.jpg/1280px-Single_needle_telegraph_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_V,_1903).jpg)
Игольчатый телеграф — это электрический телеграф , который использует указательные стрелки, перемещаемые электромагнитным способом, в качестве средства отображения сообщений. Это один из двух основных типов электромагнитного телеграфа, другой — система арматуры , [1] примером которой является телеграф Сэмюэля Морзе в Соединенных Штатах. Игольчатые телеграфы широко использовались в Европе и Британской империи в девятнадцатом веке.
Стрелочные телеграфы были предложены вскоре после того, как Ганс Христиан Эрстед обнаружил, что электрические токи могут отклонять стрелки компаса в 1820 году. Павел Шиллинг разработал телеграф, использующий иглы, подвешенные на нитях. Он был предназначен для установки в России для правительственных нужд, но Шиллинг умер в 1837 году до того, как он был реализован. Карл Фридрих Гаусс и Вильгельм Эдуард Вебер построили телеграф, который использовался для научных исследований и связи между университетскими учреждениями. Карл Август фон Штайнгайль адаптировал довольно громоздкий аппарат Гаусса и Вебера для использования на различных немецких железных дорогах.
В Англии Уильям Фотергилл Кук начал строить телеграфы, изначально основанные на конструкции Шиллинга. С Чарльзом Уитстоном Кук создал значительно улучшенную конструкцию. Ее подхватили несколько железнодорожных компаний. Компания Cooke's Electric Telegraph Company , образованная в 1846 году, предоставила первую общественную телеграфную услугу. Игольчатые телеграфы компании Electric Telegraph Company и их конкурентов были стандартной формой телеграфии большую часть девятнадцатого века в Соединенном Королевстве. Они продолжали использоваться даже после того, как телеграф Морзе стал официальным стандартом в Великобритании в 1870 году. Некоторые из них все еще использовались вплоть до двадцатого века.
История стрелочного телеграфа началась с эпохального открытия, опубликованного Гансом Христианом Эрстедом 21 апреля 1820 года, что электрический ток отклоняет стрелку близлежащего компаса. [2] Почти сразу же другие ученые осознали потенциал этого явления для создания электрического телеграфа. Первым, кто предположил это, был французский математик Пьер-Симон Лаплас . 2 октября Андре-Мари Ампер , действуя по предложению Лапласа, отправил статью об этой идее в Парижскую академию наук . (Теоретический) телеграф Ампера имел пару проводов для каждой буквы алфавита с клавиатурой для управления тем, какая пара была подключена к батарее. На приемном конце Ампер поместил маленькие магниты (иглы) под проводами. Воздействие на магнит в схеме Ампера было бы очень слабым, потому что он не сформировал провод в катушку вокруг иглы, чтобы умножить магнитное воздействие тока. [3] Иоганн Швейгер уже изобрел гальванометр (в сентябре), используя такой умножитель, но Ампер либо еще не получил эту новость, либо не осознал ее значения для телеграфа. [4]
Питер Барлоу исследовал идею Ампера, но посчитал, что она не сработает. В 1824 году он опубликовал свои результаты, заявив, что воздействие на компас было серьезно уменьшено «всего лишь 200 футами провода». Барлоу и другие выдающиеся ученые того времени, которые соглашались с ним, подверглись критике со стороны некоторых авторов за замедление развития телеграфа. Прошло десятилетие между прочтением статьи Ампера и созданием первых электромагнитных телеграфов. [5]
Только в 1829 году Густав Теодор Фехнер в Лейпциге выдвинул идею применения множителей типа Швайгера к телеграфным стрелкам. Фехнер, в других отношениях следуя схеме Ампера, также предложил проложить пару проводов для каждой буквы (двадцати четырех в немецком алфавите) под землей, чтобы соединить Лейпциг с Дрезденом. Идея Фехнера была подхвачена Уильямом Ричи из Королевского института Великобритании в 1830 году. Ричи использовал двадцать шесть пар проводов, проложенных через лекционный зал, в качестве демонстрации принципа. [6] Тем временем Павел Шиллинг в России построил серию телеграфов, также использующих множители Швайгера. Точная дата, когда Шиллинг переключился с разработки электрохимических телеграфов на игольчатые телеграфы, неизвестна, но Хамель говорит, что он показал один из них в ранней разработке царю Александру I , который умер в 1825 году. [7] В 1832 году Шиллинг разработал первый игольчатый телеграф (и первый электромагнитный телеграф любого типа), предназначенный для практического использования. [8] Царь Николай I инициировал проект по соединению Санкт-Петербурга с Кронштадтом с помощью телеграфа Шиллинга, но он был отменен из-за смерти Шиллинга в 1837 году. [9]
Схема Шиллинга имела некоторые недостатки. Хотя она использовала гораздо меньше проводов, чем предлагал Ампер или использовал Ричи, его демонстрация 1832 года все еще использовала восемь проводов, что делало систему дорогой для установки на очень больших расстояниях. Схема Шиллинга использовала группу из шести стрелочных приборов, которые между собой отображали двоичный код, представляющий букву алфавита. Шиллинг действительно разработал код, который позволял последовательно отправлять буквенный код на один стрелочный прибор, но он обнаружил, что высокопоставленные лица, которым он демонстрировал телеграф, могли легче понять версию с шестью стрелками. [10] Скорость передачи была очень медленной на многострелочном телеграфе, возможно, всего четыре символа в минуту , и еще медленнее на версии с одной стрелкой. Причина этого была в основном в том, что Шиллинг сильно затухал движение стрелок, замедляя их платиновой лопаткой в чашке с ртутью. [11] Метод Шиллинга по установке иглы путем подвешивания ее на шелковой нити над множителем также имел практические трудности. Инструмент должен был быть тщательно выровнен перед использованием и не мог быть перемещен или нарушен во время использования. [12]
В 1833 году Карл Фридрих Гаусс и Вильгельм Эдуард Вебер установили экспериментальный стрелочный телеграф между своей лабораторией в Геттингенском университете и университетской астрономической обсерваторией, расположенной примерно в полутора милях от них, где они изучали магнитное поле Земли. Линия состояла из пары медных проводов на столбах выше уровня крыши. [13] Приемным инструментом, который они использовали, был переделанный лабораторный инструмент, в котором так называемая стрелка была большим стержневым магнитом весом в фунт. В 1834 году они заменили магнит еще более тяжелым, по разным данным весом в 25, [14] 30, [15] и 100 фунтов. [16] Магнит двигался так медленно, что требовался телескоп, чтобы наблюдать шкалу, отраженную от него зеркалом. [17] Первоначальное назначение этой линии было вовсе не телеграфным. Она использовалась для подтверждения правильности или неправильности недавней работы Георга Ома , то есть они проверяли закон Ома . Они быстро нашли другие применения, первым из которых стала синхронизация часов в двух зданиях. В течение нескольких месяцев они разработали телеграфный код , который позволил им отправлять произвольные сообщения. Скорость передачи сигналов составляла около семи символов в минуту. [18] В 1835 году они заменили батареи своего телеграфа большим магнитоэлектрическим аппаратом, который генерировал телеграфные импульсы, когда оператор перемещал катушку относительно стержневого магнита. Эту машину изготовил Карл Август фон Штейнхейль . [19] Телеграф Гаусса и Вебера оставался в ежедневной эксплуатации до 1838 года. [20]
В 1836 году железная дорога Лейпциг-Дрезден запросила, можно ли установить на их линии телеграф Гаусса и Вебера. Лабораторный прибор был слишком громоздким и слишком медленным, чтобы его можно было использовать таким образом. Гаусс попросил Штейнгеля разработать что-то более практичное для использования на железной дороге. Он так и сделал, создав компактный игольчатый прибор, который также издавал звуки во время приема сообщений. Игла ударяла по одному из двух колоколов, справа и слева соответственно, когда она отклонялась. Два колокола имели разные тона, так что оператор мог определить, в какую сторону отклонилась игла, не наблюдая за ней постоянно. [21]
Штейнхейль впервые установил свой телеграф на пяти милях пути, охватывающего четыре станции вокруг Мюнхена. [22] В 1838 году он устанавливал другую систему на железнодорожной линии Нюрнберг-Фюрт . Гаусс предложил использовать рельсы в качестве проводников и полностью отказаться от установки проводов. Это не удалось, когда Штейнхейль попытался это сделать, потому что рельсы не были хорошо изолированы от земли, но в процессе этой неудачи он понял, что может использовать землю в качестве одного из проводников. Это был первый телеграф с возвратом через землю, введенный в эксплуатацию где-либо. [23]
Наиболее широко используемая система игл и первый телеграф любого вида, используемый в коммерческих целях, был телеграф Кука и Уитстона , использовавшийся в Британии и Британской империи в 19-м и начале 20-го веков благодаря Чарльзу Уитстону и Уильяму Фотергиллу Куку . Вдохновение к созданию телеграфа пришло в марте 1836 года, когда Кук увидел один из игольчатых инструментов Шиллинга, продемонстрированный Георгом Вильгельмом Мюнке на лекции в Гейдельберге (хотя он не осознавал, что инструмент был создан Шиллингом). [24] Кук должен был изучать анатомию, но немедленно отказался от этого и вернулся в Англию, чтобы развивать телеграфию. Сначала он построил трехигольный телеграф, но, полагая, что игольчатые телеграфы всегда будут требовать нескольких проводов, [25] он перешел к механическим конструкциям. [26] Его первой попыткой был часовой телеграфный будильник, который позже поступил на вооружение телеграфных компаний. [27] Затем он изобрел механический телеграф на основе музыкальной табакерки. В этом устройстве фиксатор часового механизма освобождался якорем электромагнита . [28] Кук выполнил эту работу чрезвычайно быстро. Игольчатый телеграф был закончен в течение трех недель, а механический телеграф в течение шести недель после демонстрации Мунке. [29] Кук пытался заинтересовать Ливерпульскую и Манчестерскую железную дорогу своим механическим телеграфом для использования в качестве железнодорожной сигнализации, но его предложение было отклонено в пользу системы, использующей паровые свистки. [30] Не будучи уверенным в том, насколько далеко его телеграф может работать, Кук проконсультировался с Майклом Фарадеем и Питером Марком Роже . Они познакомили его с выдающимся ученым Чарльзом Уитстоном, и они затем работали в партнерстве. [31] Уитстон предложил использовать значительно усовершенствованный игольчатый прибор, и затем они разработали пятиигольный телеграф. [32]
Пятиигольный телеграф Кука и Уитстона был существенным усовершенствованием телеграфа Шиллинга. Игольчатые приборы были основаны на гальванометре Маседонио Меллони . [ 33] Они были установлены на вертикальной доске с иглами, вращающимися по центру. Иглы можно было непосредственно наблюдать, и тонкие шелковые нити Шиллинга были полностью устранены. Система требовала пяти проводов, что было немного меньше, чем использовал Шиллинг, отчасти потому, что система Кука и Уитстона не требовала общего провода. Вместо двоичного кода Шиллинга ток посылался по одному проводу в катушку одной иглы и возвращался через катушку и провод другой. [34] Эта схема была похожа на ту, которую использовал Самуэль Томас фон Зёммерринг в своем химическом телеграфе, но с гораздо более эффективной схемой кодирования. Код Зёммерринга требовал одного провода на символ . [35] Еще лучше, две возбужденные иглы были направлены на букву алфавита. Это позволило использовать аппарат неквалифицированным операторам без необходимости изучать код — ключевой аргумент для железнодорожных компаний, на которых была нацелена система. [36] Другим преимуществом было то, что он был намного быстрее — 30 символов в минуту. [37] Он не использовал тяжелую ртуть в качестве демпфирующей жидкости, а вместо этого использовал лопасть в воздухе, что гораздо лучше соответствовало идеальному демпфированию . [38]
Пятиигольный телеграф был впервые введен в эксплуатацию на Великой Западной железной дороге в 1838 году. [39] Однако вскоре от него отказались в пользу двух- и одноигольчатых систем. [40] Стоимость нескольких проводов оказалась более важным фактором, чем стоимость обучения операторов. [41] В 1846 году Кук основал Electric Telegraph Company с Джоном Льюисом Рикардо , первую компанию, предложившую телеграфные услуги населению. [42] Они продолжали продавать системы игольчатого телеграфа железнодорожным компаниям для сигнализации, но также медленно строили национальную сеть для общего пользования предприятиями, прессой и населением. [43] Игольчатые телеграфы были официально заменены телеграфом Морзе , когда телеграфная промышленность Великобритании была национализирована в 1870 году, [44] но некоторые из них продолжали использоваться вплоть до двадцатого века. [45]
Телеграф Хенли-Фостера был игольчатым телеграфом, использовавшимся British and Irish Magnetic Telegraph Company , главным конкурентом Electric Telegraph Company. Он был изобретен в 1848 году Уильямом Томасом Хенли и Джорджем Фостером. Он был изготовлен как в одноигольной, так и в двухигольной форме, которые в работе были похожи на соответствующие приборы Кука и Уитстона. Уникальной особенностью этого телеграфа было то, что он не требовал батареек. Телеграфные импульсы генерировались катушками, движущимися через магнитное поле, когда оператор работал с ручками машины для отправки сообщений. [46] Прибор Хенли-Фостера был самым чувствительным прибором, доступным в 1850-х годах. Следовательно, он мог работать на большем расстоянии и на линиях худшего качества, чем другие системы. [47]
Телеграф Фуа-Бреге был изобретен Альфонсом Фуа и Луи-Франсуа-Клеманом Бреге в 1842 году и использовался во Франции. Дисплей прибора был устроен так, чтобы имитировать французскую оптическую телеграфную систему, при этом две стрелки занимали те же положения, что и рычаги семафора Шаппа (оптическая система, широко используемая во Франции). Такое расположение означало, что операторам не нужно было переучиваться, когда их телеграфные линии были модернизированы до электрического телеграфа. [48] Телеграф Фуа-Бреге обычно описывается как стрелочный телеграф, но с точки зрения электричества это на самом деле тип арматурного телеграфа. Стрелки не перемещаются гальванометрическим устройством. Вместо этого они перемещаются часовым механизмом, который оператор должен поддерживать заведенным. Фиксатор часового механизма освобождается электромагнитным якорем, который работает на краях полученного телеграфного импульса. [49]
По словам Стюарта М. Халласа, игольчатые телеграфы использовались на Великой Северной линии вплоть до 1970-х годов. Телеграфным кодом, используемым на этих приборах, была азбука Морзе . Вместо обычных точек и тире разной длительности, но одинаковой полярности, игольчатые приборы использовали импульсы одинаковой длительности, но противоположной полярности для представления двух элементов кода. [50] Такое расположение обычно использовалось на игольчатых телеграфах и подводных телеграфных кабелях в 19 веке после того, как азбука Морзе стала международным стандартом. [51]
Симпатические иглы были предполагаемым средством 17-го века мгновенной связи на расстоянии с использованием намагниченных игл. Направление одной иглы на букву алфавита должно было заставить ее партнерскую иглу указать на ту же букву в другом месте. [52]
Медиа, связанные с игольчатыми телеграфами на Wikimedia Commons