosa vita fu trascorsa dall'ingegnere americano Lee de Forest. L'umanità deve molto a lui. Uno dei primi a credere nell'esistenza di un elettrone, insieme a Fleming gettò le basi dell'elettronica radio.
I risultati della sua ricerca hanno trovato applicazione in molte cose familiari: da un telefono cellulare ultra moderno a un codice a barre sui prodotti. Tuttavia, nonostante numerose petizioni, non gli è mai stato assegnato il premio Nobel.
Il 5 ottobre 1956, 50 anni dopo l'invenzione del tubo radio (audion), il governo francese conferì a Lee de Forest l'Ordine della Legione d'Onore. Alla presentazione del premio, si diceva che "la scoperta di Lee de Forest è una delle più grandi nella storia della scienza e della tecnologia, e gli esperti in tutti i campi della scienza dovrebbero esprimere il loro rispetto, il loro apprezzamento e la loro ammirazione". Queste parole sono state pronunciate dal fisico premio Nobel Louis de Broglie, uno dei fondatori della fisica quantistica. E sapeva cosa stava dicendo.
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