Сэр Чарльз Уитстон FRS FRSE ( / ˈ w iː t s t ə n / ; [1] 6 февраля 1802 — 19 октября 1875) был английским учёным и изобретателем викторианской эпохи , его вклад включал в себя английскую концертину , стереоскоп (устройство для отображения трёхмерных изображений) и шифр Плейфера ( метод шифрования ). Однако Уитстон наиболее известен своим вкладом в разработку моста Уитстона , первоначально изобретённого Сэмюэлем Хантером Кристи , который используется для измерения неизвестного электрического сопротивления, и как важная фигура в развитии телеграфии .
Чарльз Уитстон родился в Барнвуде , Глостершир. Его отец, У. Уитстон, был продавцом нот в городе, который переехал на Пэлл-Мэлл, 128, в Лондон, четыре года спустя, став учителем игры на флейте. Чарльз, второй сын, ходил в деревенскую школу недалеко от Глостера, а затем в несколько учебных заведений в Лондоне. Одно из них было в Кеннингтоне , и содержалось миссис Каслмейн, которая была поражена его быстрым прогрессом. Из другого он сбежал, но был пойман в Виндзоре , недалеко от театра его практического телеграфа. Мальчиком он был очень застенчивым и чувствительным, любил уединяться на чердаке, без какой-либо другой компании, кроме своих собственных мыслей.
Когда ему было около четырнадцати лет, он поступил в ученики к своему дяде и тезке, мастеру и продавцу музыкальных инструментов на Стрэнд, 436, Лондон; но он не проявил особого интереса к ремеслу или бизнесу, и больше любил изучать книги. Его отец поощрял его в этом и в конце концов забрал его из-под опеки дяди.
В возрасте пятнадцати лет Уитстон переводил французскую поэзию и написал две песни, одну из которых он отдал своему дяде, который опубликовал ее, не зная, что это сочинение его племянника. Некоторые строки его лиры стали девизом гравюры Бартолоцци . Он часто посещал старый книжный киоск в окрестностях Пэлл-Мэлл , которая тогда была полуразрушенной и немощеной улицей. Большую часть своих карманных денег он тратил на покупку книг, которые ему нравились, будь то сказки, история или наука.
Однажды, к удивлению продавца книг, он возжелал том об открытиях Вольты в электричестве, но не имея цены, он накопил свои пенни и заполучил том. Он был написан на французском языке, и поэтому ему пришлось снова копить, пока он не смог купить словарь. Затем он начал читать том и, с помощью своего старшего брата Уильяма, повторить описанные в нем эксперименты с самодельной батареей в кладовой позади дома своего отца. Сооружая батарею, юные философы не смогли найти денег, чтобы приобрести необходимые медные пластины. У них осталось всего несколько медных монет. Счастливая мысль пришла в голову Чарльзу, который был руководителем этих исследований: «Мы должны использовать сами пенни», — сказал он, и батарея вскоре была готова.
В Крайстчерче, Мэрилебон , 12 февраля 1847 года Уитстон женился на Эмме Уэст. Она была дочерью торговца из Тонтона и обладала красивой внешностью. Она умерла в 1866 году, оставив ему семью из пяти маленьких детей. Его домашняя жизнь была тихой и небогатой событиями.
Хотя Уитстон был молчаливым и сдержанным на публике, в личной обстановке, если его занимали его любимые занятия, он был ясным и многословным собеседником, и его маленькая, но активная персона, его простое, но умное лицо были полны оживления. Сэр Генри Тейлор рассказывает нам, что однажды он наблюдал, как Уитстон на вечернем приеме в Оксфорде искренне рассуждал с лордом Пальмерстоном о возможностях своего телеграфа. «Не говорите так!» — воскликнул государственный деятель. «Я должен заставить вас рассказать это лорду-канцлеру ». И сказав это, он привязал электрика к лорду Уэстбери и совершил побег. Воспоминание об этой беседе, возможно, побудило Пальмерстона заметить, что наступает время, когда министра могут спросить в парламенте, началась ли война в Индии, и он ответит: «Подождите минутку; я просто телеграфирую генерал-губернатору и дам вам знать».
Уитстон был посвящен в рыцари в 1868 году после завершения работы над автоматическим телеграфом. [2] Ранее он был удостоен звания кавалера ордена Почетного легиона . О его научной репутации свидетельствовали около тридцати четырех отличий и дипломов отечественных и зарубежных обществ. С 1836 года он был членом Королевского общества, а в 1859 году был избран иностранным членом Королевской шведской академии наук , а в 1873 году — иностранным членом Французской академии наук . В том же году он был награжден медалью Ампера Французским обществом поощрения национальной промышленности. В 1875 году он был назначен почетным членом Института инженеров-строителей. Он был доктором колледжа Оксфорда и доктором права Кембриджа.
Во время визита в Париж осенью 1875 года, где он занимался усовершенствованием своего приемного прибора для подводных кабелей, он простудился, что вызвало воспаление легких , болезнь, от которой он умер в Париже 19 октября 1875 года в возрасте 73 лет. Поминальная служба прошла в англиканской часовне в Париже, на ней присутствовала делегация академии. Его останки были перевезены в его дом в Парке Кресент в Лондоне (сегодня отмечены синей табличкой ) и похоронены на кладбище Кенсал Грин .
В сентябре 1821 года Уитстон привлек к себе внимание общественности, выставив «Зачарованную лиру» или «Акукриптофон» в музыкальном магазине на Пэлл-Мэлл и в галерее Аделаиды. Она состояла из подражательной лиры, подвешенной к потолку на шнуре и издававшей звуки нескольких инструментов — фортепиано, арфы и цимбалы . На самом деле это был просто резонатор, а шнур представлял собой стальной стержень, который передавал вибрации музыки от нескольких инструментов, игравших вне поля зрения и слышимости. В этот период Уитстон провел многочисленные эксперименты со звуком и его передачей. Некоторые из его результатов сохранились в « Анналах философии» Томсона за 1823 год.
Он осознал, что звук распространяется волнами или колебаниями атмосферы, как тогда считалось, что свет распространяется волнообразными колебаниями светоносного эфира . Вода и твердые тела, такие как стекло, металл или звучное дерево, передают модуляции с высокой скоростью, и он задумал план передачи звуковых сигналов, музыки или речи на большие расстояния с помощью этих средств. Он подсчитал, что звук будет распространяться со скоростью 200 миль в секунду (320 км/с ) по твердым стержням, и предложил телеграфировать из Лондона в Эдинбург таким образом. Он даже назвал свое устройство «телефоном». ( Роберт Гук в своей «Микрографии» , опубликованной в 1667 году, пишет: «Я могу заверить читателя, что с помощью растянутой проволоки я распространял звук на весьма значительное расстояние в одно мгновение или с таким же быстрым движением, как у света». Не было также необходимости, чтобы проволока была прямой; ее можно было сгибать под углом. Это свойство лежит в основе механического или любовного телефона, который, как говорят, был известен китайцам много веков назад. Гук также рассматривал возможность нахождения способа ускорить наши способности слуха.)
Автор в Repository of Arts от 1 сентября 1821 года, ссылаясь на «Зачарованную лиру», видит перспективу оперы, исполняемой в Королевском театре и наслаждающейся в Hanover Square Rooms или даже в Horns Tavern, Kennington. Вибрации должны проходить по подземным проводникам, как газ по трубам.
Помимо передачи звуков на расстояние, Уитстон изобрел простой инструмент для усиления слабых звуков, которому он дал название «микрофон». Он состоял из двух тонких стержней, которые передавали механические колебания в оба уха, и существенно отличался от электрического микрофона профессора Хьюза.
В 1823 году его дядя, производитель музыкальных инструментов, умер, и Уитстон вместе со своим старшим братом Уильямом взяли на себя управление бизнесом. Чарльз не очень любил коммерческую часть, но его изобретательность нашла выход в усовершенствовании существующих инструментов и в разработке философских игрушек. Он также изобрел собственные инструменты. Одним из самых известных была концертина Уитстона . Это был шестигранный инструмент с 64 [ нужна цитата ] клавишами, логически организованными для простых хроматических аппликатур. Английская концертина становилась все более популярной на протяжении всей его жизни, однако она не достигла пика популярности до начала 20-го века. [a]
В 1827 году Уитстон представил свой « калейдофон », устройство для передачи вибраций звучащего тела, видимых глазу. Он состоит из металлического стержня, на конце которого находится посеребренная бусина, отражающая «пятно» света. Когда стержень вибрирует, пятно описывает сложные фигуры в воздухе, как искра, кружащаяся в темноте. Его фотометр , вероятно, был навеян этим прибором. Он позволяет сравнивать два света по относительной яркости их отражений в посеребренной бусине, описывающей узкий эллипс, чтобы вытянуть пятна в параллельные линии.
В 1828 году Уитстон усовершенствовал немецкий духовой инструмент, названный Mundharmonika , создав симфониум (или симфонион [b] ), инструмент с язычком, играющий ртом, с логичным расположением клавиш-кнопок, запатентованный 19 декабря 1829 года [4] , предвосхитивший английскую концертину, играющую с помощью мехов. [5] Портативная фисгармония — еще одно его изобретение, получившее призовую медаль на Всемирной выставке 1851 года. Он также усовершенствовал говорящую машину Де Кемпелена и поддержал мнение сэра Дэвида Брюстера , что к концу этого столетия певческий и говорящий аппарат будет среди завоеваний науки.
В 1834 году Уитстон, завоевавший себе имя, был назначен на кафедру экспериментальной физики в Королевском колледже Лондона . Его первый курс лекций по звуку оказался полным провалом из-за его отвращения к публичным выступлениям. На трибуне он был косноязычным и неспособным, иногда поворачивался спиной к аудитории и бормотал что-то в сторону диаграмм на стене. В лаборатории он чувствовал себя как дома и с тех пор ограничивал свои обязанности в основном демонстрацией.
Он прославился благодаря великому эксперименту, проведенному в 1834 году, — измерению скорости электричества в проводе. Он разрезал провод посередине, чтобы образовался зазор, через который могла проскакивать искра, и соединил его концы с полюсами лейденской банки, наполненной электричеством. Таким образом, возникло три искры, по одной на каждом конце провода и еще одна в середине. Он установил крошечное зеркало на механизме часов, так что оно вращалось с большой скоростью, и наблюдал отражения своих трех искр в нем. Концы провода были расположены таким образом, что если искры возникали мгновенно, их отражения появлялись на одной прямой линии; но средняя из них отставала от других, потому что она была на мгновение позже. Электричеству требовалось определенное время, чтобы пройти от концов провода до середины. Это время было найдено путем измерения величины отставания и сравнения его с известной скоростью зеркала. Получив время, ему оставалось только сравнить его с длиной половины провода, и он мог найти скорость электричества. Его результаты дали расчетную скорость в 288 000 миль в секунду, то есть быстрее, чем та скорость света, которую мы сейчас знаем (299 792,458 километров в секунду (186 000 миль/с)), но, тем не менее, это было интересное приближение. [6] [7]
Некоторые ученые уже понимали, что «скорость» электричества зависит от свойств проводника и его окружения. Фрэнсис Рональдс наблюдал задержку сигнала в своем подземном электрическом телеграфном кабеле (но не в воздушной линии) в 1816 году и обрисовал ее причину как индукцию. [8] Уитстон был свидетелем этих экспериментов в юности, которые, по-видимому, послужили стимулом для его собственных исследований в области телеграфии. Спустя десятилетия, после того как телеграф был коммерциализирован, Майкл Фарадей описал, как скорость электрического поля в подводном проводе, покрытом изолятором и окруженном водой, составляет всего 144 000 миль в секунду (232 000 км/с) или даже меньше.
Устройство вращающегося зеркала Уитстона впоследствии использовалось Леоном Фуко и Ипполитом Физо для измерения относительной скорости света в воздухе и воде , а позднее — для измерения скорости света .
Уитстон и другие также внесли вклад в раннюю спектроскопию посредством открытия и использования спектральных линий излучения. [9] [10] [11]
Как писал Джон Манро в 1891 году: «В 1835 году на Дублинском собрании Британской ассоциации Уитстон показал, что когда металлы испарялись в электрической искре, их свет, исследованный через призму, обнаруживал определенные лучи, которые были характерны для них. Таким образом, вид металлов, которые образовывали точки искрообразования, можно было определить, анализируя свет искры. Это предположение оказало большую услугу в спектральном анализе и, будучи применено Робертом Бунзеном , Густавом Робертом Кирхгофом и другими, привело к открытию нескольких новых элементов, таких как рубидий и таллий , а также к расширению наших знаний о небесных телах». [12]
Уитстон отказался от своей идеи передачи информации посредством механической вибрации стержней и занялся электрическим телеграфом . В 1835 году он прочитал лекцию о системе барона Шиллинга и заявил, что уже известны средства, с помощью которых электрический телеграф может сослужить миру большую службу. Он проводил эксперименты по собственному плану и не только предложил проложить экспериментальную линию через Темзу, но и установить ее на Лондонско-Бирмингемской железной дороге. Однако до того, как эти планы были осуществлены, 27 февраля 1837 года к нему в дом на Кондуит-стрит нанес визит Уильям Кук , что оказало важное влияние на его будущее.
Кук был офицером Мадрасской армии , который, находясь дома в отпуске, посещал лекции по анатомии в Гейдельбергском университете , где 6 марта 1836 года он стал свидетелем демонстрации телеграфа профессора Георга Мункэ и был настолько впечатлен его важностью, что оставил свои медицинские исследования и посвятил все свои усилия работе по внедрению телеграфа. Вскоре после этого он вернулся в Лондон и смог продемонстрировать телеграф с тремя иглами в январе 1837 года. Чувствуя недостаток научных знаний, он проконсультировался с Майклом Фарадеем и Питером Роже (тогдашним секретарем Королевского общества ): Роже направил его к Уитстону.
Во время второго интервью Кук рассказал Уитстону о своем намерении создать работающий телеграф и объяснил свой метод. Уитстон, согласно его собственному заявлению, заметил Куку, что этот метод не сработает, и создал свой собственный экспериментальный телеграф. Наконец, Кук предложил им вступить в партнерство, но Уитстон поначалу не хотел соглашаться. Он был известным ученым и намеревался опубликовать свои результаты, не пытаясь нажиться на них. Кук, с другой стороны, заявил, что его единственной целью было заработать на этой схеме состояние. В мае они договорились объединить свои силы, Уитстон внес научный, а Кук административный талант. Договор о партнерстве был датирован 19 ноября 1837 года. Был получен совместный патент на их изобретения, включая пятистрелочный телеграф Уитстона [13] и сигнализацию, работающую от реле, в котором ток, опуская иглу в ртуть, замыкал локальную цепь и освобождал фиксатор часового механизма.
Пятиигольный телеграф, который в основном, если не полностью, был создан Уитстоном, был похож на телеграф Шиллинга и основывался на принципе, сформулированном Ампером , а именно, ток посылался в линию путем замыкания цепи батареи с помощью ключа-размыкателя, а на другом конце он проходил через катушку провода, окружающую магнитную стрелку, которая могла свободно вращаться вокруг своего центра. В зависимости от того, какой полюс батареи или другой был приложен к линии с помощью ключа, ток отклонял стрелку в одну или другую сторону. Было пять отдельных цепей, приводящих в действие пять различных стрелок. Последние вращались рядами посередине циферблата в форме ромба, на котором буквы алфавита были расположены таким образом, что буква буквально указывалась током, отклоняющим две стрелки к ней.
Экспериментальная линия с шестым обратным проводом была запущена между конечной станцией Юстон и станцией Кэмден-Таун Лондонской и Северо-Западной железной дороги 25 июля 1837 года. Фактическое расстояние составляло всего полторы мили (2,4 км), но в цепь был вставлен запасной провод, чтобы увеличить ее длину. Испытание состоялось поздно вечером. Кук был ответственным в Кэмден-Тауне, в то время как Роберт Стефенсон и другие джентльмены наблюдали; а Уитстон сидел за своим инструментом в темной маленькой комнате, освещенной сальной свечой, рядом с кассой в Юстоне. Уитстон отправил первое сообщение, на которое Кук ответил: и «никогда», сказал Уитстон, «я не испытывал такого бурного ощущения прежде, как тогда, когда, совсем один в тихой комнате, я слышал, как щелкают иглы, и, когда я произносил слова, я чувствовал всю величие изобретения, объявленного осуществимым без придирок или споров».
Однако, несмотря на это испытание, директора железной дороги отнеслись к «новомодному» изобретению с безразличием и потребовали его удаления. Однако в июле 1839 года его одобрила Great Western Railway , и была проложена линия от конечной станции Паддингтон до железнодорожной станции Уэст-Дрейтон , протяженностью тринадцать миль (21 км). Часть провода сначала прокладывалась под землей, но впоследствии вся она была поднята на столбах вдоль линии. В конечном итоге их цепь была продлена до Слау в 1841 году и была публично выставлена в Паддингтоне как чудо науки, которое могло передавать пятьдесят сигналов на расстояние 280 000 миль в минуту (7500 км/с). Цена за вход составляла шиллинг (0,05 фунта стерлингов), и в 1844 году один завороженный наблюдатель записал следующее:
Он идеален от конечной станции Great Western до Слау — то есть восемнадцать миль; провода в некоторых местах находятся под землей в трубах, а в других — высоко в воздухе, что, по его словам, является наилучшим планом. Мы спросили, не влияет ли погода на провода, но он сказал, что нет; сильная гроза может звонить в колокол, но не более того. Нас провели в небольшую комнату (мы были миссис Драммонд , мисс Филипс, Гарри Кодрингтон и я — а затем Милманы и мистер Рич), где стояло несколько деревянных ящиков с различными видами телеграфов. В одном виде каждое слово было написано, и когда каждая буква по очереди помещалась в определенное положение, машина заставляла электрическую жидкость течь по линии, где она заставляла букву показываться в Слау, с помощью какой машины он не мог объяснить. После каждого слова из Слау раздавался знак, означающий «Я понимаю», приходящий, несомненно, менее чем за секунду до конца слова... Другой печатает сообщения, которые он приносит, так что если никто не обратил внимания на звонок,... сообщение не будет потеряно. Это достигается с помощью электрической жидкости, заставляющей маленький молоточек ударять по букве, которая появляется, буква, которая поднимается, ударяет по какой-то многослойной писчей бумаге (новое изобретение, черная бумага, которая при нажатии оставляет неизгладимый черный след), благодаря чему отпечаток остается на белой бумаге под ней. Это было самое изобретательное из всех, и, по-видимому, любимое изобретение мистера Уитстона; он был очень добродушен в объяснениях, но сам понимает это так хорошо, что не может почувствовать, как мало мы знаем об этом, и говорит слишком быстро, чтобы такие невежественные люди могли во всем за ним уследить . Миссис Драммонд сказала мне, что он замечателен быстротой, с которой он думает, и своей силой изобретательности; он изобретает так много вещей, что не может воплотить и половины своих идей в жизнь, предоставляя их другим, которые и получают за это признание. [14]
Общественность приняла новое изобретение после поимки убийцы Джона Тауэлла , который в 1845 году стал первым человеком, арестованным в результате использования телекоммуникационных технологий. В том же году Уитстон представил две усовершенствованные формы аппарата, а именно «одно-» и «двух-» игольчатые приборы, в которых сигналы производились последовательными отклонениями игл. Из них одноигольный прибор, требующий только одного провода, используется до сих пор. [ необходима цитата ]
Развитие телеграфа можно понять из двух фактов. В 1855 году смерть императора Николая в Санкт-Петербурге , около часа дня, была объявлена в Палате лордов несколькими часами позже. Результат скачек The Oaks 1890 года был получен в Нью-Йорке через пятнадцать секунд после того, как лошади миновали выигрышный пост.
В 1841 году между Куком и Уитстоном возникли разногласия относительно доли каждого в чести изобретения телеграфа. Вопрос был передан на арбитраж знаменитого инженера Марка Изамбарда Брюнеля , от имени Кука, и профессора Даниэля из Королевского колледжа, изобретателя ячейки Даниэля , от имени Уитстона. Они присудили Куку честь за то, что он представил телеграф как полезное начинание, которое обещало иметь национальное значение, а Уитстону — за то, что он своими исследованиями подготовил общественность к его восприятию. Они закончили словами: «Именно объединенным трудам двух джентльменов, столь хорошо подготовленных для взаимной помощи, мы должны приписать быстрый прогресс, которого это важное изобретение достигло за пять лет с тех пор, как они объединились». Решение, хотя и неопределенное, объявляет игольчатый телеграф совместным производством. Если он был в основном изобретен Уитстоном, то был в основном представлен Куком. Их доли в этом предприятии можно было бы сравнить с долей автора и его издателя, если бы не тот факт, что сам Кук принимал участие в реальном изобретательском труде.
С 1836 по 1837 год Уитстон много думал о подводных телеграфах, и в 1840 году он дал показания перед Железнодорожным комитетом Палаты общин о возможности реализации предлагаемой линии от Дувра до Кале . Он даже спроектировал оборудование для изготовления и прокладки кабеля. Осенью 1844 года с помощью Дж. Д. Ллевеллина он погрузил в залив Суонси кусок изолированного провода и передал по нему сигнал с лодки на маяк Мамблс . В следующем году он предложил использовать гуттаперчу для покрытия предполагаемого провода через Ла-Манш .
В 1840 году Уитстон запатентовал алфавитный телеграф, или «инструмент Уитстона ABC», который двигался шаг за шагом и показывал буквы сообщения на циферблате. Тот же принцип использовался в его типографском телеграфе, запатентованном в 1841 году. Это был первый аппарат, который печатал телеграмму шрифтом. Он работал от двух цепей, и по мере вращения шрифта молоток, приводимый в действие током, нажимал нужную букву на бумаге.
Внедрение телеграфа зашло настолько далеко, что 2 сентября 1845 года была зарегистрирована компания Electric Telegraph Company , и Уитстон, по договору о партнерстве с Куком, получил сумму в 33 000 фунтов стерлингов за использование их совместных изобретений.
В 1859 году Уитстон был назначен Советом по торговле для подготовки доклада по теме Атлантических кабелей, а в 1864 году он был одним из экспертов, консультировавших Atlantic Telegraph Company по вопросам строительства успешных линий 1865 и 1866 годов.
В 1870 году электрические телеграфные линии Соединенного Королевства, эксплуатируемые различными компаниями, были переданы Почтовому ведомству и поставлены под контроль правительства.
Уитстон далее изобрел автоматический передатчик , в котором сигналы сообщения сначала пробиваются на полоске бумаги ( перфорированной ленте ), которая затем пропускается через посылающий ключ и управляет сигнальными токами. Заменив механизм рукой при отправке сообщения, он смог передавать по телеграфу около 100 слов в минуту, или в пять раз больше обычной скорости. В почтово-телеграфной службе этот аппарат используется для отправки пресс-телеграмм, и недавно он был настолько усовершенствован, что теперь сообщения отправляются из Лондона в Бристоль со скоростью 600 слов в минуту и даже 400 слов в минуту между Лондоном и Абердином. В ночь на 8 апреля 1886 года, когда Гладстон представил свой законопроект о самоуправлении в Ирландии , не менее 1 500 000 слов были отправлены с центральной станции в Сен-Мартен-ле-Гран 100 передатчиками Уитстона. План отправки сообщений с помощью бегущей полоски бумаги, которая приводит в действие ключ, был первоначально запатентован Александром Бэйном в 1846 году; но Уитстон, с помощью Августа Стро, опытного механика и способного экспериментатора, был первым, кто успешно воплотил эту идею в жизнь. Эту систему часто называют перфоратором Уитстона [15] , и она является предшественником тикерной ленты фондового рынка . [16]
Стереопсис был впервые описан Уитстоном в 1838 году. [17] В 1840 году он был награжден Королевской медалью Королевского общества за свое объяснение бинокулярного зрения , исследование, которое привело его к созданию стереоскопических рисунков и созданию стереоскопа . Он показал, что наше впечатление о твердости достигается путем объединения в уме двух отдельных изображений объекта, сделанных обоими нашими глазами с разных точек зрения. Таким образом, в стереоскопе, расположении линз или зеркал, две фотографии одного и того же объекта, сделанные с разных точек, объединяются таким образом, чтобы объект выделялся с твердым видом. Сэр Дэвид Брюстер усовершенствовал стереоскоп, отказавшись от зеркал и придав ему существующую форму с помощью линз.
« Псевдоскоп » (Уитстон придумал этот термин от греческого ψευδίς σκοπειν) был представлен в 1852 году [18] и является своего рода противоположностью стереоскопа, поскольку он заставляет твердый объект казаться полым, а более близкий — более далеким; таким образом, бюст кажется маской, а дерево, растущее за окном, выглядит так, как будто оно растет внутри комнаты. Его целью было проверить его теорию стереозрения и провести исследования в области того, что сейчас называется экспериментальной психологией.
В 1840 году Уитстон представил свой хроноскоп для измерения минутных интервалов времени, который использовался для определения скорости пули или прохождения звезды. В этом аппарате электрический ток приводил в действие электромагнит, который отмечал момент события с помощью карандаша на движущейся бумаге. Говорят, что он был способен различать 1/7300 часть секунды (137 микросекунд) и время, необходимое телу для падения с высоты одного дюйма (25 мм).
26 ноября 1840 года он выставил свои электромагнитные часы в библиотеке Королевского общества и предложил план распределения правильного времени от стандартных часов к нескольким местным часам. Цепи этих часов должны были электрифицироваться ключом или контактным устройством, приводимым в действие валом стандарта, а их стрелки корректировались электромагнетизмом. В следующем январе Александр Бейн получил патент на электромагнитные часы, и впоследствии он обвинил Уитстона в присвоении его идей. Похоже, что Бейн работал механиком у Уитстона с августа по декабрь 1840 года и утверждал, что в тот период он передал Уитстону идею электрических часов; но Уитстон утверждал, что экспериментировал в этом направлении в мае. Бейн далее обвинил Уитстона в краже его идеи электромагнитного печатного телеграфа; но Уитстон показал, что этот прибор был всего лишь модификацией его собственного электромагнитного телеграфа.
В 1840 году Александр Бейн рассказал редактору журнала Mechanics Magazine о своих финансовых проблемах. Редактор познакомил его с сэром Чарльзом Уитстоном. Бейн продемонстрировал Уитстону свои модели, который, когда его спросили о его мнении, сказал: «О, мне не следует беспокоиться о дальнейшей разработке этих вещей! В них нет будущего». [ необходима цитата ] Три месяца спустя Уитстон продемонстрировал Королевскому обществу электрические часы, заявив, что это его собственное изобретение. Однако Бейн уже подал на них заявку на патент. Уитстон пытался заблокировать патенты Бэйна, но потерпел неудачу. Когда Уитстон организовал принятие парламентского акта об учреждении компании Electric Telegraph Company, Палата лордов вызвала Бэйна для дачи показаний и в конечном итоге заставила компанию выплатить Бэйну 10 000 фунтов стерлингов и дать ему работу управляющего, что привело к отставке Уитстона.
Одним из самых гениальных устройств Уитстона были «Полярные часы», представленные на собрании Британской ассоциации в 1848 году. Они основаны на факте, открытом сэром Дэвидом Брюстером , что свет неба поляризован в плоскости под углом девяносто градусов к положению солнца. Из этого следует, что, обнаружив эту плоскость поляризации и измерив ее азимут относительно севера, можно определить положение солнца, хотя оно и находится под горизонтом, и получить видимое солнечное время.
Часы состояли из подзорной трубы с призмой Николя (двойное изображение) в качестве окуляра и тонкой пластины селенита в качестве объектива. Когда трубка была направлена на Северный полюс, то есть параллельно земной оси, и призма окуляра поворачивалась до тех пор, пока не исчезал цвет, угол поворота, показанный индексом, движущимся с призмой по градуированному лимбу, давал час дня. Устройство малопригодно в стране, где часы надежны; но оно было частью оборудования Северной полярной экспедиции 1875–1876 годов под командованием капитана Нэрса.
В 1843 году Уитстон представил Королевскому обществу важную работу под названием «Отчет о нескольких новых процессах определения констант вольтовой цепи». Она содержала описание хорошо известных весов для измерения электрического сопротивления проводника, которые до сих пор носят название моста или весов Уитстона , хотя впервые их изобрел Сэмюэл Хантер Кристи из Королевской военной академии в Вулвиче, опубликовавший их в Philosophical Transactions за 1833 год. [19] Методом пренебрегали, пока Уитстон не обратил на него внимание. [20]
Его статья изобилует простыми и практичными формулами для расчета токов и сопротивлений по закону Ома . Он ввел единицу сопротивления, а именно фут медной проволоки весом в сто гран (6,5 г), и показал, как ее можно применять для измерения длины проволоки по ее сопротивлению. За свою статью он был награжден медалью Общества. [21] В том же году он изобрел аппарат, который позволял регистрировать показания термометра или барометра на расстоянии с помощью электрического контакта, создаваемого ртутью. Звуковой телеграф, в котором сигналы подавались ударами колокола, был также запатентован Куком и Уитстоном в мае того же года.
Замечательная изобретательность Уитстона проявилась также в изобретении шифров. Он был ответственен за необычный тогда шифр Плейфера , названный в честь его друга лорда Плейфера . Он использовался армиями нескольких стран по крайней мере во время Первой мировой войны, и, как известно, использовался во время Второй мировой войны британскими разведывательными службами. [22]
Первоначально он был устойчив к криптоанализу , но в конечном итоге были разработаны методы его взлома. Он также занялся интерпретацией шифрованных рукописей в Британском музее. Он разработал криптограф или машину для превращения сообщения в шифр, который можно было интерпретировать только путем помещения шифра в соответствующую машину, настроенную на его расшифровку.
Будучи математиком-любителем , Уитстон опубликовал математическое доказательство в 1854 году (см. Куб (алгебра) ).
В 1840 году Уитстон создал свою магнитоэлектрическую машину для генерации постоянного тока.
4 февраля 1867 года он опубликовал принцип реакции в динамо-электрической машине в докладе Королевскому обществу; однако г-н К. У. Сименс сообщил об идентичном открытии десятью днями ранее, и обе статьи были зачитаны в один и тот же день.
Впоследствии выяснилось, что Вернер фон Сименс , Сэмюэл Альфред Варлей и Уитстон независимо друг от друга пришли к этому принципу с разницей в несколько месяцев. Варлей запатентовал его 24 декабря 1866 года; Сименс обратил на него внимание 17 января 1867 года; а Уитстон продемонстрировал его в действии в Королевском обществе в указанный выше день.
Уитстон был вовлечен в различные споры с другими учеными на протяжении всей своей жизни относительно его роли в различных технологиях и, казалось, порой приписывал себе больше заслуг, чем заслуживал. Помимо Уильяма Фотергилла Кука , Александра Бейна и Дэвида Брюстера , упомянутых выше, в их число входил также Фрэнсис Рональдс из обсерватории Кью . Многие ошибочно полагали, что Уитстон создал аппарат для наблюдения за атмосферным электричеством , который Рональдс изобрел и разработал в обсерватории в 1840-х годах, а также установил там первые автоматические записывающие метеорологические приборы (см., например, Howarth, стр. 158). [23] [24]
Уитстон женился на Эмме Уэст, старой деве, дочери покойного Джона Гука Уэста, в Крайст-Черч, Мэрилебон , 12 февраля 1847 года. Брак был зарегистрирован. [25]
Цитаты, связанные с Чарльзом Уитстоном в Wikiquote