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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Telefon. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Ein Telefon ist ein Gerät zum Senden und Empfangen von Ton (hauptsächlich menschlicher Sprache) aus der Ferne.
Mit Erfindung Telegraph löste das Problem der Übertragung von Nachrichten über große Entfernungen. Der Telegraph konnte jedoch nur schriftliche Depeschen senden. Inzwischen träumten viele Erfinder von einer perfekteren und kommunikativeren Kommunikationsmethode, mit deren Hilfe es möglich wäre, den Live-Klang menschlicher Sprache oder Musik über beliebige Entfernungen zu übertragen. Die ersten Experimente in dieser Richtung wurden 1837 von dem amerikanischen Physiker Page unternommen. Die Essenz von Pages Experimenten war sehr einfach. Er baute einen elektrischen Schaltkreis zusammen, der eine Stimmgabel, einen Elektromagneten und galvanische Zellen umfasste. Während ihrer Schwingungen öffnete und schloss die Stimmgabel schnell den Stromkreis. Dieser intermittierende Strom wurde auf einen Elektromagneten übertragen, der ebenso schnell einen dünnen Stahlstab anzog und wieder losließ. Als Ergebnis dieser Schwingungen erzeugte der Stab einen singenden Ton ähnlich dem einer Stimmgabel. Damit zeigte Page, dass es prinzipiell möglich ist, Schall mit elektrischem Strom zu übertragen, es müssen lediglich fortschrittlichere Sende- und Empfangsgeräte entwickelt werden.
Die nächste wichtige Etappe in der Entwicklung der Telefonie ist mit dem Namen des englischen Erfinders Reiss verbunden. Schon während seiner Studienzeit interessierte sich Reis für das Problem der Schallübertragung über große Entfernungen mittels elektrischem Strom. Bis 1860 hatte er bis zu einem Dutzend verschiedener Geräte entworfen. Die vollkommenste von ihnen hatte die folgende Form. Der Sender war ein hohler Kasten, ausgestattet mit einem Schallloch A vorne und einem Loch in seinem oberen Teil, verschlossen durch eine dünne, straff gespannte Membran. Auf dieser Membran lag eine dünne Platinplatte p und darüber die Spitze einer elastischen Platinnadel n, die so angepaßt war, daß sie bei ruhender Membran die Platte p berührte. Dieser Kontakt wurde durch die Vibration der Membran unterbrochen. Infolge dieser Querberührungen wurde der von der Batterie B durch die Klemme a in die Platinplatte p und durch die Nadel n in die zweite Klemme fließende Strom geschlossen und geöffnet, von letzterer ging der Draht zum Empfänger, führte durch die Spule CC und durch die Klemme d und den damit verbundenen Draht e zur Batterie zurückgeführt. In die Spirale steckte eine dünne Eisennadel, die mit ihren beiden Enden an zwei auf der Resonatorplatte gg aufliegenden Zahnstangen ff befestigt war. Die hi- und ki-Teile bildeten Vorrichtungen an beiden Stationen, die den entfernten Zuhörer wissen lassen sollten, dass die Verhandlungen begonnen hatten. Die Wiedergabe des in Trompete A gesungenen Klangs basierte darauf, dass eine Eisenspeiche, die durch einen spiralförmig verlaufenden elektrischen Strom magnetisiert und entmagnetisiert wurde, zu schwingen begann; sie wurden als Schall empfunden, der dem Schall entspricht, der vom Empfänger wahrgenommen wird und dessen Schwingungen die Membran in Bewegung versetzen. Die Resonanzplatte diente der Klangverstärkung. Mit dem Telefon von Reis war es bereits möglich, nicht nur einzelne Geräusche, sondern auch komplexe musikalische Phrasen und teilweise sogar menschliche Sprache zu übertragen. Aber die Qualität der Übertragung blieb so gering, dass es oft völlig unmöglich war, etwas zu erkennen. Die durch das Schließen und Öffnen des Stromkreises erzeugten Nebengeräusche übertönten die Übertragung, und die von der Stahlnadel wiedergegebenen Geräusche waren sehr weit von den Modulationen der menschlichen Stimme entfernt. Für eine klare Schallübertragung musste sichergestellt werden, dass die Platten sowohl des Senders als auch des Empfängers durch eine Strömung, deren Stärke allmählich zunimmt, aus ihrer Ruheposition in die äußerste Position getrieben werden und dass, wenn sie abnehmen, der Strom würde wieder durch die ursprüngliche Ruhelage fließen. All diese sanften Schwankungen in der Klangfarbe, die den Reichtum der menschlichen Sprache ausmachen, waren für das Telefon von Reis völlig unzugänglich – die Anziehungskraft setzte hier schnell ein und blieb für einige Zeit unverändert, um dann vollständig zu versiegen. Es stellte sich als unmöglich heraus, das Problem der Schallübertragung nur durch Schließen und Öffnen des Stromkreises zu lösen. Weitere 15 Jahre vergingen, bis der schottische Erfinder Alexander Bell einen besseren Weg fand, Töne in elektrische Signale umzuwandeln. Von Beruf war Bell Lehrerin für taubstumme Kinder. Von Kindheit an studierte er viel Akustik, das Studium des Klangs, und träumte davon, ein Telefon zu erfinden. 1870 siedelte Bell nach Kanada und 1872 in die USA über. Nachdem er sich in Boston niedergelassen hatte, führte er das von ihm entwickelte System der „sichtbaren Sprache“ in der dortigen Schule für gehörlose und stumme Kinder ein. Es war ein großer Erfolg, und Bell wurde bald Professor an der Boston University. Jetzt hatte er ein Labor und genügend Geld, um sich der Erfindung des Telefons zu widmen. Bell vergaß den Schlaf und verbrachte ganze Nächte damit, über seinen Experimenten zu sitzen. Seine ersten Experimente wiederholten die Arbeit von Page. Im Sommer 1875 stellten Bell und sein Assistent Thomas Watson einen Apparat her, der aus Magneten mit beweglichen Zungen bestand, die durch Stromschwankungen angetrieben wurden. Verschiedene Geräte wurden mit Magneten in die Schaltung aufgenommen. Watson und Bell waren in angrenzenden Räumen. Watson sendete und Bell empfing. Als Watson einmal den Knopf am Ende des Kabels drückte, um die Glocke zu aktivieren, ging der Kontakt schlecht, und der Elektromagnet zog den Glockenhammer zu sich. Watson versuchte ihn wegzuziehen, wodurch Vibrationen um den Magneten herum auftraten. Die von Watson erzeugte Bewegung der Feder veränderte die Intensität des Stroms und verursachte oszillierende Bewegungen in der Feder der gegenüberliegenden Station in Bells Zimmer, und der Draht übertrug den sehr schwachen Ton des ersten Telefons. So entdeckte Bell ganz zufällig, dass ein Magnet mit einem leichten Anker sowohl Sender als auch Signalempfänger sein kann. Danach war es nicht mehr schwierig, Schall mit elektrischem Strom zu übertragen und wiederzugeben. Um zu verstehen, wie dies geschieht, stellen Sie sich einen Permanentmagneten und in seiner Nähe eine flexible Eisenplatte vor, die unter der Wirkung von Schallwellen vibriert. Wenn er sich dem Pol des Magneten nähert, verstärkt er sein Magnetfeld, und wenn er sich davon entfernt, schwächt er es. (Ohne ins Detail zu gehen, bemerken wir, dass der Grund dafür das gleiche Phänomen der elektromagnetischen Induktion sein wird, das im vorigen Kapitel besprochen wurde: Es ist klar, dass in einer Platte, die sich in einem Magnetfeld bewegt, ein elektrischer Strom entsteht; dies Strom erzeugt um das Plattenfeld herum ein eigenes Magnetfeld, das das Magnetfeld des Magneten überlagert und es entweder verstärkt oder schwächt.) Nun legen wir eine Drahtspule auf unseren imaginären Magneten. Wenn das Magnetfeld in der Spule schwankt, entsteht ein elektrischer Wechselstrom, und dann in die eine Richtung, dann in die andere Richtung. Indem wir den empfangenen Strom durch die Wicklungen eines anderen Magneten leiten, beeinflussen wir sein Magnetfeld, das ebenfalls entweder zunimmt oder abnimmt, und wiederholen genau alle Änderungen, die im Magnetfeld des ersten Magneten auftreten. Bringt man eine Eisenplatte an den Pol dieses zweiten Empfangsmagneten, so wird sie unter Einwirkung eines zunehmenden Magnetfeldes entweder von diesem Magneten angezogen, dann unter dem Einfluss seiner Elastizität von ihm wegbewegt und gleichzeitig Schall erzeugen Wellen, die in allem denen ähneln, die die erste Schwingung in Gang gesetzt haben. Tatsächlich geschah dies unter den oben beschriebenen Umständen. Die Rolle der Eisenplatte spielte hier der flexible Anker des Magneten. Aber es war ein zu grobes Gerät, das viele der Klangnuancen nicht wiedergeben konnte. Bell begann, nach etwas zu suchen, um ihn zu ersetzen. Ein befreundeter Arzt schlug vor, ein menschliches Ohr für Experimente zu verwenden, und besorgte ihm ein Ohr von einer Leiche. Durch sorgfältige Untersuchung seiner Struktur fand Bell heraus, dass Schallwellen das Trommelfell zum Schwingen bringen, von wo aus sie auf die Gehörknöchelchen übertragen werden. Dies brachte ihn auf die Idee, eine dünne Metallmembran herzustellen, diese neben einen Permanentmagneten zu legen und so Schallschwingungen in elektrische Schwingungen umzuwandeln. Es dauerte mehrere Monate harter Arbeit, bis das Telefon sprach. Erst am 10. März 1876 hörte Watson deutlich Bells Worte an der Empfangsstation: „Mr. Watson, please come here, I need to talk to you.“ Noch früher, am 14. Februar, hatte Bell seine Erfindung zum Patent angemeldet. Nur zwei Stunden nach ihm reichte ein anderer Erfinder, Elisha Gray, dieselbe Anmeldung für einen identischen Apparat ein. Das Patent wurde jedoch im März an Bell erteilt, da er als erster seine Entdeckung bekannt gab. (Später musste Bell mehrere Prozesse mit Gray und anderen Erfindern führen, um seine Überlegenheit zu verteidigen. Am Ende kaufte Bell das Recht, das Telefon von Gray zu betreiben.) Auf der Philadelphia-Ausstellung in diesem Jahr wurde Bells Telefon zum Hauptausstellungsstück. Seit dieser Zeit begannen sich Telefone schnell zu verbreiten, obwohl die ersten Geräte noch sehr unvollkommen waren. Im August desselben Jahres 1876 waren bereits etwa 800 Telefone in Gebrauch, und die Nachfrage danach stieg.
Das Gerät der ersten Geräte war sehr primitiv. Ein stabförmiger Permanentmagnet A war an einem Pol von einer kurzen Induktionsspule B aus dünnem Kupferdraht umgeben, die in zwei dickeren Drähten CC endete, die durch Klemmen DD mit den Drähten LL verbunden waren. An einem Pol des Magneten wurde eine Platte EE aus weichem Eisenblech angeordnet, die entlang der Kanten festgeklemmt wurde. Alles war in einen Holzrahmen eingefasst, der bei Teil GG über der EE-Platte ein trichterförmiges Loch hatte, das als Schallkegel diente. Nach unten verjüngte sich der Holzrahmen, da er hier nur einen mit einer Schraube fixierten Magnetstab und zwei CC-Drähte enthielt. Dieses Gerät könnte sowohl als Sender als auch als Empfänger dienen. Ein solches Telefon gab es beim Sender und beim Empfänger. Ihre Induktionsspulen wurden mittels LL-Drähten und DD-Klemmen miteinander verbunden. Wenn der Konus GG als Rohr verwendet und hineingesprochen wird, schwingt die Platte EE vor dem Pol des Magneten; dadurch entstanden in der Spirale B Induktionsströme, deren Änderung den auf die Platte einwirkenden Schallschwingungen entsprach. Diese Ströme flossen durch die LL-Drähte in die Spule des empfangenden Telefons und brachten die Membran zum Schwingen. Wenn Sie den Kegel an Ihr Ohr drücken, können Sie die Stimme des Teilnehmers hören, der am anderen Ende der Leitung spricht. Die durch die Bewegung der Membran erzeugten Induktionsströme waren sehr schwach, sodass eine stabile Kommunikation erst in einer Entfernung von mehreren hundert Metern aufgebaut werden konnte. Außerdem wurden die Stimmen der Lautsprecher so leise, dass sie im Störbrummen untergingen. Es bedurfte der Arbeit vieler, vieler Erfinder, bevor das Telefon zu einem zuverlässigen Kommunikationsmittel wurde. Generell erwies sich Bells Telefon als besser in der Lage, Stromwellen in Schallwellen umzuwandeln als umgekehrt. Daher war die Entdeckung des Mikrofoneffekts im Jahr 1877 durch den englischen Erfinder Hughes sehr wichtig in der Geschichte der Telefonie. In seiner ursprünglichen Form hatte das Mikrofon die folgende Vorrichtung.
Zwischen zwei Kohlestücken C und C', montiert auf Platte B, wurde ein Kohlestab mit spitzen Enden installiert. Der Strom von Element E floss durch diesen Kohlenstoffstab und durch die Wicklung des Telefons T. Wenn die horizontale Platte A, die die Rolle eines Resonators spielte, geschüttelt wurde, wurde der Kohlenstoffstab verschoben. In diesem Moment verringerte sich sein Stromwiderstand an den Kontaktstellen, was wiederum zu einer merklichen Erhöhung der Stromstärke im Telefon führte. Die Membran begann mit größerer Amplitude zu schwingen, wodurch der Anfangsschall um ein Vielfaches verstärkt wurde. Das leise Ticken der auf dem Ständer platzierten Uhr wurde im Telefon als sehr laut empfunden. Sogar das Krabbeln einer Fliege auf der Platte wurde in Form von deutlich wahrnehmbarem Rauschen wiedergegeben. Innerhalb weniger Jahre nach der Erfindung von Hughes entstanden viele verschiedene Mikrofondesigns. Mikrofone, die Kohlepulver anstelle von Stäben verwendeten, waren weit verbreitet. Dabei bewirkten die Schwingungen der Membran entweder eine Verdichtung des Pulvers oder dessen Auflockerung, wodurch sich dessen Widerstand ständig änderte. Das mit dem Mikrofon verbundene Telefon wurde viel zuverlässiger, blieb aber immer noch unvollkommen. Schwache Induktionsströme konnten den Widerstand der Übertragungsdrähte nicht überwinden. Es war notwendig, ihre Spannung irgendwie zu erhöhen, ohne die Natur ihrer Schwingungen zu verändern. Einen witzigen Ausweg fand der berühmte amerikanische Erfinder Edison, der vorschlug, eine Induktionsspule zur Verstärkung der Spannung zu verwenden. Also wurde der Telefonapparat mit einem Trafo ergänzt. Transformatoren werden in einem späteren Kapitel ausführlicher besprochen. Jetzt werden wir nur das Prinzip seiner Arbeit erklären. Legt man zwei Spulen auf denselben Eisenkern und leitet durch eine einen Wechselstrom, dann wird auch in der zweiten Spule ein Wechselstrom induziert. Schauen wir uns dieses Phänomen genauer an. Das von der ersten Spule erzeugte wechselnde Magnetfeld induziert in jeder Windung der zweiten Spule einen Strom mit einer bestimmten Spannung. Die Windungen der Spule können, wie bereits im vorigen Kapitel gezeigt, als in Reihe geschaltete Stromquellen betrachtet werden. Dann ist die Gesamtspannung an der Wicklung der zweiten Spule gleich der Summe der Spannungen aller Windungen. Wenn wir die von der zweiten Spule abgenommene Spannung erhöhen wollen, müssen wir die Anzahl der Windungen erhöhen. Wenn wir also die Anzahl der Windungen an der zweiten Spule ändern, können wir eine Spannung erhalten, die kleiner, gleich oder größer als an der ersten ist. Wie oft jedoch die Spannung ansteigt, nimmt der Strom um den gleichen Betrag ab, sodass ihr Produkt in der ersten und zweiten Spule gleich bleibt (tatsächlich ist dieses Produkt aufgrund der unvermeidlichen Verluste in der Sekundärspule sogar etwas geringer). . Der Transformatoreffekt wurde gleichzeitig mit dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion entdeckt, aber da in der Technik lange Zeit nur Gleichstrom verwendet wurde, fand er zunächst keine Anwendung. Das Telefon erwies sich als eines der ersten Geräte, bei denen der Transformator (in Form einer Induktionsspule) einige Popularität erlangte. In dem von Edison geschaffenen Apparat waren das Telefon und das Mikrofon in zwei getrennten Schaltkreisen enthalten. Die Stromquelle, das Mikrofon und die Primärwicklung des Transformators sind hier in einem Stromkreis geschaltet, die andere Spule und der Telefonhörer in einem anderen. Das Funktionsprinzip dieses Telefons ist klar: Durch die Vibration der Membran änderte sich der Widerstand im Mikrofon ständig, weshalb der Gleichstrom der Batterie in einen pulsierenden umgewandelt wurde. Dieser Strom wurde an die Primärwicklung des Transformators angelegt. In der Sekundärwicklung wurden Ströme gleicher Form, aber höherer Spannung induziert. Sie überwanden leicht den Widerstand von Drähten und konnten über beträchtliche Entfernungen übertragen werden. Das so verbesserte Telefon fand bald weite Verbreitung.
Zunächst kommunizierten die Geräte paarweise miteinander. Sie hatten keine Schalter und Anrufe. Um den Teilnehmer zum Gerät zu rufen, klopfte er einfach mit einem Bleistift auf die Membran. Anschließend führte Edison elektrische Glocken ein. 1877 entstand in New Haven (USA) die erste zentrale Telefonzentrale. Die Verbindungsreihenfolge war hier wie folgt. Ein Teilnehmer, der mit einer beliebigen Person oder Institution sprechen wollte, suchte die gewünschte Nummer im Teilnehmerbuch und rief die Zentrale an. Als dieser antwortete, meldete er die benötigte Nummer, und wenn diese Nummer nicht besetzt war, verband ihn die Vermittlung mit speziellen Steckern mit der gewünschten Person und teilte ihm mit, dass die Verbindung bereit sei. Danach wandte sich der Abonnent an die mit ihm verbundene Person. Am Ende des Gesprächs wurden sie getrennt. Die Zeitgenossen schätzten sehr schnell den Komfort des Telefons. Bald wurden in allen größeren Städten Telefonzentralen gebaut. Gleichzeitig wuchs die Nachfrage nach Telefonapparaten. 1879 gründete Bell seine eigene Telefongesellschaft, die sich bald zu einem mächtigen Konzern entwickelte. Innerhalb von zehn Jahren wurden allein in den USA mehr als 100 Telefonapparate installiert, nach 25 Jahren waren es bereits mehr als eine Million. Dann stieg diese Zahl um eine Größenordnung. Bell lebte ein langes Leben und konnte die weltweite Verbreitung der Telefonie beobachten. Er starb 1922, und eine Art Schweigeminute wurde ihm in Erinnerung gerufen: Als der Sarg mit der Leiche des Erfinders ins Grab gesenkt wurde, brachen alle Telefongespräche ab. Sie schreiben, dass in den Vereinigten Staaten zu diesem Zeitpunkt mehr als 13 Millionen Telefone stumm waren. Autor: Ryzhov K.V.
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