Сэр Чарльз Уитстон FRS FRSE ( / ˈ w iː t s t ə n / ; [1] 6 февраля 1802 — 19 октября 1875) — английский учёный и изобретатель многих научных прорывов викторианской эпохи , в том числе английской концертины , стереоскоп (устройство для отображения трехмерных изображений) и шифр Плейфэра ( метод шифрования ). Тем не менее, Уитстон наиболее известен своим вкладом в разработку моста Уитстона , первоначально изобретенного Сэмюэлем Хантером Кристи , который используется для измерения неизвестного электрического сопротивления, а также как крупная фигура в развитии телеграфии .
Чарльз Уитстон родился в Барнвуде , Глостершир . Его отец, У. Уитстон, был продавцом музыки в городе, который четыре года спустя переехал в Лондон, на Пэлл-Мэлл, 128, и стал учителем игры на флейте. Чарльз, второй сын, учился в деревенской школе недалеко от Глостера, а затем в нескольких учебных заведениях Лондона. Один из них находился в Кеннингтоне , и его содержала миссис Каслмейн, которая была поражена его быстрым прогрессом. От другого он убежал, но был схвачен в Виндзоре , недалеко от театра его практического телеграфа. В детстве он был очень застенчивым и чувствительным и 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, изготовителю и продавцу музыкальных инструментов на Стрэнде, 436 в Лондоне; но он не проявлял особого вкуса к рукоделию и бизнесу и больше любил изучать книги. Отец поощрял его в этом и в конце концов забрал его из-под опеки дяди.
В возрасте пятнадцати лет Уитстон перевел французские стихи и написал две песни, одну из которых подарил своему дяде, который опубликовал ее, не зная, что это сочинение своего племянника. Некоторые его строки на лире стали девизом гравюры Бартолоцци . Он часто посещал старый книжный киоск в окрестностях Пэлл-Мэлл , которая тогда представляла собой ветхую и немощеную улицу. Большую часть своих карманных денег он тратил на покупку книг, которые ему нравились, будь то сказки, история или наука.
Однажды, к удивлению книготорговца, он захотел получить книгу об открытиях Вольты в области электричества, но, не имея цены, сэкономил свои гроши и заполучил этот том. Оно было написано по-французски, и ему пришлось снова откладывать деньги, пока он не смог купить словарь. Затем он начал читать том и с помощью старшего брата Уильяма повторять описанные в нем эксперименты с самодельной батареей в судомойне за домом своего отца. При строительстве батареи мальчикам-философам не хватало денег на приобретение необходимых медных пластин. У них осталось всего несколько медных монет. Счастливая мысль пришла Чарльзу, который был руководителем этих исследований: «Мы должны использовать сами монеты», — сказал он, и вскоре батарея была завершена.
12 февраля 1847 года в Крайстчерче, Мэрилебон , Уитстон женился на Эмме Уэст. Она была дочерью торговца из Тонтона и имела красивую внешность. Она умерла в 1866 году, оставив на его попечение семью из пяти маленьких детей. Его семейная жизнь была тихой и однообразной.
Несмотря на молчаливость и сдержанность на публике, Уитстон был ясным и красноречивым собеседником наедине, если заниматься своими любимыми занятиями, а его маленькая, но активная личность, его простое, но умное лицо были полны оживления. Сэр Генри Тейлор рассказывает нам, что однажды он наблюдал, как Уитстон на вечеринке в Оксфорде искренне рассказывал лорду Пальмерстону о возможностях своего телеграфа. — Ты так не говоришь! - воскликнул государственный деятель. — Я должен заставить вас рассказать об этом лорду-канцлеру. С этими словами он привязал электрика к лорду Уэстбери и сумел сбежать. Воспоминание об этом интервью, возможно, побудило Пальмерстона заметить, что приближается время, когда министра можно будет спросить в парламенте, вспыхнула 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 создания автоматического телеграфа. [2] Ранее он был удостоен звания кавалера Почетного легиона . О его научной репутации свидетельствовали около тридцати четырех наград и дипломов отечественных и зарубежных обществ. С 1836 года он был членом Королевского общества, а в 1859 году был избран иностранным членом Шведской королевской академии наук , а в 1873 году — иностранным членом Французской академии наук . В том же году он был награжден медалью Ампера Французского общества поощрения национальной промышленности. В 1875 году ему был присвоен статус почетного члена Института инженеров-строителей. Он был доктором юридических наук Оксфорда и доктором юридических наук. Кембриджа.
Во время визита в Париж осенью 1875 года и совершенствования своего прибора для приема подводных кабелей он простудился, вызвав 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 Парк-Кресент в Лондоне (сегодня отмечен синей мемориальной доской ) и похоронены на кладбище Кенсал-Грин .
В сентябре 1821 года Уитстон привлек к себе внимание общественности, выставив «Зачарованную лиру», или «Акокриптофон», в музыкальном магазине на Пэлл-Мэлл и в галерее Аделаиды. Он состоял из мимической лиры, подвешенной к потолку на шнуре и издающей звуки нескольких инструментов — фортепиано, арфы и цимбал . На самом деле это был просто резонатор, а шнур представлял собой стальной стержень, передавший вибрации музыки нескольких инструментов, на которых играли 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 признал, что звук распространяется волнами или колебаниями атмосферы, как тогда считалось, что свет распространяется благодаря колебаниям светоносного эфира . Вода и твердые тела, такие как стекло, металл или звонкое 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 ) через твердые стержни, и предложил таким образом телеграфировать из Лондона в Эдинбург . Он даже назвал свою договоренность «телефоном». ( Роберт Гук в своей «Микрографии» , опубликованной в 1667 году, пишет: «Могу заверить читателя, что мне с помощью растянутой проволоки удалось распространить звук на очень значительное расстояние в одно мгновение или с такой же, казалось бы, быстрой скоростью». движение, как движение света". И не обязательно, чтобы провод был прямым; он мог быть согнут под углами. Это свойство лежит в основе механического или любовного телефона, который, как говорят, был известен китайцам много веков назад. Гук также рассматривал возможность найти способ ускорить наш слух.)
Автор из « Хранилища искусств» от 1 сентября 1821 года, говоря о «Зачарованной лире», предвидит перспективу того, что опера будет исполнена в Королевском театре и ею можно будет насладиться в «Ганновер- сквер-румс » или даже в таверне «Хорнс» в Кеннингтоне. . Вибрации должны распространяться по подземным проводникам, как газ в трубах.
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 вибрации обоим ушам, и сильно отличался от электрического микрофона профессора Хьюза.
В 1823 году умер его дядя, производитель музыкальных инструментов, и Уитстон вместе со своим старшим братом Уильямом взял на себя бизнес. Чарльз не очень любил коммерческую часть, но его изобретательность нашла выход в усовершенствовании существующих инструментов и изобретении философских игрушек. Он также изобрел собственные инструменты. Одной из самых известных была Концертина Уитстона . Это был шестисторонний инструмент с 64 клавишами , логически расположенными для простой хроматической аппликатуры. Английская концертина становилась все более известной на протяжении всей его жизни, однако пика популярности она достигла только в начале 20 века. [а]
В 1827 году Уитстон представил свой « калейдофон » — устройство, позволяющее передавать видимые глазу вибрации звучащего тела. Он состоит из металлического стержня, на конце которого находится посеребренная бусина, отражающая «пятно» света. Когда стержень вибрирует, пятно описывает сложные фигуры в воздухе, подобно искре, кружащейся в темноте. Его фотометр, вероятно, был предложен именно этим прибором. Он позволяет сравнивать два источника света по относительной яркости их отражений в посеребренной бусине, описывающей узкий эллипс, так что пятна рисуются в параллельные линии.
В 1828 году Уитстон усовершенствовал немецкий духовой инструмент, названный Mundharmonika , создав симфониум (или симфонион [b] ), инструмент со свободной тростью, выдуваемый ртом, с логическим расположением кнопочных клавиш, запатентованный 19 декабря 1829 года . прообраз английской гармошки. [5] Портативная фисгармония — еще одно из его изобретений, получившее призовую медаль на Великой выставке 1851 года. Он также усовершенствовал говорящую машину Де Кемпелена и поддержал мнение сэра Дэвида Брюстера , что до конца этого столетия аппарат для пения и речи был бы одним из завоеваний науки.
В 1834 году Уитстон, завоевавший себе имя, был назначен заведующим кафедрой 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 косноязычен и неспособен, иногда поворачивался спиной к публике и что-то бормотал под схемы на стене. В лаборатории он чувствовал себя как дома и с тех пор ограничивал свои обязанности в основном демонстрациями.
Известность он получил благодаря великому эксперименту, проведенному в 1834 году, – измерению скорости электричества в проводе. Он перерезал провод посередине, чтобы образовался зазор, через который могла бы проскочить искра, и соединил его концы с полюсами лейденской банки, наполненной электричеством. Таким образом образовались три искры: по одной на каждом конце проволоки и еще одна в середине. Он установил крошечное зеркало на механизм часов так, чтобы оно вращалось с большой скоростью, и наблюдал в нем отражения трех своих искр. Концы проволоки были расположены так, что если бы искры были мгновенными, то их отражения выглядели бы в одну прямую линию; но видно было, что средний отстал от остальных, потому что это было мгновением позже. Электрическому электричеству потребовалось определенное время, чтобы пройти от концов провода до середины. Это время было найдено путем измерения величины задержки и сравнения ее с известной скоростью зеркала. Имея время, ему оставалось только сравнить его с длиной половины провода, и он мог найти скорость электричества. Его результаты дали расчетную скорость 288 000 миль в секунду, т.е. быстрее, чем то, что мы теперь называем скоростью света (299 792,458 километров в секунду (186 000 миль/с)), но, тем не менее, были интересным приближением. [6] [7]
Некоторые ученые уже поняли, 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 определил, что причиной этого является индукция. [8] В юности Уитстон был свидетелем этих экспериментов, которые, очевидно, послужили стимулом для его собственных исследований в области телеграфии. Десятилетия спустя, после того как телеграф был коммерциализирован, Майкл Фарадей описал, что 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 было использовано Леоном Фуко и Ипполитом Физо для измерения относительной скорости света в воздухе по сравнению с водой , а позже для измерения скорости света .
Уитстон и другие также внесли свой вклад в раннюю спектроскопию , открыв и используя спектральные эмиссионные линии. [9] [10] [11]
Как писал Джон Манро в 1891 году: «В 1835 году на Дублинском собрании Британской ассоциации Уитстон показал, что, когда металлы улетучиваются в электрической искре, их свет, рассматриваемый через призму, обнаруживает определенные характерные для них лучи. вид металлов, образующих точки искры, можно было определить, анализируя свет искры. Это предположение оказало большую услугу в спектральном анализе и, примененное Робертом Бунзеном , Густавом Робертом Кирхгофом и другими, привело к открытию нескольких новых элементов, таких как рубидий и таллий , а также расширяет наши знания о небесных телах». [12]
Уитстон отказался от идеи передачи информации посредством механической вибрации стержней и занялся электрическим телеграфом . В 1835 году он читал лекцию о системе барона Шиллинга и заявил, что уже известны средства, с помощью которых электрический телеграф может принести огромную пользу миру. Он экспериментировал с собственным планом и предлагал не только проложить экспериментальную линию через Темзу, но и построить ее на Лондонско-Бирмингемской железной дороге. Однако до того, как эти планы были реализованы, 27 февраля 1837 года его посетил Уильям Кук в его доме на Кондуит-стрит , 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 с телеграфом профессора Георга Мунке , и был так впечатленный его важностью, он оставил свои медицинские исследования и посвятил все свои усилия делу внедрения телеграфа. Вскоре после этого он вернулся в Лондон и в январе 1837 года смог продемонстрировать телеграф с тремя иглами. Чувствуя недостаток научных знаний, он посоветовался с Майклом Фарадеем и Питером Роже (тогдашним секретарем Королевского общества ): Роже отправил его в Уитстон.
Во втором 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 изготовил свой собственный экспериментальный телеграф. Наконец, Кук предложил им заключить партнерство, но Уитстон поначалу не хотел соглашаться. Он был известным человеком науки и намеревался опубликовать свои результаты, не стремясь нажиться на них. Кук, с другой стороны, заявил, что его единственной целью было разбогатеть на этой схеме. В мае они согласились объединить свои силы: Уитстон внес научный вклад, а Кук — административный талант. Договор о товариществе был датирован 19 ноября 1837 года. На их изобретения был получен совместный патент, в том числе пятиигольный телеграф Уитстона [13] и сигнализация, срабатывающая от реле, в котором ток, погружая иглу в ртуть, замыкает местную цепь и освобождает фиксатор часового механизма.
Пятиигольный телеграф, созданный в основном, если не полностью, принадлежит Уитстону, был подобен телеграфу Шиллинга и основывался на принципе, сформулированном Ампером, то есть ток подавался в линию путем замыкания цепи. батареи с помощью замыкающего ключа, а на другом конце он проходил через катушку провода, окружающую магнитную стрелку, свободно вращающуюся вокруг ее центра. В зависимости от того, прикладывался ли к линии с помощью ключа тот или иной полюс батареи, ток отклонял иглу в ту или иную сторону. Было пять отдельных цепей, приводящих в действие пять разных игл. Последние располагались рядами по середине циферблата, имеющего форму ромба, на котором буквы алфавита были расположены таким образом, что на букву буквально указывал ток, отклоняющий к ней две иглы.
Экспериментальная линия с шестым обратным проводом была проложена между конечной станцией Юстон и станцией Камден-Таун Лондонской и Северо-Западной железной дороги 25 июля 1837 года. Фактическое расстояние составляло всего полторы мили (2,4 км), но запасной В цепь был вставлен провод для увеличения ее длины. Суд состоялся поздно вечером. Кук руководил Камден-Тауном, а Роберт Стефенсон и другие джентльмены наблюдали за ним; и Уитстон сидел за своим инструментом в темной маленькой комнате, освещенной сальной свечой, недалеко от кассы в Юстоне. Уитстон отправил первое сообщение, на которое Кук ответил: «Никогда, — сказал Уитстон, — я не испытывал такого беспокойного ощущения раньше, как тогда, когда, будучи совсем один в тихой комнате, я услышал щелканье игл и, когда я писал слова Я чувствовал, что вся значимость изобретения, заявленного как осуществимая, вне придирок и споров».
Однако, несмотря на этот суд, директора железной дороги отнеслись к «новомодному» изобретению равнодушно и потребовали его удаления. Однако в июле 1839 года ей отдала предпочтение Великая Западная железная дорога , и линия была построена от конечной станции Паддингтон до железнодорожной станции Вест-Дрейтон на расстоянии тринадцати миль (21 км). Часть провода сначала была проложена под землей, но впоследствии вся она была поднята на столбах вдоль линии. Их схема была в конечном итоге расширена до Слау в 1841 году и публично выставлена в Паддингтоне как чудо науки, способное передавать пятьдесят сигналов на расстояние 280 000 миль в минуту (7500 км/с). Стоимость входного билета составляла шиллинг (0,05 фунта стерлингов), и в 1844 году один восхищенный наблюдатель записал следующее:
«От конечной остановки Грейт-Вестерн до Слау — то есть восемнадцать миль; провода проложены в некоторых местах под землей в трубах, а в других высоко в воздухе, что, по его словам, намного лучший план. Мы спросили, не влияет ли погода на провода, но он ответил, что нет; сильная гроза могла бы позвонить 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 находились несколько деревянных ящиков с различными видами телеграфов. В одном из них каждое слово было написано по буквам, и поскольку каждая буква помещалась по очереди в определенное положение, машина заставляла электрическую жидкость вращаться. После каждого слова из Слау следовал знак , означающий «Я понимаю», и, конечно, менее чем за одну секунду до конца. слова......Другой печатает сообщения, которые он приносит, так что, если никто не прислушается к звонку,....сообщение не потеряется. Это достигается за счет того, что электрическая жидкость заставляет небольшой молоток ударять по появившейся букве, поднятая буква ударяется о какую-то разнообразную писчую бумагу (новое изобретение - черная бумага, которая при нажатии оставляет несмываемый черный след), в результате чего означает, что отпечаток остается на белой бумаге внизу. Это было самое остроумное из всех и, по-видимому, самое любимое у мистера Уитстона; он был очень добродушен в объяснениях, но сам так хорошо это понимает, что не может почувствовать, как мало мы об этом знаем, и движется слишком быстро, чтобы такие невежественные люди могли следовать за ним во всем. Миссис Драммонд сказала мне, что он замечателен своей быстротой мышления и изобретательностью; он изобретает так много вещей, что не может воплотить в жизнь половину своих идей, а оставляет их подхваченными и использованными другими, которые получают от них признание» [14] .
Общественность восприняла новое изобретение после поимки убийцы Джона Тавелла , который в 1845 году стал первым человеком, арестованным с помощью телекоммуникационных технологий. В том же году Уитстон представил две усовершенствованные формы аппарата, а именно «одинарные» и «двойные» игольчатые инструменты, в которых сигналы подавались последовательными отклонениями игл. Из них до сих пор используется одноигольный инструмент, требующий только одной проволоки. [ нужна цитата ]
О развитии телеграфа можно судить по двум фактам. В 1855 году о смерти императора Николая в Петербурге , около часа дня, через несколько часов было объявлено в Палате лордов. Результат The Oaks 1890 года был получен в Нью-Йорке через пятнадцать секунд после того, как лошади миновали выигрышную стойку.
В 1841 году между Куком и Уитстоном возник спор относительно доли каждого в чести изобретения телеграфа. Вопрос был передан на рассмотрение известного инженера Марка Изамбарда Брюнеля от имени Кука и профессора Дэниела из Королевского колледжа, изобретателя ячейки Дэниела , со стороны Уитстона. Они отдали должное Куку за то, что он представил телеграф как полезное предприятие, которое обещало иметь национальное значение, а Уитстону — за то, что он своими исследованиями подготовил общественность к его приему. В заключение они сказали: «Объединенным трудам двух джентльменов, столь хорошо подготовленных к взаимопомощи, мы должны приписать быстрый прогресс, достигнутый этим важным изобретением за пять лет с тех пор, как они объединились». Решение, каким бы расплывчатым оно ни было, объявляет игольчатый телеграф совместным производством. Если его в основном изобрел Уитстон, то в основном его представил Кук. Их соответствующие доли в предприятии можно было бы сравнить с долями автора и его издателя, если бы не тот факт, что Кук сам имел долю в фактической изобретательской работе.
С 1836 по 1837 год Уитстон много размышлял о подводных телеграфах, а в 1840 году дал показания перед Железнодорожным комитетом Палаты общин о целесообразности строительства 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 отрезок изолированного провода в залив Суонси и подал через него 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 пошагово и показывал буквы сообщения на циферблате. Тот же принцип был использован в его печатном телеграфе, запатентованном в 1841 году. Это был первый аппарат, напечатавший телеграмму шрифтом. Он работал по двум схемам, и по мере вращения шрифта молоток, приводимый в действие током, выдавливал на бумаге нужную букву.
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 Министерство торговли назначило Уитстона докладом по атлантическим кабелям, а в 1864 году он был одним из экспертов, которые консультировали Atlantic Telegraph Company по строительству успешных линий 1865 и 1866 годов.
В 1870 году электрические телеграфные линии Соединенного Королевства, обслуживавшиеся различными компаниями, были переданы почтовому отделению и переданы под контроль правительства.
Далее Уитстон изобрел автоматический передатчик , в котором сигналы сообщения сначала перфорируются на полоске бумаги ( перфоленте ), которая затем пропускается через передающий ключ и контролирует токи сигналов. Заменив руку при отправке сообщения механизмом, он смог передавать по телеграфу около 100 слов в минуту, что в пять раз превышает обычную скорость. В почтово-телеграфной службе этот аппарат используется для отправки телеграмм прессы, и в последнее время он был настолько усовершенствован, что теперь сообщения передаются из Лондона в Бристоль со скоростью 600 слов в минуту и даже 400 слов в минуту между Лондоном и Бристолем. и Абердин. В ночь на 8 апреля 1886 года, когда Гладстон представил свой законопроект о самоуправлении в Ирландии , с центральной станции Сен-Мартен-ле-Гран через 100 передатчиков Уитстона было отправлено не менее 1 500 000 слов. Схема отправки сообщений с помощью бегущей полоски бумаги, приводящей в действие ключ, была первоначально запатентована Александром Бэйном в 1846 году; но Уитстон при помощи Огастеса Стро, опытного механика и способного экспериментатора, был первым, кто успешно реализовал эту идею. 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 объяснение бинокулярного зрения , исследование, которое привело его к созданию стереоскопических рисунков и созданию стереоскопа . Он показал, что наше впечатление твердости создается сочетанием в уме двух отдельных изображений предмета, снятых 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 цельным аспектом. Сэр Дэвид Брюстер усовершенствовал стереоскоп, отказавшись от зеркал и придав ему существующую форму с помощью линз.
« Псевдоскоп » (Уитстон придумал термин от греческого ψευδίς σκοπειν) был введен в 1852 году [18] и в некотором роде является противоположностью стереоскопа, поскольку он заставляет твердый объект казаться полым, а более близкий — казаться полым. дальше; так, бюст кажется маской, а дерево, растущее за окном, выглядит так, как если бы оно росло внутри комнаты. Его целью было проверить его теорию стереозрения и провести исследования в области того, что сейчас будет называться 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 происшествия карандашом на движущейся бумаге. Говорят, что он был способен различать 1/7300 доли секунды (137 микросекунд) и время, необходимое телу для падения с высоты в один дюйм (25 мм).
26 ноября 1840 года он выставил свои электромагнитные часы в библиотеке Королевского общества и предложил план распределения правильного времени со стандартных часов на ряд местных часов. Их цепи должны были электрифицироваться ключом или контактором, приводимым в действие оправкой стандарта, а их руки корректировались электромагнетизмом. В январе следующего года Александр Бейн получил патент на электромагнитные часы и впоследствии обвинил Уитстона в присвоении его идей. Похоже, что Бейн работал механиком у Уитстона с августа по декабрь 1840 года и утверждал, что в этот период он сообщил Уитстону идею электрических часов; но Уитстон утверждал, что в мае он экспериментировал в этом направлении. Бэйн далее обвинил Уитстона в краже его идеи электромагнитного печатного телеграфа; но Уитстон показал, что этот прибор был лишь модификацией его собственного электромагнитного телеграфа.
В 1840 году Александр Бейн рассказал редактору журнала «Механика» о своих финансовых проблемах. Редактор представил его сэру Чарльзу Уитстону. Бэйн продемонстрировал свои модели Уитстону, который, когда его спросили о его мнении, сказал: «О, мне не следует продолжать развивать эти вещи! У них нет будущего». [ нужна цитата ] Три месяца спустя Уитстон продемонстрировал электрические часы Королевскому обществу, заявив, что это было его собственное изобретение. Однако Bain уже подала заявку на патент на него. Уитстон пытался заблокировать патенты Bain, но потерпел неудачу. Когда Уитстон организовал парламентский акт о создании компании Electric Telegraph, Палата лордов вызвала Бэйна для дачи показаний и в конечном итоге вынудила компанию заплатить Бэйну 10 000 фунтов стерлингов и дать ему работу менеджера, в результате чего Уитстон ушел в отставку.
Одним из самых изобретательных устройств Уитстона были «Полярные часы», выставленные на заседании Британской ассоциации в 1848 году. Они основаны на факте, открытом сэром Дэвидом Брюстером , что свет неба поляризуется в плоскости под углом. девяноста градусов от положения Солнца. Отсюда следует, что, открыв эту плоскость поляризации и измерив ее азимут относительно севера, можно было бы определить положение Солнца, хотя и ниже горизонта, и получить видимое солнечное время.
Часы состояли из подзорной трубы, имевшей в качестве окуляра призму Николя (двукратную) и тонкую пластинку селенита в качестве предметного стекла. Когда трубка была направлена на Северный полюс, то есть параллельно оси Земли, и призма окуляра поворачивалась до тех пор, пока цвет не переставал быть виден, угол поворота, показанный указателем, перемещающимся вместе с призмой по градуированному лимбу, , указал час суток. Устройство бесполезно в стране, где часы надежны; но он входил в состав оборудования Северополярной экспедиции 1875–1876 годов под командованием капитана Нэрса.
В 1843 году Уитстон представил Королевскому обществу важный документ, озаглавленный «Отчет о нескольких новых процессах определения констант гальванической цепи». В нем содержалось описание хорошо известных весов для измерения электрического сопротивления проводника, которые до сих пор называются мостом Уитстона или балансом, хотя впервые они были изобретены Сэмюэлем Хантером Кристи из Королевской военной академии в Вулвиче, опубликовавшим об этом методе игнорировали , 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 сто гран (6,5 г), и показал, как с ее помощью можно измерить длину проволоки по ее сопротивлению. Общество наградило его медалью за свою статью. [21] В том же году он изобрел аппарат, который позволял регистрировать показания термометра или барометра на расстоянии посредством электрического контакта, создаваемого ртутью. Звуковой телеграф, в котором сигналы передавались ударами колокола, также был запатентован Куком и Уитстоном в мае того же года.
Замечательная изобретательность Уитстона проявилась также в изобретении шифров. Он был ответственным за тогдашний необычный шифр Плейфэра , названный в честь его друга лорда Плейфэра . Он использовался военными нескольких стран, по крайней мере, во время Первой мировой войны, а также, как известно, использовался во время Второй мировой войны британскими разведывательными службами. [22]
Первоначально он был устойчив к криптоанализу , но со временем были разработаны методы его взлома. Он также стал участвовать в интерпретации зашифрованных рукописей в Британском музее. Он изобрел криптограф или машину для преобразования сообщения в шифр, который можно было интерпретировать, только поместив шифр в соответствующую машину, приспособленную для его расшифровки.
Будучи математиком-любителем , Уитстон опубликовал математическое доказательство в 1854 году (см. Куб (алгебра) ).
В 1840 году Уитстон представил свою магнитоэлектрическую машину для генерации постоянного тока.
4 февраля 1867 года он опубликовал в докладе Королевского общества принцип реакции в динамо-электрической машине ; но г-н К. У. Сименс сообщил об идентичном открытии десятью днями ранее, и обе статьи были прочитаны в один и тот же день.
Впоследствии выяснилось, что Вернер фон Сименс , Сэмюэл Альфред Варлей и Уитстон независимо пришли к этому принципу с разницей в несколько месяцев. Варлей запатентовал его 24 декабря 1866 года; Сименс обратил на это внимание 17 января 1867 г.; и Уитстон представил его в действии в Королевском обществе в указанный выше день.
На протяжении всей своей жизни Уитстон участвовал в различных спорах с другими учеными относительно своей роли в различных технологиях, и временами казалось, что ему приписывают больше признания, чем ему полагалось. Помимо упомянутых выше Уильяма Фотергилла Кука , Александра Бэйна и Дэвида Брюстера , 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 автоматически регистрирующие метеорологические приборы (см., например, Howarth, стр. 158). [23] [24]
Уитстон женился на Эмме Уэст, старой деве, дочери умершего Джона Гука Уэста, в Крайст-Черч, Мэрилебон , 12 февраля 1847 года. Брак был заключен по лицензии. [25]
Цитаты, связанные с Чарльзом Уитстоном, в Wikiquote