Coherente - Coherer

Colador de limaduras metálicas diseñado por Guglielmo Marconi .

El cohesor era una forma primitiva de detector de señales de radio utilizado en los primeros receptores de radio durante la era de la telegrafía inalámbrica a principios del siglo XX. Su uso en radio se basó en los hallazgos de 1890 del físico francés Édouard Branly y fue adaptado por otros físicos e inventores durante los siguientes diez años. El dispositivo consiste en un tubo o cápsula que contiene dos electrodos separados una pequeña distancia con limaduras de metal sueltas en el espacio intermedio. Cuando se aplica una señal de radiofrecuencia al dispositivo, las partículas metálicas se adhieren o " cohesionan ", reduciendo la alta resistencia inicial del dispositivo, permitiendo así que fluya una corriente continua mucho mayor a través de él. En un receptor, la corriente activaría una campana o una grabadora de cinta de papel Morse para registrar la señal recibida. Las limaduras de metal en el cohesor permanecieron conductoras después de que la señal (pulso) terminó, de modo que el cohesor tuvo que ser "decodificado" tocándolo con un badajo accionado por un electroimán, cada vez que se recibió una señal, restaurando así el cohesor a su original. Expresar. Los coherentes se mantuvieron en uso generalizado hasta aproximadamente 1907, cuando fueron reemplazados por detectores de cristal y electrolíticos más sensibles .

Historia

El comportamiento de partículas o limaduras metálicas en presencia de electricidad o chispas eléctricas se notó en muchos experimentos mucho antes del artículo de 1890 de Édouard Branly e incluso antes de que existiera la prueba de la teoría del electromagnetismo . En 1835, el científico sueco Peter Samuel Munk notó un cambio de resistencia en una mezcla de limaduras de metal en presencia de descargas de chispas de un frasco de Leyden. En 1850, Pierre Guitard descubrió que cuando se electrificaba el aire polvoriento, las partículas tendían a acumularse en forma de cuerdas. La idea de que las partículas pueden reaccionar a la electricidad se utilizó en el puente relámpago de 1866 del ingeniero inglés Samuel Alfred Varley , un pararrayos unido a las líneas telegráficas que consiste en un trozo de madera con dos puntas de metal que se extienden hacia una cámara. El espacio estaba lleno de carbón en polvo que no permitiría el paso de las señales del telégrafo de bajo voltaje, pero conduciría y conectaría a tierra un rayo de alto voltaje. En 1879, el científico galés David Edward Hughes descubrió que los contactos sueltos entre una varilla de carbono y dos bloques de carbono, así como los gránulos metálicos de un micrófono que estaba desarrollando, respondían a las chispas generadas en un aparato cercano. Temistocle Calzecchi-Onesti en Italia comenzó a estudiar el cambio anómalo en la resistencia de películas metálicas delgadas y partículas metálicas en Fermo / Monterubbiano . Descubrió que las limaduras de cobre entre dos placas de latón se pegaban entre sí y se volvían conductoras cuando les aplicaba voltaje. También descubrió que otros tipos de limaduras de metal tendrían la misma reacción a las chispas eléctricas que ocurren a distancia, un fenómeno que pensó que podría usarse para detectar rayos. Los artículos de Calzecchi-Onesti se publicaron en il Nuovo Cimento en 1884, 1885 y 1886.

El tubo del circuito eléctrico de Branly lleno de limaduras de hierro (más tarde llamado "cohesor")

En 1890, el físico francés Édouard Branly publicó Sobre los cambios en la resistencia de los cuerpos en diferentes condiciones eléctricas en una revista francesa, donde describió su investigación exhaustiva del efecto de las cargas eléctricas diminutas en el metal y muchos tipos de limaduras metálicas. En un tipo de circuito, las limaduras se colocaban en un tubo de vidrio o ebonita, sostenido entre dos placas de metal. Cuando se produjo una descarga eléctrica en las cercanías del circuito, se observó una gran desviación en la aguja del galvanómetro adjunta . Señaló que las limaduras en el tubo reaccionarían a la descarga eléctrica incluso cuando el tubo se colocara en otra habitación a 20 metros de distancia. Branly pasó a diseñar muchos tipos de estos dispositivos basados ​​en contactos metálicos "imperfectos". El tubo de presentación de Branly salió a la luz en 1892 en Gran Bretaña cuando fue descrito por el Dr. Dawson Turner en una reunión de la Asociación Británica en Edimburgo. El ingeniero eléctrico y astrónomo escocés George Forbes sugirió que el tubo de limaduras de Branly podría estar reaccionando en presencia de ondas hertzianas, un tipo de radiación electromagnética transmitida por el aire que ha demostrado su existencia el físico alemán Heinrich Hertz (más tarde llamado ondas de radio ).

Receptor de coherer 1896 de Marconi, en el Museo de Historia de la Ciencia de Oxford , Reino Unido. El cohesor está a la derecha, con el mecanismo de descodificación detrás de él. El relé está en el contenedor de metal cilíndrico (centro) para proteger el coherer del ruido de RF de sus contactos.

En 1893, el físico WB Croft expuso los experimentos de Branly en una reunión de la Physical Society en Londres. Croft y otros no tenían claro si las limaduras del tubo Branly reaccionaban a las chispas oa la luz de las chispas. George Minchin notó que el tubo Branly podría estar reaccionando a las ondas hertzianas de la misma manera que lo hizo su célula solar y escribió el artículo " La acción de la radiación electromagnética en películas que contienen polvos metálicos ". Estos documentos fueron leídos por el físico inglés Oliver Lodge, quien vio esto como una forma de construir un detector de ondas hertziano muy mejorado. El 1 de junio de 1894, unos meses después de la muerte de Heinrich Hertz, Oliver Lodge pronunció una conferencia conmemorativa sobre Hertz en la que demostró las propiedades de las "ondas hertzianas" (radio), incluida su transmisión a corta distancia, utilizando una versión mejorada de El tubo de limaduras de Branly, que Lodge había llamado el "cohesor", como detector. En mayo de 1895, después de leer acerca de las demostraciones de Lodge, el físico ruso Alexander Popov construyó un detector de rayos basado en "ondas hertzianas" (ondas de radio) utilizando un cohete. Ese mismo año, el inventor italiano Guglielmo Marconi hizo una demostración de un sistema de telegrafía inalámbrica que utiliza ondas hertzianas (radio), basado en un cohesionador.

El cohesor fue reemplazado en los receptores por los detectores de cristal y electrolíticos más sencillos y sensibles alrededor de 1907, y quedó obsoleto.

Un uso menor del cohesor en los tiempos modernos fue el fabricante japonés de juguetes de hojalata Matsudaya Toy Co., quien a partir de 1957 utilizó un transmisor de chispa y un receptor basado en cohesor en una gama de juguetes controlados por radio (RC), llamados Radicon ( abreviatura de juguetes radiocontrolados. Se vendieron comercialmente varios tipos diferentes que usaban el mismo sistema RC, incluido un Radicon Boat (muy raro), Radicon Oldsmobile Car (raro) y un Radicon Bus (el más popular).

Operación

El circuito de un receptor de cohesión, que graba el código recibido en una grabadora de cinta de papel Morse.

A diferencia de las modernas estaciones de radio AM que transmiten una radiofrecuencia continua, cuya amplitud (potencia) es modulada por una señal de audio , los primeros radiotransmisores transmitían información por telegrafía inalámbrica ( radiotelegrafía ), el transmisor se encendía y apagaba ( codificación on-off ) para producir pulsos de diferente longitud de señal de onda portadora no modulada , "puntos" y "guiones", que deletreaban mensajes de texto en código Morse . Como resultado, los primeros aparatos de recepción de radio simplemente tenían que detectar la presencia o ausencia de la señal de radio, no convertirla en audio. El dispositivo que hizo esto se llamó detector . El cohesor fue el más exitoso de muchos dispositivos detectores que se probaron en los primeros días de la radio.

El funcionamiento del cohesor se basa en el fenómeno de la resistencia de contacto eléctrico . Específicamente, a medida que las partículas de metal se cohesionan (se adhieren entre sí), conducen la electricidad mucho mejor después de ser sometidas a electricidad de radiofrecuencia . La señal de radio de la antena se aplicó directamente a través de los electrodos del cohesor. Cuando entraba la señal de radio de un "punto" o "guión", el coheredor se convertía en conductor. Los electrodos del cohesor también estaban conectados a un circuito de CC alimentado por una batería que creaba un sonido de "clic" en los auriculares o una sonda de telégrafo , o una marca en una cinta de papel, para registrar la señal. Desafortunadamente, la reducción en la resistencia eléctrica del cohesor persistió después de que se eliminó la señal de radio. Esto era un problema porque el coheredor tenía que estar listo inmediatamente para recibir el siguiente "punto" o "guión". Por lo tanto, se agregó un mecanismo de decoherencia para tocar el cohesor, perturbando mecánicamente las partículas para restablecerlo al estado de alta resistencia.

La coherencia de las partículas por ondas de radio es un fenómeno oscuro que aún hoy no se comprende bien. Experimentos recientes con cohesionadores de partículas parecen haber confirmado la hipótesis de que las partículas se unen por un fenómeno de microsoldadura causado por la electricidad de radiofrecuencia que fluye a través del área de contacto pequeña entre las partículas. El principio subyacente de los llamados cohesores de "contacto imperfecto" tampoco se comprende bien, pero puede implicar una especie de tunelización de los portadores de carga a través de una unión imperfecta entre conductores.

Solicitud

El cohesor desarrollado por Marconi consistía en limaduras metálicas (puntos) encerrados entre dos electrodos inclinados (negros) separados unos pocos milímetros, conectados a terminales.

El cohesor utilizado en los receptores prácticos era un tubo de vidrio, a veces evacuado , que estaba lleno hasta la mitad con limaduras de metal cortadas con precisión, a menudo en parte plata y en parte níquel . Los electrodos de plata hicieron contacto con las partículas metálicas en ambos extremos. En algunos cohesores, los electrodos estaban inclinados para que el ancho del espacio ocupado por las limaduras pudiera variarse girando el tubo alrededor de su eje largo, ajustando así su sensibilidad a las condiciones predominantes.

En funcionamiento, el coherer se incluye en dos circuitos eléctricos separados. Uno es el circuito de antena-tierra que se muestra en el diagrama del circuito del receptor sin sintonizar a continuación. El otro es el circuito del relé de la sirena de la batería que incluye la batería B1 y el relé R en el diagrama. Una señal de radio desde el circuito de antena de suelo "vueltas en" la coherer, lo que permite el flujo de corriente en el circuito de la batería acustica, la activación de la sonda, S . Las bobinas, L , actúan como estranguladores de RF para evitar que la potencia de la señal de RF se filtre a través del circuito del relé.

Un circuito de receptor de radio que utiliza un detector de coherer (C) . No se muestra el "tapper" (decoheredor).

Un electrodo, A , del coherer, ( C , en el diagrama de la izquierda) está conectado a la antena y el otro electrodo, B , a tierra . También se adjunta a los dos electrodos una combinación en serie de una batería , B1 , y un relé, R. Cuando se recibe la señal de un transmisor de chispa , las limaduras tienden a adherirse entre sí, reduciendo la resistencia del cohesor. Cuando el cohesor conduce mejor, la batería B1 suministra suficiente corriente a través del cohesor para activar el relé R , que conecta la batería B2 a la sonda telegráfica S , dando un clic audible. En algunas aplicaciones, un par de auriculares reemplazó a la sonda del telégrafo, que es mucho más sensible a las señales débiles, o una grabadora Morse que registra los puntos y rayas de la señal en una cinta de papel.

Un cohesor con "tapper" operado por electroimán (decoherer), construido por el investigador de radio Emile Guarini alrededor de 1904.

El problema de que las limaduras continuaran adhiriéndose y conduciéndose después de la eliminación de la señal se resolvió tocando o agitando el cohesor después de la llegada de cada señal, agitando las limaduras y elevando la resistencia del cohesor al valor original. Este aparato se llamó decoheredor . Este proceso se denominó "decodificación" del dispositivo y estuvo sujeto a muchas innovaciones durante la vida del uso popular de este componente. Tesla , por ejemplo, inventó un cohesionador en el que el tubo giraba continuamente a lo largo de su eje.

En receptores prácticos posteriores, el decoherer era un badajo similar a una campana eléctrica, operado por un electroimán alimentado por la propia corriente del coherer. Cuando la onda de radio encendió el cohesor, la corriente continua de la batería fluyó a través del electroimán, tirando del brazo para darle un toque al cohesor. Esto devolvió el cohesor al estado no conductor, apagando la corriente del electroimán y el brazo saltó hacia atrás. Si la señal de radio todavía estaba presente, el cohesor se volvería a encender inmediatamente, tirando del badajo para darle otro toque, que lo apagaría nuevamente. El resultado fue un constante "temblor" del badajo durante el período en que la señal de radio estaba encendida, durante los "puntos" y "guiones" de la señal del código Morse.

Un sistema de frenado automático para locomotoras ferroviarias, patentado en 1907, utilizaba un coherer para detectar oscilaciones eléctricas en una antena continua que recorría la vía. Si la cuadra delante del tren estaba ocupada, las oscilaciones se interrumpían y el coherer, actuando a través de un relé, mostraba una advertencia y accionaba los frenos.

Cohesor de unión imperfecto

Hay varias variaciones de lo que se conoce como cohesor de unión imperfecto. El principio de funcionamiento (micro-soldadura) sugerido anteriormente para el cohesionador de limaduras puede ser menos probable que se aplique a este tipo porque no hay necesidad de decoherización. Marconi utilizó una variación de hierro y mercurio en este dispositivo para el primer mensaje de radio transatlántico. Una forma anterior fue inventada por Jagdish Chandra Bose en 1899. El dispositivo consistía en una pequeña copa metálica que contenía un charco de mercurio cubierto por una película aislante muy fina de aceite ; sobre la superficie del aceite, se suspende un pequeño disco de hierro . Por medio de un tornillo de ajuste, se hace que el borde inferior del disco toque el mercurio cubierto de aceite con una presión lo suficientemente pequeña como para no perforar la película de aceite. Su principio de funcionamiento no se comprende bien. La acción de detección ocurre cuando la señal de radiofrecuencia de alguna manera rompe la película aislante de aceite, permitiendo que el dispositivo conduzca, operando la sirena receptora cableada en serie. Esta forma de cohesionador se restaura automáticamente y no necesita decodificación.

En 1899, Bose anunció el desarrollo de un " cohesor de hierro-mercurio-hierro con detector de teléfono " en un documento presentado en la Royal Society de Londres. Más tarde, también recibió la patente estadounidense 755,840 , " Detector de perturbaciones eléctricas " (1904), para un receptor electromagnético específico .

Anticoherente

Limitaciones de los coheredores

Debido a que son detectores de voltaje de umbral, los coheredores tenían dificultades para discriminar entre las señales impulsivas de los transmisores de chispas y otros ruidos eléctricos impulsivos:

Este dispositivo [el cohesionador] se publicitó como maravilloso, y era maravillosamente errático y malo. No funcionaría cuando debería, y trabajó horas extras cuando no debería.

Todo era pescado que llegaba a la red de cohesión, y la grabadora anotó combinaciones de puntos y guiones de manera bastante imparcial para detectar señales legítimas, perturbaciones estáticas, un carrito deslizándose a varias cuadras de distancia e incluso el encendido y apagado de las luces del edificio. La traducción de la cinta requería con frecuencia una brillante imaginación.

Los coherentes también eran meticulosos para adaptarse y no muy sensibles. Otro problema fue que, debido al engorroso mecanismo mecánico de "decoherización", el cohesor se limitaba a una velocidad de recepción de 12 a 15 palabras por minuto de código Morse, mientras que los operadores de telégrafos podían enviar a velocidades de 50 palabras por minuto y las máquinas de cinta de papel a 100 palabras por minuto.

Más importante para el futuro, el coherer no pudo detectar transmisiones AM (radio). Como un simple interruptor que registraba la presencia o ausencia de ondas de radio, el coherer podía detectar la codificación on-off de los transmisores de telegrafía inalámbricos , pero no podía rectificar ni demodular las formas de onda de las señales radiotelefónicas de AM , con lo que se empezó a experimentar en el primeros años del siglo XX. Este problema se resolvió gracias a la capacidad de rectificación del detector electrolítico y el retenedor de alambre caliente , desarrollado por Reginald Fessenden alrededor de 1902. Estos fueron reemplazados por el detector de cristal alrededor de 1907, y luego alrededor de 1912-1918 por tecnologías de tubos de vacío como John Ambrose Fleming . s diodo de tubo y Lee De Forest 's Audion ( triodo tubo).

Uno de los primeros coheredores diseñados por Édouard Branly. Construido por su asistente.
Un cohete de "bola", diseñado por Branly en 1899. Este tipo de contacto imperfecto tenía una serie de bolas de metal que se tocaban ligeramente colocadas entre dos electrodos.
Cohesor de trípode, construido por Branly en 1902, otro tipo de contacto imperfecto. Aunque la mayoría de los coheredores funcionaban como "interruptores" que activaban una corriente continua de una batería en presencia de ondas de radio, este puede ser uno de los primeros detectores rectificadores ( diodos ), porque Branly informó que podría producir una corriente continua sin batería.
Otro detector de trípode construido por Branly

Ver también

Otras lecturas

  • Phillips, Vivian J. (1980). Detectores tempranos de ondas de radio . Londres: Inst. de Ingenieros Eléctricos. ISBN 0906048249.. Una descripción completa de los detectores de radio hasta el desarrollo del tubo de vacío, con muchos tipos inusuales de cohesores.
  • Puño, Thomas Mark (1993). Coherers, una revisión. Filadelfia, Pensilvania, Temple University, Tesis de Maestría. Un relato histórico técnico del descubrimiento y desarrollo de coheredores y comportamientos similares a los de los coherentes desde los años 1800 hasta 1993, incluidas las investigaciones, en la década de 1950, sobre el uso de coheredores en el entonces nuevo campo de las computadoras digitales. Esta tesis examinó las similitudes entre los cohesores y los detectores de RF electrolíticos, los 'diodos' MOM (metal-óxido-metal) utilizados en la heterodinación láser y el STM (microscopio de túnel de barrido).

Referencias

enlaces externos