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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Téléphone. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Un téléphone est un appareil permettant de transmettre et de recevoir du son (principalement la parole humaine) à distance.
Avec invention télégraphe résolu le problème de la transmission de messages sur de longues distances. Cependant, le télégraphe ne pouvait envoyer que des dépêches écrites. Pendant ce temps, de nombreux inventeurs rêvaient d'une méthode de communication plus parfaite et communicative, à l'aide de laquelle il serait possible de transmettre le son en direct de la parole ou de la musique humaine sur n'importe quelle distance. Les premières expériences dans ce sens furent entreprises en 1837 par le physicien américain Page. L'essence des expériences de Page était très simple. Il a assemblé un circuit électrique, qui comprenait un diapason, un électroaimant et des cellules galvaniques. Au cours de ses oscillations, le diapason a rapidement ouvert et fermé le circuit. Ce courant intermittent était transmis à un électro-aimant, qui attirait et relâchait tout aussi rapidement une fine tige d'acier. À la suite de ces vibrations, la tige produisait un son chantant semblable à celui d'un diapason. Ainsi, Page a montré qu'il est en principe possible de transmettre le son à l'aide de courant électrique, il suffit de créer des dispositifs de transmission et de réception plus avancés.
La prochaine étape importante dans le développement de la téléphonie est associée au nom de l'inventeur anglais Reis. Même dans ses années d'études, Reis s'est intéressé au problème de la transmission du son à distance à l'aide de courant électrique. En 1860, il avait conçu jusqu'à une douzaine d'appareils différents. Le plus parfait d'entre eux avait la forme suivante. L'émetteur était une boîte creuse, munie d'une ouïe A à l'avant et ayant un trou dans sa partie supérieure, fermée par une fine membrane étroitement tendue. Sur cette membrane reposait une mince plaque de platine p, et au-dessus se trouvait la pointe d'une aiguille de platine élastique n, qui était adaptée de telle manière qu'elle touchait la plaque p lorsque la membrane était au repos. Ce contact a été interrompu par la vibration de la membrane. À la suite de ces touches transversales, le courant circulant de la batterie B à travers la pince a dans la plaque de platine p et à travers l'aiguille n dans la deuxième pince a été fermé et ouvert, de cette dernière le fil est allé au récepteur, passé à travers la spirale CC et renvoyée à la batterie par la pince d et reliée à celle-ci par le fil e. À l'intérieur de la spirale était placée une fine aiguille de fer, qui était attachée par ses deux extrémités à deux crémaillères ff reposant sur la plaque résonatrice gg. Les parties hi et ki formaient des engins aux deux stations, destinés à faire savoir à l'auditeur distant que les négociations avaient commencé. La reproduction du son chanté dans la trompette A était basée sur le fait qu'un rayon de fer, magnétisé et démagnétisé par un courant électrique passant en spirale, se mettait à osciller ; ils étaient ressentis comme un son correspondant au son perçu par le récepteur et dont les vibrations mettaient la membrane en mouvement. La caisse de résonance servait à amplifier le son. En utilisant le téléphone de Reis, il était déjà possible de transmettre non seulement des sons individuels, mais également des phrases musicales complexes et même un discours en partie humain. Mais la qualité de la transmission restait si faible qu'il était souvent totalement impossible de distinguer quoi que ce soit. Les bruits latéraux produits par la fermeture et la coupure du circuit couvraient la transmission, et les sons produits par l'aiguille d'acier étaient très éloignés des modulations de la voix humaine. Pour une bonne transmission du son, il était nécessaire de s'assurer que les plaques de l'émetteur et du récepteur étaient entraînées de leur position de repos à la position extrême par un courant dont l'intensité augmenterait progressivement et qui, en diminuant, le courant passerait à nouveau par la position de repos d'origine. Toutes ces fluctuations douces du timbre du son, qui constituent la richesse de la parole humaine, étaient totalement inaccessibles au téléphone de Reis - l'attraction s'est manifestée ici rapidement et est restée inchangée pendant un certain temps, puis s'est complètement arrêtée. Il s'est avéré impossible de résoudre le problème de la transmission du son uniquement en fermant et en ouvrant le circuit. Quinze autres années se sont écoulées avant que l'inventeur écossais Alexander Bell ne trouve une meilleure façon de convertir les sons en signaux électriques. De profession, Bell était un enseignant d'enfants sourds et muets. Dès l'enfance, il étudie beaucoup l'acoustique, l'étude du son, et rêve d'inventer un téléphone. En 15, Bell déménage au Canada et en 1870 aux États-Unis. S'étant installé à Boston, il introduisit le système de "la parole visible" développé par lui dans l'école locale pour les enfants sourds et muets. Ce fut un grand succès et Bell devint bientôt professeur à l'Université de Boston. Il disposait désormais d'un laboratoire et de fonds suffisants pour se consacrer à l'invention du téléphone. Oubliant le sommeil, Bell a passé des nuits entières assis sur ses expériences. Ses premières expériences ont reproduit le travail de Page. À l'été 1875, Bell et son assistant Thomas Watson fabriquèrent un appareil composé d'aimants à languettes mobiles, entraînés par les fluctuations de courant. Divers appareils ont été inclus dans le circuit avec des aimants. Watson et Bell étaient dans des pièces voisines. Watson a transmis et Bell a reçu. Une fois, lorsque Watson a appuyé sur le bouton à l'extrémité du fil pour activer la cloche, le contact a mal tourné et l'électroaimant a tiré le marteau de la cloche vers lui. Watson a essayé de le retirer, à la suite de quoi des vibrations se sont produites autour de l'aimant. Le mouvement du ressort produit par Watson a changé l'intensité du courant et a provoqué des mouvements oscillatoires dans le ressort de la station opposée dans la chambre de Bell, et le fil a transmis le son très faible du premier téléphone. Ainsi, tout à fait par accident, Bell a découvert qu'un aimant avec une ancre lumineuse peut être à la fois un émetteur et un récepteur de signal. Après cela, il n'était plus difficile de transmettre et de reproduire le son en utilisant le courant électrique. Pour comprendre comment cela se produit, imaginez un aimant permanent et, à proximité de celui-ci, une plaque de fer flexible qui vibre sous l'action des ondes sonores. En s'approchant du pôle d'un aimant, il va renforcer son champ magnétique, et s'en éloigner, l'affaiblir. (Sans entrer dans les détails, nous notons que la raison en sera le même phénomène d'induction électromagnétique, qui a été discuté dans le chapitre précédent : il est clair qu'un courant électrique va apparaître dans une plaque qui se déplace dans un champ magnétique ; ce courant créera son propre champ magnétique autour du champ de la plaque, qui se superposera au champ magnétique de l'aimant, le renforçant ou l'affaiblissant.) Plaçons maintenant une bobine de fil sur notre aimant imaginaire. Lorsque le champ magnétique fluctue dans la bobine, un courant électrique alternatif se produit, puis dans un sens, puis dans l'autre sens. En faisant passer le courant reçu à travers les enroulements d'un autre aimant, nous influencerons son champ magnétique, qui augmentera ou diminuera également, et répétera exactement tous les changements qui se produisent dans le champ magnétique du premier aimant. Si une plaque de fer est placée au pôle de ce second aimant récepteur, elle va soit être attirée vers cet aimant sous l'action d'un champ magnétique croissant, soit s'en éloigner sous l'effet de son élasticité et en même temps générer du son ondes semblables en tout à celles qui ont mis en mouvement la première oscillation. En fait, cela s'est produit dans les circonstances décrites ci-dessus. Le rôle de la plaque de fer était ici joué par l'armature flexible de l'aimant. Mais c'était un appareil trop rudimentaire, incapable de transmettre de nombreuses nuances sonores. Bell a commencé à chercher quelque chose pour le remplacer. Un ami médecin lui a suggéré d'utiliser une oreille humaine pour des expériences et lui a obtenu une oreille d'un cadavre. En étudiant attentivement sa structure, Bell a découvert que les ondes sonores font vibrer le tympan, d'où elles sont transmises aux osselets auditifs. Cela l'a amené à l'idée de fabriquer une fine membrane métallique, de la placer à côté d'un aimant permanent, et de convertir ainsi les vibrations sonores en vibrations électriques. Il a fallu plusieurs mois de travail acharné avant que le téléphone ne parle. Ce n'est que le 10 mars 1876 que Watson entendit clairement les mots de Bell à la station de réception: "M. Watson, s'il vous plaît, venez ici, j'ai besoin de vous parler." Encore plus tôt, le 14 février, Bell avait déposé une demande de brevet pour son invention. À peine deux heures après lui, un autre inventeur, Elisha Gray, a déposé la même demande pour un appareil identique. Cependant, le brevet a été délivré en mars à Bell, car il a été le premier à annoncer sa découverte. (Plus tard, Bell a dû mener plusieurs procès avec Gray et d'autres inventeurs pour défendre sa supériorité. En fin de compte, Bell a acheté le droit de faire fonctionner le téléphone à Gray.) À l'exposition de Philadelphie cette année-là, le téléphone de Bell est devenu l'exposition principale. Depuis cette époque, malgré le fait que les premiers appareils étaient encore très imparfaits, les téléphones ont commencé à se répandre rapidement. En août de la même année 1876, il y avait déjà environ 800 téléphones en service et leur demande augmentait.
L'appareil des premiers appareils était très primitif. Un aimant permanent en forme de tige A était entouré à un pôle par une courte bobine inductive B de fil de cuivre fin, terminée par deux fils plus épais CC, qui étaient reliés par des pinces DD aux fils LL. A un pôle de l'aimant était placée une plaque EE en tôle de fer tendre serrée le long des bords. Tout était placé dans un cadre en bois, qui en partie GG avait un trou en forme d'entonnoir au-dessus de la plaque EE, qui servait de cône sonore. En bas, le cadre en bois se rétrécissait, puisqu'il ne contenait ici qu'une tige aimantée, fixée dans sa position par une vis, et deux fils CC. Cet appareil pourrait servir à la fois d'émetteur et de récepteur. Il y avait un tel téléphone à la station de l'expéditeur et à la station de réception. Leurs bobines d'induction étaient interconnectées au moyen de fils LL et de pinces DD. Lorsque le cône GG sert de tube et s'enfonce dans celui-ci, la plaque EE devant le pôle de l'aimant oscille ; en conséquence, des courants inductifs sont apparus dans la spirale B, dont le changement correspondait aux vibrations sonores agissant sur la plaque. Ces courants traversaient les fils LL dans la bobine du téléphone récepteur et faisaient vibrer la membrane. En pressant le cône contre votre oreille, vous pouviez entendre la voix de l'abonné parler à l'autre bout du fil. Les courants d'induction générés par le mouvement de la membrane étaient très faibles, de sorte qu'une communication stable ne pouvait s'établir qu'à une distance de plusieurs centaines de mètres. De plus, les voix des orateurs sont devenues si silencieuses qu'elles ont été noyées dans le bourdonnement des interférences. Il a fallu le travail de très nombreux inventeurs avant que le téléphone ne devienne un moyen de communication fiable. En général, le téléphone de Bell s'est avéré plus capable de convertir les ondes de courant en ondes sonores que l'inverse. Par conséquent, la découverte de l'effet microphone en 1877 par l'inventeur anglais Hughes a été très importante dans l'histoire de la téléphonie. Dans sa forme originale, le microphone avait le dispositif suivant.
Entre deux morceaux de charbon C et C', montés sur la plaque B, une tige de charbon à bouts pointus était installée. Le courant de l'élément E passait par cette tige de carbone et par l'enroulement du téléphone T. Lorsque la plaque horizontale A, qui jouait le rôle d'un résonateur, était secouée, la tige de carbone se déplaçait. À ce moment, sa résistance au courant aux points de contact a diminué, ce qui, à son tour, a produit une augmentation notable de l'intensité du courant dans le téléphone. La membrane se mit à osciller avec une plus grande amplitude, ce qui provoqua plusieurs amplifications du son initial. Le faible tic-tac de la montre placée sur le support était perçu comme très fort dans le téléphone. Même le rampement d'une mouche sur la plaque était reproduit sous la forme d'un bruit assez perceptible. Quelques années après l'invention de Hughes, de nombreuses conceptions de microphones différentes ont émergé. Les microphones qui utilisaient de la poudre de carbone au lieu de tiges étaient largement utilisés. Dans ce cas, les vibrations de la membrane provoquaient soit un compactage de la poudre, soit son relâchement, à la suite de quoi sa résistance changeait constamment. Le téléphone connecté au microphone est devenu beaucoup plus fiable, mais il est resté imparfait. De faibles courants d'induction n'ont pas pu vaincre la résistance des fils de transmission. Il fallait en quelque sorte augmenter leur tension, sans changer la nature de leurs vibrations. Une solution pleine d'esprit a été trouvée par le célèbre inventeur américain Edison, qui a proposé d'utiliser une bobine d'induction pour amplifier la tension. Ainsi, le poste téléphonique a été complété par un transformateur. Les transformateurs seront discutés plus en détail dans un chapitre ultérieur. Maintenant, nous allons seulement expliquer le principe de son travail. Si vous placez deux bobines sur le même noyau de fer et que vous faites passer un courant alternatif dans l'une d'elles, un courant alternatif est également induit dans la deuxième bobine. Regardons de plus près ce phénomène. Le champ magnétique changeant créé par la première bobine induit un courant d'une certaine tension dans chaque tour de la seconde bobine. Les spires de la bobine, comme déjà montré dans le chapitre précédent, peuvent être considérées comme des sources de courant connectées en série. Ensuite, la tension totale sur l'enroulement de la deuxième bobine sera égale à la somme des tensions de toutes ses spires. Si on veut augmenter la tension prélevée sur la deuxième bobine, il faut augmenter le nombre de spires. Ainsi, en changeant le nombre de spires sur la deuxième bobine, on peut obtenir sur celle-ci une tension inférieure, égale ou supérieure à celle sur la première. Cependant, à mesure que la tension augmente, le courant diminue du même facteur, de sorte que leur produit dans les première et deuxième bobines reste égal (en fait, en raison des pertes inévitables dans la bobine secondaire, ce produit est même un peu inférieur). L'effet transformateur a été découvert en même temps que le phénomène d'induction électromagnétique, mais comme seul le courant continu a longtemps été utilisé dans la technologie, il n'a pas trouvé d'application dans un premier temps. Le téléphone s'est avéré être l'un des premiers appareils où le transformateur (sous la forme d'une bobine d'induction) a gagné en popularité. Dans l'appareil créé par Edison, le téléphone et le microphone étaient inclus dans deux circuits distincts. La source de courant, le microphone et l'enroulement primaire du transformateur sont connectés ici dans un circuit, l'autre bobine et le récepteur téléphonique dans un autre. Le principe de fonctionnement de ce téléphone est clair: en raison des vibrations de la membrane, la résistance du microphone changeait constamment, c'est pourquoi le courant continu de la batterie était converti en courant pulsé. Ce courant était appliqué à l'enroulement primaire du transformateur. Dans l'enroulement secondaire, des courants de même forme, mais d'une tension plus élevée, ont été induits. Ils surmontaient facilement la résistance des fils et pouvaient être transmis sur des distances considérables. Le téléphone ainsi amélioré s'est rapidement généralisé.
Au début, les appareils communiquaient entre eux par paires. Ils n'avaient pas de commutateurs et d'appels. Pour appeler l'abonné à l'appareil, ils ont simplement tapoté la membrane avec un crayon. Par la suite, Edison a introduit les cloches électriques. En 1877, le premier central téléphonique apparaît à New Haven (USA). L'ordre de connexion ici était le suivant. Un abonné qui voulait parler à une personne ou à une institution cherchait le numéro souhaité dans le carnet d'abonnés et appelait la station centrale. Lorsque ce dernier répondait, il signalait le numéro dont il avait besoin, et si ce numéro n'était pas occupé, l'opératrice le mettait en relation avec la personne recherchée à l'aide de prises spéciales et l'informait que la connexion était prête. Après cela, l'abonné s'est tourné vers la personne qui lui était connectée. À la fin de la conversation, ils ont été séparés. Les contemporains ont très vite apprécié le confort procuré par le téléphone. Bientôt, des centraux téléphoniques ont été construits dans toutes les grandes villes. Dans le même temps, la demande de postes téléphoniques a augmenté. En 1879, Bell crée sa propre compagnie de téléphone, qui devient rapidement une entreprise puissante. En dix ans, plus de 100 25 postes téléphoniques ont été installés rien qu'aux États-Unis, et après XNUMX ans, il y en avait déjà plus d'un million. Ensuite, ce chiffre a augmenté d'un ordre de grandeur. Bell a vécu une longue vie et a pu observer la propagation de la téléphonie dans le monde. Il mourut en 1922, et une sorte de moment de silence fut honoré en sa mémoire : lorsque le cercueil avec le corps de l'inventeur fut descendu dans la tombe, toutes les conversations téléphoniques cessèrent. Ils écrivent qu'aux États-Unis, à ce moment-là, plus de 13 millions de téléphones étaient silencieux. Auteur : Ryzhov K.V.
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