Charlesa Wheatstone'a

Pan Charlesa Wheatstone'a
Wheatstone, narysowany przez Samuela Laurence'a w 1868 roku
Urodzić się	( 1802-02-06 ) 6 lutego 1802 Barnwood , Gloucestershire , Anglia
Zmarł	19 października 1875 ( w wieku 73) ( 19.10.1875 ) Paryż , Francja
Znany z	Mostek Wheatstone'a Szyfr Wheatstone'a-Playfaira System Wheatstone'a Telegraf ABC Wheatstone'a Telegraf Cooke'a i Wheatstone'a Kalejdofon Potencjometr Pseudoskop Stereoskop Wczesne wkłady w spektroskopię
Nagrody	Medal Królewski (1840, 1843) Medal Alberta (1867) Medal Copleya (1868)
Kariera naukowa
Pola	Fizyka
Instytucje	King’s College w Londynie

Sir Charles Wheatstone FRS FRSE ( / , w wiː t s t ə n / ; 6 lutego 1802 - 19 października 1875), był angielskim naukowcem i wynalazcą wielu przełomów naukowych epoki wiktoriańskiej tym angielskiej harmonijki , stereoskopu (a urządzenie do wyświetlania obrazów trójwymiarowych) oraz szyfr Playfair ( technika szyfrowania ). Jednak Wheatstone jest najbardziej znany ze swojego wkładu w rozwój mostka Wheatstone'a , pierwotnie wynalezionego przez Samuela Huntera Christie , który służy do pomiaru nieznanego oporu elektrycznego, oraz jako główna postać w rozwoju telegrafii .

Życie

Charles Wheatstone urodził się w Barnwood , Gloucestershire . Jego ojciec, W. Wheatstone, był sprzedawcą muzyki w mieście, który cztery lata później przeniósł się do 128 Pall Mall w Londynie, zostając nauczycielem gry na flecie. Karol, drugi syn, chodził do wiejskiej szkoły niedaleko Gloucester, a potem do kilku instytucji w Londynie. Jeden z nich znajdował się w Kennington i był prowadzony przez panią Castlemaine, która była zdumiona jego szybkimi postępami. Z innego uciekł, ale został schwytany w Windsorze , niedaleko teatru jego praktycznego telegrafu. Jako chłopiec był bardzo nieśmiały i wrażliwy, lubił zaszyć się na strychu, bez żadnego innego towarzystwa poza własnymi myślami.

Angielska harmonijka Wheatstone'a

Kiedy miał około czternastu lat, został uczniem swojego wuja i imiennika, producenta i sprzedawcy instrumentów muzycznych przy 436 Strand w Londynie; ale nie wykazywał zamiłowania do rękodzieła ani interesów i bardziej lubił studiować książki. Zachęcał go do tego ojciec, aż w końcu wyciągnął go spod opieki wujka.

W wieku piętnastu lat Wheatstone przetłumaczył francuską poezję i napisał dwie piosenki, z których jedną podarował swojemu wujowi, który opublikował ją, nie wiedząc, że jest to kompozycja jego siostrzeńca. Niektóre jego linie na lirze stały się mottem ryciny Bartolozziego . Często odwiedzał stary stragan z książkami w pobliżu Pall Mall , które wówczas było zrujnowaną i nieutwardzoną arterią. Większość kieszonkowego wydawał na zakup książek, które mu się podobały, czy to baśni, historii czy nauki.

Pewnego dnia, ku zaskoczeniu księgarza, zapragnął tomu o odkryciach Volty w elektryczności, ale nie mając ceny, zaoszczędził grosze i zabezpieczył tom. Został napisany po francusku, więc musiał ponownie oszczędzać, dopóki nie mógł kupić słownika. Potem zaczął czytać tom i z pomocą swego starszego brata Williama powtarzać opisane w nim eksperymenty z domowej roboty baterią w zmywalni za domem ojca. Podczas konstruowania baterii chłopcom-filozofom zabrakło pieniędzy na zakup potrzebnych miedzianych płyt. Zostało im tylko kilka miedzianych monet. Szczęśliwa myśl przyszła do Charlesa, który był duchem wiodącym w tych badaniach: „Musimy użyć samych groszy” - powiedział i wkrótce bateria była kompletna.

W Christchurch, Marylebone , w dniu 12 lutego 1847, Wheatstone poślubił Emmę West. Była córką z Taunton i miała przystojny wygląd. Zmarła w 1866 roku, pozostawiając rodzinę pięciorga małych dzieci pod jego opieką. Jego życie domowe było spokojne i spokojne.

Choć publicznie cichy i powściągliwy, Wheatstone był jasnym i elokwentnym mówcą prywatnie, jeśli zabierano go na jego ulubione studia, a jego drobna, ale aktywna osoba, jego prosta, ale inteligentna twarz była pełna ożywienia. Sir Henry Taylor mówi nam, że kiedyś obserwował Wheatstone'a na wieczornym przyjęciu w Oksfordzie, jak szczerze przekonywał Lorda Palmerstona o możliwościach jego telegrafu. „Nie mów tak!” — wykrzyknął mąż stanu. — Muszę cię zmusić, żebyś powiedział to lordowi kanclerzowi. I to mówiąc, przypiął elektryka do lorda Westbury i zorganizował ucieczkę. Wspomnienie tego wywiadu mogło skłonić Palmerstona do uwagi, że nadchodzi czas, kiedy minister może zostać zapytany w Parlamencie, czy w Indiach wybuchła wojna, i odpowie: „Chwileczkę; Po prostu telegrafuję do generalnego gubernatora i dam ci znać.

Wheatstone'a w późniejszych latach

Wheatstone został pasowany na rycerza w 1868 roku, po ukończeniu automatycznego telegrafu. Wcześniej został Kawalerem Legii Honorowej . O jego naukowej renomie świadczyły około 34 odznaczenia i dyplomy towarzystw krajowych i zagranicznych. Od 1836 był członkiem Towarzystwa Królewskiego, aw 1859 został wybrany członkiem zagranicznym Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk , aw 1873 członkiem Zagranicznym Francuskiej Akademii Nauk . W tym samym roku został odznaczony Medalem Ampera przez Francuskie Towarzystwo Zachęty Przemysłu Narodowego. W 1875 r. został mianowany członkiem honorowym Instytutu Inżynierów Budownictwa. Był DCL z Oksfordu i LL.D. z Cambridge.

Podczas wizyty w Paryżu jesienią 1875 roku i zajęty doskonaleniem swojego odbiornika kabli podmorskich, przeziębił się, co spowodowało zapalenie płuc , chorobę, na którą zmarł w Paryżu 19 października 1875 roku w wieku 73 lat Nabożeństwo żałobne odbyło się w kaplicy anglikańskiej w Paryżu z udziałem delegacji Akademii. Jego szczątki zostały przewiezione do jego domu w Park Crescent w Londynie (dziś oznaczonego niebieską tablicą ) i pochowane na cmentarzu Kensal Green .

Instrumenty muzyczne i akustyka

We wrześniu 1821 roku Wheatstone zwrócił na siebie uwagę opinii publicznej, wystawiając „Zaczarowaną lirę” lub „Akukryptofon” w sklepie muzycznym w Pall Mall oraz w Adelaide Gallery. Składał się z mimicznej liry zwisającej z sufitu na sznurku i emitującej dźwięki kilku instrumentów – fortepianu, harfy i cymbałów . W rzeczywistości było to zwykłe pudło rezonansowe, a sznur był stalowym prętem, który przenosił wibracje muzyki z kilku instrumentów, na których grano poza zasięgiem wzroku i uszu. W tym okresie Wheatstone przeprowadził liczne eksperymenty z dźwiękiem i jego transmisją. Annals of Philosophy Thomsona z 1823 roku.

Rozpoznał, że dźwięk jest roznoszony przez fale lub oscylacje atmosfery, tak jak wtedy uważano, że światło jest falowane przez świecący eter . Woda i ciała stałe, takie jak szkło, metal lub dźwięczne drewno, przenoszą modulacje z dużą prędkością, a on wymyślił plan przesyłania w ten sposób sygnałów dźwiękowych, muzyki lub mowy na duże odległości. Ocenił, że dźwięk będzie przemieszczał się z prędkością 200 mil na sekundę (320 km / s ) przez solidne pręty i zaproponował telegrafowanie w ten sposób z Londynu do Edynburga . Nazwał nawet swój układ „telefonem”. ( Robert Hooke w swojej Micrographia , opublikowanej w 1667 roku, pisze: „Mogę zapewnić czytelnika, że ​​za pomocą rozciągniętego drutu rozprzestrzeniłem dźwięk na bardzo znaczną odległość w jednej chwili lub z pozornie szybką ruch jak ruch światła". Nie było też konieczne, aby drut był prosty, można go było wyginać pod kątem. Ta właściwość jest podstawą telefonu mechanicznego lub telefonu kochanka, o którym mówi się, że był znany Chińczykom wiele wieków temu. Hooke także rozważał możliwość znalezienia sposobu na przyspieszenie naszych zdolności słyszenia).

Pisarz w Repository of Arts z 1 września 1821 r., Odnosząc się do „Zaczarowanej liry”, widzi perspektywę wystawienia opery w King's Theatre i cieszenia się nią w Hanover Square Rooms , a nawet w Horns Tavern w Kennington . Drgania mają się przenosić przez podziemne przewodniki, jak gaz w rurach.

A jeśli muzyka może być w ten sposób prowadzona”, zauważa, „być może słowa mowy mogą być podatne na te same środki propagacji. Elokwencja rad, debaty Parlamentu, zamiast być czytane tylko następnego dnia, – Ale zatracimy się w pogoni za tym ciekawym tematem.

Oprócz przesyłania dźwięków na odległość, Wheatstone wymyślił prosty instrument do wzmacniania słabych dźwięków, któremu nadał nazwę „Mikrofon”. Składał się z dwóch smukłych prętów, które przekazywały mechaniczne wibracje do obu uszu i różni się znacznie od elektrycznego mikrofonu profesora Hughesa.

W 1823 roku zmarł jego wujek, wytwórca instrumentów muzycznych, a Wheatstone wraz ze swoim starszym bratem Williamem przejęli firmę. Charles nie lubił części komercyjnej, ale jego pomysłowość znalazła ujście w ulepszaniu istniejących instrumentów i wymyślaniu zabawek filozoficznych. Wynalazł też własne instrumenty. Jednym z najbardziej znanych była harmonijka Wheatstone'a . Był to sześciostronny instrument z 64 klawiszami. Klawisze te zapewniały proste palcowanie chromatyczne. Angielska Concertina stawała się coraz bardziej znana przez całe życie, jednak szczyt popularności osiągnęła dopiero na początku XX wieku.

W 1827 roku Wheatstone przedstawił swój „ kalejdofon ”, urządzenie do uwidaczniania dla oka wibracji brzmiącego ciała. Składa się z metalowego pręta, na którego końcu znajduje się posrebrzany koralik, który odbija „punkt” światła. Gdy pręt wibruje, plamka opisuje skomplikowane kształty w powietrzu, jak iskra wirująca w ciemności. Jego fotometr prawdopodobnie został zasugerowany przez to urządzenie. Umożliwia porównanie dwóch świateł na podstawie względnej jasności ich odbić w posrebrzanym koraliku, który opisuje wąską elipsę, tak aby narysować plamy w równoległych liniach.

W 1828 roku Wheatstone udoskonalił niemiecki instrument dęty, zwany Mundharmonika , aż stał się popularną harmonijką, opatentowaną 19 grudnia 1829 roku. Kolejnym jego wynalazkiem jest przenośna harmonia , która zdobyła medal na Wielkiej Wystawie w 1851 roku. udoskonalił maszynę mówiącą De Kempelena i potwierdził opinię Sir Davida Brewstera , że ​​przed końcem tego stulecia aparat śpiewający i mówiący będzie jednym z osiągnięć nauki.

W 1834 roku Wheatstone, który zyskał sławę, został powołany na katedrę fizyki doświadczalnej w King's College w Londynie . Jego pierwszy kurs wykładów na temat dźwięku zakończył się całkowitą porażką z powodu odrazy do wystąpień publicznych. Na mównicy był zajęty językiem i niezdolny, czasami odwracał się plecami do publiczności i mamrotał do diagramów na ścianie. W laboratorium czuł się jak w domu i odtąd swoje obowiązki ograniczał głównie do demonstracji.

Prędkość elektryczności

Zyskał sławę dzięki wielkiemu eksperymentowi wykonanemu w 1834 r. – pomiarowi prędkości prądu elektrycznego w przewodzie. Przeciął drut na środku, tworząc szczelinę, przez którą mogłaby przeskoczyć iskra, i podłączył jego końce do biegunów słoika Leyden wypełnionego elektrycznością. W ten sposób powstały trzy iskry, jedna na każdym końcu drutu, a druga na środku. Zamontował małe lusterko na mechanizmach zegarka, tak że obracało się ono z dużą prędkością, i obserwował w nim odbicia swoich trzech iskier. Punkty drutu były tak ułożone, że gdyby iskry były natychmiastowe, ich odbicia pojawiałyby się w jednej linii prostej; ale widziano, że środkowy pozostawał w tyle za innymi, ponieważ było to chwilę później. Elektryczność potrzebowała trochę czasu, aby przebyć drogę od końca drutu do środka. Czas ten ustalono, mierząc wielkość opóźnienia i porównując ją ze znaną prędkością lustra. Mając czas, musiał tylko porównać to z długością połowy drutu i mógł znaleźć prędkość elektryczności. Jego wyniki dały obliczoną prędkość 288 000 mil na sekundę, tj. większą niż prędkość światła, którą znamy obecnie (299 792,458 kilometrów na sekundę (186 000 mil/s)), niemniej jednak stanowiły interesujące przybliżenie.

Niektórzy naukowcy docenili już, że „prędkość” elektryczności zależy od właściwości przewodnika i jego otoczenia. Francis Ronalds zaobserwował opóźnienie sygnału w swoim zakopanym elektrycznym kablu telegraficznym (ale nie w linii lotniczej) w 1816 roku i przedstawił jego przyczynę jako indukcję. Wheatstone był świadkiem tych eksperymentów w młodości, które najwyraźniej były bodźcem do jego własnych badań nad telegrafią. Dziesięciolecia później, po skomercjalizowaniu telegrafu, Michael Faraday opisał, jak prędkość pola elektrycznego w przewodzie podmorskim, pokrytym izolatorem i otoczonym wodą, wynosi zaledwie 144 000 mil na sekundę (232 000 km/s) lub jeszcze mniej.

Urządzenie obrotowego lustra Wheatstone'a zostało następnie wykorzystane przez Léona Foucaulta i Hippolyte'a Fizeau do pomiaru prędkości światła .

Spektroskopia

Wheatstone i inni również przyczynili się do wczesnej spektroskopii poprzez odkrycie i wykorzystanie widmowych linii emisyjnych.

Jak napisał John Munro w 1891 r.: „W 1835 r. na spotkaniu British Association w Dublinie Wheatstone wykazał, że kiedy metale ulatniają się w iskrze elektrycznej, ich światło, badane przez pryzmat, ujawnia pewne charakterystyczne dla nich promienie. rodzaj metali, z których powstały punkty iskrzenia, można określić analizując światło iskry. Ta sugestia okazała się bardzo przydatna w analizie widma, a zastosowana przez Roberta Bunsena , Gustava Roberta Kirchhoffa i innych doprowadziła do odkrycia kilku nowych pierwiastków, takich jak rubid i tal , a także poszerza naszą wiedzę o ciałach niebieskich”.

Telegraf

Wheatstone porzucił pomysł przekazywania informacji za pomocą mechanicznych wibracji prętów i zajął się telegrafem elektrycznym . W 1835 roku wygłosił wykład na temat systemu barona Schillinga i oświadczył, że znane są już środki, za pomocą których telegraf elektryczny mógłby służyć światu. Przeprowadzał eksperymenty według własnego planu i nie tylko zaproponował ułożenie eksperymentalnej linii przez Tamizę, ale także ustanowienie jej na kolei londyńskiej i Birmingham. Zanim jednak plany te zostały zrealizowane, 27 lutego 1837 r. odwiedził go William Fothergill Cooke w swoim domu przy Conduit Street, co miało istotny wpływ na jego przyszłość.

Współpraca z Cookiem

Michael Faraday , TH Huxley , Wheatstone, David Brewster i John Tyndall (z prawej)

Pan Cooke był oficerem armii Madrasu , który przebywając w domu na urlopie, uczęszczał na wykłady z anatomii na Uniwersytecie w Heidelbergu , gdzie 6 marca 1836 roku był świadkiem demonstracji z telegrafem profesora Georga Wilhelma Munke , i był pod takim wrażeniem jego znaczenia, że ​​porzucił studia medyczne i poświęcił wszystkie swoje wysiłki pracy nad wprowadzeniem telegrafu. Wkrótce potem wrócił do Londynu iw styczniu 1837 r. Był w stanie pokazać telegraf z trzema igłami. Czując brak wiedzy naukowej, skonsultował się z Michaelem Faradaya i Peterem Markiem Rogetem (ówczesnym sekretarzem Towarzystwa Królewskiego), z których ten ostatni wysłał go do Wheatstone'a.

Podczas drugiego wywiadu pan Cooke powiedział Wheatstone'owi o swoim zamiarze wydobycia działającego telegrafu i wyjaśnił swoją metodę. Wheatstone, zgodnie z własnym oświadczeniem, zwrócił uwagę Cooke'owi, że metoda nie zadziała, i stworzył własny telegraf eksperymentalny. W końcu Cooke zaproponował, aby zawarli spółkę, ale Wheatstone początkowo nie chciał się zgodzić. Był znanym człowiekiem nauki i zamierzał opublikować swoje wyniki, nie starając się zbić na nich kapitału. Z drugiej strony Cooke oświadczył, że jego jedynym celem jest zbicie fortuny na tym planie. W maju zgodzili się połączyć swoje siły, Wheatstone wniósł wkład naukowy, a Cooke talent administracyjny. Akt spółki datowany był na 19 listopada 1837 r. Wyciągnięto wspólny patent na ich wynalazki, w tym pięcioigłowy telegraf Wheatstone'a oraz alarm działający przez przekaźnik, w którym prąd, zanurzony igłą w rtęci, zakończono lokalny obwód i zwolnił zapadkę mechanizmu zegarowego.

Telegraf pięcioigłowy, który był głównie, jeśli nie całkowicie, zasługą Wheatstone'a, był podobny do telegrafu Schillinga i opierał się na zasadzie sformułowanej przez André-Marie Ampère - to znaczy prąd był wysyłany do linii przez zamykając obwód baterii kluczem typu „zrób i złam”, a na drugim końcu przechodzi przez cewkę z drutu otaczającą igłę magnetyczną, która może swobodnie obracać się wokół jej środka. W zależności od tego, czy jeden biegun baterii, czy drugi został przyłożony do linii za pomocą klucza, prąd odchylał igłę w jedną lub drugą stronę. Było pięć oddzielnych obwodów uruchamiających pięć różnych igieł. Te ostatnie były obracane w rzędach przez środek tarczy w kształcie rombu i miały litery alfabetu ułożone na nim w taki sposób, że litera była dosłownie wskazywana przez prąd odchylający dwie igły w jej kierunku.

Wczesne instalacje

Dwuigłowy przyrząd telegraficzny typu używanego na kolei Great Western Railway

Eksperymentalna linia z szóstym przewodem powrotnym została poprowadzona między końcem Euston a stacją Camden Town w Londynie i North Western Railway w dniu 25 lipca 1837 r. Rzeczywista odległość wynosiła tylko półtora mili (2,4 km), ale zapas do obwodu wprowadzono drut, aby zwiększyć jego długość. Był późny wieczór przed rozprawą. Pan Cooke dowodził w Camden Town, podczas gdy pan Robert Stephenson i inni dżentelmeni przyglądali się; a Wheatstone siedział przy swoim instrumencie w obskurnym małym pokoju, oświetlonym łojową świecą, niedaleko biura rezerwacji w Euston. Wheatstone wysłał pierwszą wiadomość, na którą Cooke odpowiedział i „nigdy” powiedział Wheatstone, „czy wcześniej nie czułem takiego burzliwego uczucia, jak wtedy, gdy sam w cichym pokoju usłyszałem stukanie igieł i kiedy przeliterowałem słowa , czułem, że cała wielkość wynalazku została uznana za wykonalną poza zarzutem lub sporem.

Jednak mimo tego procesu dyrektorzy kolei potraktowali „nowomodny” wynalazek z obojętnością i zażądali jego usunięcia. Jednak w lipcu 1839 roku była faworyzowana przez Great Western Railway i linię wzniesioną od końca stacji Paddington do stacji kolejowej West Drayton , w odległości trzynastu mil (21 km). Część drutu została początkowo ułożona pod ziemią, ale później całość została podniesiona na słupach wzdłuż linii. Ich obwód został ostatecznie przedłużony do Slough w 1841 roku i został publicznie wystawiony w Paddington jako cud nauki, który mógł przesyłać pięćdziesiąt sygnałów na odległość 280 000 mil na minutę (7500 km / s). Cena wstępu wynosiła szylinga (0,05 funta), aw 1844 roku jeden zafascynowany obserwator odnotował, co następuje:

„Jest idealny od końca Great Western aż do Slough - to jest osiemnaście mil; druty są w niektórych miejscach pod ziemią w rurach, a w innych wysoko w powietrzu, które trwają, jak mówi , zdecydowanie najlepszy plan. Zapytaliśmy, czy pogoda nie ma wpływu na przewody, ale powiedział, że nie; gwałtowna burza może zadzwonić dzwonkiem, ale nic więcej. Zaprowadzono nas do małego pokoju (byliśmy panią Drummond , panną Philips, Harrym Codringtonem i ja – a potem Milmanowie i pan Rich), gdzie znajdowało się kilka drewnianych skrzyń zawierających różne rodzaje telegrafów. W jednym rodzaju zapisywano każde słowo, a ponieważ każda litera była kolejno umieszczana w określonym miejscu, maszyneria powodowała, że ​​fluid elektryczny biegł wzdłuż linii, gdzie list pojawił się w Slough, przez jaką maszynerię nie mógł podjąć się wyjaśnienia. Po każdym słowie przychodził znak od Slough, oznaczający „Rozumiem”, nadchodzący z pewnością w mniej niż jedną sekundę od końca słowa...... Inny drukuje przesłania, które niesie, tak że gdyby nikt nie zwracał uwagi na dzwonek, .... przesłanie nie zostałoby utracone. Dzieje się tak za sprawą płynu elektrycznego, który powoduje, że mały młotek uderza w literę, która się pojawia, litera, która się podnosi, uderza w jakiś różnorodny papier listowy (nowy wynalazek, czarny papier, który po naciśnięciu pozostawia nieusuwalny czarny ślad), dzięki czemu oznacza, że ​​odcisk jest pozostawiony na białym papierze pod spodem. To był najbardziej pomysłowy ze wszystkich i najwyraźniej ulubiony przez pana Wheatstone'a; był bardzo dobroduszny w wyjaśnianiu, ale sam rozumie to tak dobrze, że nie może odczuć, jak mało o tym wiemy, i idzie zbyt szybko, aby tacy ignoranci we wszystkim go naśladowali. Pani Drummond powiedziała mi, że jest cudowny ze względu na szybkość, z jaką myśli i siłę inwencji; wymyśla tak wiele rzeczy, że nie może zrealizować połowy swoich pomysłów , ale pozostawia je do wykorzystania przez innych, którzy zdobędą za nie uznanie”.

Uwaga publiczna i sukces

Opinia publiczna przyjęła nowy wynalazek po schwytaniu mordercy Johna Tawella , który w 1845 roku stał się pierwszą osobą aresztowaną w wyniku zastosowania technologii telekomunikacyjnej. W tym samym roku Wheatstone wprowadził dwie ulepszone formy aparatu, a mianowicie „pojedyncze” i „podwójne” instrumenty igłowe, w których sygnały były wytwarzane przez kolejne odchylenia igieł. Spośród nich instrument z pojedynczą igłą, wymagający tylko jednego drutu, jest nadal w użyciu.

Rozwój telegrafu można wywnioskować z dwóch faktów. W 1855 r. kilka godzin później w Izbie Lordów ogłoszono śmierć cesarza Mikołaja w Petersburgu , około pierwszej po południu. Wynik The Oaks z 1890 roku został odebrany w Nowym Jorku piętnaście sekund po tym, jak konie minęły zwycięski słupek.

Różnice z Cooke'em

W 1841 roku powstała różnica między Cooke'em a Wheatstone'em co do udziału każdego z nich w honorze wynalezienia telegrafu. Kwestia została przekazana do arbitrażu przez słynnego inżyniera Marca Isambarda Brunela w imieniu Cooke i profesora Daniella z King's College, wynalazcy baterii Daniella, w imieniu Wheatstone'a. Uznali Cooke'a, że ​​wprowadził telegraf jako pożyteczne przedsięwzięcie, które zapowiadało się mieć znaczenie narodowe, a Wheatstone'owi, że przez swoje badania przygotował społeczeństwo do jego odbioru. Zakończyli słowami: „To zjednoczonej pracy dwóch dżentelmenów, tak dobrze przygotowanych do wzajemnej pomocy, musimy przypisać szybki postęp, jaki dokonał ten ważny wynalazek w ciągu pięciu lat, odkąd zostali związani”. Decyzja, jakkolwiek niejasna, ogłasza telegraf igłowy wspólną produkcją. Jeśli został wynaleziony głównie przez Wheatstone'a, został wprowadzony głównie przez Cooke'a. Ich odpowiednie udziały w przedsięwzięciu można by porównać do udziału autora i jego wydawcy, gdyby nie fakt, że sam Cooke miał udział w rzeczywistym dziele wynalazczym.

Dalsza praca nad telegrafami

W latach 1836–187 Wheatstone dużo myślał o telegrafach podwodnych, aw 1840 r. Zeznawał przed Komisją Kolejową Izby Gmin w sprawie wykonalności proponowanej linii z Dover do Calais . Zaprojektował nawet maszynę do robienia i układania kabla. Jesienią 1844 roku, z pomocą pana JD Llewellyna, zanurzył odcinek izolowanego drutu w zatoce Swansea i wysłał przez niego sygnał z łodzi do latarni morskiej Mumbles. W następnym roku zasugerował użycie gutaperki do powlekania planowanego drutu w poprzek kanału La Manche .

W 1840 roku Wheatstone opatentował telegraf alfabetyczny lub „instrument Wheatstone ABC”, który poruszał się krok po kroku i pokazywał litery wiadomości na tarczy. Ta sama zasada została zastosowana w jego telegrafie drukarskim, opatentowanym w 1841 r. Było to pierwsze urządzenie, które wydrukowało telegram czcionką. Działało to na dwa obwody, a gdy czcionka obracała się, młotek uruchamiany prądem naciskał wymaganą literę na papierze.

Wprowadzenie telegrafu posunęło się tak daleko, że 2 września 1845 roku zarejestrowano Electric Telegraph Company , a Wheatstone na mocy umowy spółki z Cooke otrzymał sumę 33 000 funtów za korzystanie z ich wspólnych wynalazków.

W 1859 roku Wheatstone został wyznaczony przez Radę Handlową do złożenia raportu na temat kabli atlantyckich, aw 1864 był jednym z ekspertów, którzy doradzali Atlantic Telegraph Company w sprawie budowy udanych linii z 1865 i 1866 roku.

W 1870 r. elektryczne linie telegraficzne Wielkiej Brytanii, obsługiwane przez różne firmy, zostały przeniesione do Urzędu Pocztowego i przekazane pod kontrolę rządu.

Wheatstone wynalazł ponadto automatyczny nadajnik , w którym sygnały wiadomości są najpierw wybijane na pasku papieru ( taśma perforowana ), który jest następnie przepuszczany przez klucz nadawczy i kontroluje prądy sygnału. Zastępując mechanizm ręki podczas wysyłania wiadomości, był w stanie telegrafować około 100 słów na minutę, czyli pięć razy więcej niż zwykła szybkość. W usługach Postal Telegraph urządzenie to jest używane do wysyłania telegramów prasowych, a ostatnio zostało tak udoskonalone, że teraz wiadomości są wysyłane z Londynu do Bristolu z prędkością 600 słów na minutę, a nawet 400 słów na minutę między Londynem a Bristolem. i Aberdeen. W nocy 8 kwietnia 1886 r., kiedy pan Gladstone przedstawił ustawę o samorządności w Irlandii, ze stacji centralnej w St. Martin's-le-Grand wysłano co najmniej 1 500 000 słów przez 100 nadajników Wheatstone. Plan wysyłania wiadomości za pomocą biegnącego paska papieru, który uruchamia klucz, został pierwotnie opatentowany przez Baina w 1846 roku; ale Wheatstone, wspomagany przez pana Augustusa Stroha, znakomitego mechanika i zdolnego eksperymentatora, był pierwszym, który wprowadził ten pomysł w życie. System ten jest często określany jako Perforator Wheatstone'a i jest prekursorem taśmy giełdowej .

Optyka

Stereoskop lustrzany Charlesa Wheatstone'a

Stereopsis został po raz pierwszy opisany przez Wheatstone'a w 1838 roku. W 1840 roku został odznaczony Królewskim Medalem Towarzystwa Królewskiego za wyjaśnienie widzenia obuocznego , badania, które doprowadziły go do wykonania rysunków stereoskopowych i skonstruowania stereoskopu . Pokazał, że nasze wrażenie solidności uzyskuje się przez połączenie w umyśle dwóch oddzielnych obrazów przedmiotu zrobionych obojgiem naszych oczu z różnych punktów widzenia. Tak więc w stereoskopie, układzie soczewek lub luster, dwie fotografie tego samego obiektu zrobione z różnych punktów są tak połączone, aby obiekt wyróżniał się bryłą. Sir David Brewster udoskonalił stereoskop, rezygnując z luster i nadając mu istniejącą formę za pomocą soczewek.

„ Pseudoskop ” (Wheatstone ukuł ten termin z greckiego ψευδίς σκοπειν) został wprowadzony w 1852 roku i jest w pewnym sensie odwrotnością stereoskopu, ponieważ sprawia, że ​​stały przedmiot wydaje się pusty, a bliższy obiekt jest dalej; tak więc popiersie jawi się jako maska, a drzewo rosnące za oknem wygląda tak, jakby rosło w pokoju. Jego celem było przetestowanie jego teorii widzenia stereoskopowego i zbadanie tego, co obecnie można by nazwać psychologią eksperymentalną.

Czas pomiaru

W 1840 roku Wheatstone przedstawił swój chronoskop do pomiaru minutowych odstępów czasu, który był używany do określania prędkości pocisku lub przelotu gwiazdy. W urządzeniu tym prąd elektryczny uruchamiał elektromagnes, który za pomocą ołówka na poruszającym się papierze rejestrował moment zdarzenia. Mówi się, że był w stanie rozróżnić 1/7300 części sekundy (137 mikrosekund) i czas potrzebny na upadek ciała z wysokości jednego cala (25 mm).

26 listopada 1840 r. Wystawił swój zegar elektromagnetyczny w bibliotece Towarzystwa Królewskiego i przedstawił plan dystrybucji prawidłowego czasu ze standardowego zegara na kilka lokalnych zegarów. Ich obwody miały być naelektryzowane za pomocą klucza lub stycznika uruchamianego przez trzpień sztandaru, a ich wskazówki miały być korygowane przez elektromagnetyzm. W styczniu następnego roku Alexander Bain uzyskał patent na zegar elektromagnetyczny, a następnie oskarżył Wheatstone'a o przywłaszczenie sobie jego pomysłów. Wygląda na to, że Bain pracował jako mechanik Wheatstone'a od sierpnia do grudnia 1840 roku i twierdził, że w tym okresie przekazał Wheatstone'owi pomysł zegara elektrycznego; ale Wheatstone utrzymywał, że eksperymentował w tym kierunku w maju. Bain dalej oskarżył Wheatstone'a o kradzież jego pomysłu na elektromagnetyczny telegraf drukarski; ale Wheatstone wykazał, że instrument był tylko modyfikacją jego własnego telegrafu elektromagnetycznego.

W 1840 roku Alexander Bain wspomniał redaktorowi Mechanics Magazine o swoich problemach finansowych. Redaktor przedstawił go Sir Charlesowi Wheatstone'owi. Bain zademonstrował swoje modele Wheatstone'owi, który zapytany o opinię powiedział: „Och, nie powinienem zawracać sobie głowy dalszym rozwojem tych rzeczy! Nie ma w nich przyszłości”. Trzy miesiące później Wheatstone zademonstrował Towarzystwu Królewskiemu zegar elektryczny, twierdząc, że był to jego własny wynalazek. Jednak Bain już złożył wniosek o patent na to. Wheatstone próbował zablokować patenty Baina, ale mu się nie udało. Kiedy Wheatstone zorganizował ustawę parlamentu o utworzeniu Electric Telegraph Company, Izba Lordów wezwała Baina do złożenia zeznań i ostatecznie zmusiła firmę do zapłacenia Bainowi 10 000 funtów i zatrudnienia go jako kierownika, co spowodowało rezygnację Wheatstone'a.

Zegar polarny

Jednym z najbardziej pomysłowych urządzeń Wheatstone'a był „zegar polarny”, wystawiony na spotkaniu Stowarzyszenia Brytyjskiego w 1848 roku. Opiera się on na fakcie odkrytym przez Sir Davida Brewstera, że ​​światło na niebie jest spolaryzowane w płaszczyźnie ustawionej pod kątem dziewięćdziesięciu stopni od położenia słońca. Wynika z tego, że odkrywając tę ​​płaszczyznę polaryzacji i mierząc jej azymut względem północy, można było określić pozycję słońca, chociaż pod horyzontem, i uzyskać pozorny czas słoneczny.

Zegar składał się z lunety z pryzmatem Nicol (podwójny obraz) jako okularem i cienką płytką selenitu jako szkłem obiektowym. Kiedy tubus był skierowany na biegun północny — to znaczy równolegle do osi Ziemi — a pryzmat okularu obracał się tak długo, aż nie było widać żadnego koloru, kąt obrotu, pokazany przez wskaźnik przesuwający się wraz z pryzmatem nad wyskalowaną kończyną , podał godzinę dnia. Urządzenie jest mało przydatne w kraju, w którym zegarki są niezawodne; ale stanowił część wyposażenia wyprawy na biegun północny w latach 1875–1876 dowodzonej przez kapitana Naresa.

mostek Wheatstone'a

W 1843 roku Wheatstone przekazał Towarzystwu Królewskiemu ważny artykuł zatytułowany „Opis kilku nowych procesów określania stałych obwodu elektrycznego”. Zawierała ekspozycję dobrze znanej wagi do pomiaru oporu elektrycznego przewodnika, która nadal nosi nazwę mostka Wheatstone'a lub wagi, chociaż została po raz pierwszy opracowana przez Samuela Huntera Christie z Królewskiej Akademii Wojskowej w Woolwich, który opublikował w Philosophical Transactions z 1833 r. Metodę zaniedbano, dopóki Wheatstone nie zwrócił na nią uwagi.

Jego artykuł obfituje w proste i praktyczne wzory do obliczania prądów i oporów zgodnie z prawem Ohma . Wprowadził jednostkę oporu, a mianowicie stopę drutu miedzianego o wadze stu ziaren (6,5 g) i pokazał, jak można ją zastosować do pomiaru długości drutu na podstawie jego oporu. Za swoją pracę został odznaczony przez Towarzystwo medalem. W tym samym roku wynalazł urządzenie, które umożliwiało rejestrację na odległość wskazania termometru lub barometru za pomocą kontaktu elektrycznego wykonanego przez rtęć. Telegraf dźwiękowy, w którym sygnały nadawane były uderzeniami dzwonu, został również opatentowany przez Cooke'a i Wheatstone'a w maju tego roku.

Kryptografia

Niezwykła pomysłowość Wheatstone'a przejawiała się także w wynalezieniu szyfrów. Był odpowiedzialny za niezwykły wówczas szyfr Playfair , nazwany na cześć jego przyjaciela Lorda Playfaira . Był używany przez siły zbrojne kilku krajów co najmniej przez I wojnę światową i wiadomo, że był używany podczas II wojny światowej przez brytyjskie służby wywiadowcze.

Początkowo był odporny na kryptoanalizę, ale ostatecznie opracowano metody jego złamania. Zaangażował się także w interpretację rękopisów szyfrów w British Museum. Wynalazł kryptograf lub maszynę do przekształcania wiadomości w szyfr, który można było zinterpretować jedynie poprzez umieszczenie szyfru w odpowiedniej maszynie przystosowanej do jego odszyfrowania.

Jako matematyk amator Wheatstone opublikował dowód matematyczny w 1854 r. (patrz Cube (algebra) ).

Generatory elektryczne

W 1840 roku Wheatstone przedstawił swoją magnetoelektryczną maszynę do generowania prądu ciągłego.

W dniu 4 lutego 1867 r. Opublikował zasadę reakcji w maszynie dynamoelektrycznej w artykule dla Towarzystwa Królewskiego; ale pan CW Siemens poinformował o identycznym odkryciu dziesięć dni wcześniej i oba artykuły zostały odczytane tego samego dnia.

Później okazało się, że Werner von Siemens , Samuel Alfred Varley i Wheatstone niezależnie doszli do tej zasady w odstępie kilku miesięcy. Varley opatentował go 24 grudnia 1866 roku; Siemens zwrócił na to uwagę 17 stycznia 1867 roku; a Wheatstone pokazał go w akcji w Towarzystwie Królewskim w powyższym dniu.

Spory o wynalazek

Wheatstone przez całe życie był zaangażowany w różne spory z innymi naukowcami dotyczące jego roli w różnych technologiach i czasami wydawało się, że przypisuje sobie więcej zasług, niż mu się należało. Oprócz Williama Fothergilla Cooke'a , Alexandra Baina i Davida Brewstera , byli to również Francis Ronalds z Kew Observatory . Wielu błędnie uważało, że Wheatstone stworzył elektryczności atmosferycznej , który Ronalds wynalazł i rozwinął w obserwatorium w latach czterdziestych XIX wieku, a także zainstalował tam pierwsze automatyczne instrumenty meteorologiczne rejestrujące (patrz na przykład Howarth, s. 158).

Życie osobiste

Christ Church, Marylebone

Wheatstone poślubił Emmę West, starą pannę, córkę zmarłego Johna Hooke'a Westa, w Christ Church w Marylebone 12 lutego 1847 r. Małżeństwo zostało zawarte na podstawie licencji.

Zobacz też

• Williama Fothergilla Cooke'a
• Olivera Heaviside'a

Dalsza lektura

• Artykuły naukowe Sir Charlesa Wheatstone'a (1879)
• Ten artykuł zawiera tekst z Heroes of the Telegraph autorstwa Johna Munro (1849–1930) z 1891 r., Obecnie będący własnością publiczną i dostępny na tej stronie .

Linki zewnętrzne

• Cytaty związane z Charlesem Wheatstonem w Wikicytatach
• Materiał biograficzny w Pandora Web Archive
• Szkic biograficzny w Institute for Learning Technologies
• Grobowiec w Kensal Green w Londynie
• Charlesa Wheatstone'a z Cyber ​​Filatelistyki
• Charlesa Wheatstone'a w Open Library