Charles Wheatstone

herr

Charles Wheatstone
Wheatstone Charles drawing 1868.jpg

Wheatstone, ritad av Samuel Laurence 1868
Född ( 1802-02-06 ) 6 februari 1802
Barnwood , Gloucestershire , England
dog 19 oktober 1875 (1875-10-19) (73 år gammal)
Paris , Frankrike
Känd för








Wheatstone bridge Wheatstone–Playfair chiffer Wheatstone system Wheatstone ABC telegraf Cooke och Wheatstone telegraf Kaleidofonpotentiometer Pseudoskop Stereoskop Tidiga bidrag till spektroskopi
Utmärkelser

Kunglig medalj (1840, 1843) Albert-medalj (1867) Copley-medalj (1868)
Vetenskaplig karriär
Fält Fysik
institutioner King's College London

Sir Charles Wheatstone FRS FRSE ( / ˈ w iː t s t ə n / ; 6 februari 1802 – 19 oktober 1875), var en engelsk vetenskapsman och uppfinnare av många vetenskapliga genombrott från den viktorianska eran , inklusive den engelska konsertinan , stereoskopet (a enhet för att visa tredimensionella bilder), och Playfair-chifferet (en krypteringsteknik ). Wheatstone är dock mest känd för sina bidrag i utvecklingen av Wheatstone-bron , som ursprungligen uppfanns av Samuel Hunter Christie , som används för att mäta ett okänt elektriskt motstånd och som en viktig figur i utvecklingen av telegrafi .

Liv

Charles Wheatstone föddes i Barnwood , Gloucestershire . Hans far, W. Wheatstone, var en musiksäljare i staden, som flyttade till 128 Pall Mall, London, fyra år senare och blev flöjtlärare. Charles, den andra sonen, gick i en byskola, nära Gloucester, och efteråt på flera institutioner i London. En av dem var i Kennington och hölls av en Mrs Castlemaine, som var förvånad över hans snabba framsteg. Från en annan sprang han, men fångades i Windsor , inte långt från teatern för hans praktiska telegraf. Som pojke var han mycket blyg och lyhörd, tyckte väl om att dra sig tillbaka till en vind, utan annat sällskap än sina egna tankar.

Wheatstone engelsk konsertina

När han var omkring fjorton år gammal gick han i lärling hos sin farbror och namne, en tillverkare och säljare av musikinstrument på 436 Strand, London; men han visade föga smak för hantverk eller affärer och älskade bättre att studera böcker. Hans far uppmuntrade honom i detta och tog honom slutligen ur farbrors ansvar.

Vid femton års ålder översatte Wheatstone fransk poesi och skrev två sånger, varav en gavs till hans farbror, som publicerade den utan att veta att den var hans brorsons komposition. Några rader av honom på lyran blev mottot för en gravyr av Bartolozzi . Han besökte ofta ett gammalt bokstånd i närheten av Pall Mall , som då var en förfallen och obanad genomfartsväg. Det mesta av hans fickpengar gick åt till att köpa de böcker som hade tagit hans lust, vare sig det var sagor, historia eller vetenskap.

En dag, till bokhandlarens förvåning, eftertraktade han en volym om upptäckterna av Volta inom elektricitet, men utan att ha priset sparade han sina slantar och säkrade volymen. Den var skriven på franska, och därför var han tvungen att spara igen, tills han kunde köpa en ordbok. Sedan började han läsa volymen och, med hjälp av sin äldre bror, William, upprepa de experiment som beskrivs i den, med ett hemmagjort batteri, i grytan bakom sin fars hus. Vid konstruktionen av batteriet fick pojkfilosoferna ont om pengar för att skaffa de nödvändiga kopparplåtarna. De hade bara några få kopparmynt kvar. En glad tanke uppstod hos Charles, som var den ledande andemeningen i dessa undersökningar: "Vi måste använda slantarna själva", sa han, och batteriet var snart färdigt.

I Christchurch, Marylebone , den 12 februari 1847, var Wheatstone gift med Emma West. Hon var dotter till en Taunton -hantverkare och med ett vackert utseende. Hon dog 1866 och lämnade en familj på fem små barn till hans vård. Hans hemliv var lugnt och händelselöst.

Även om han var tyst och reserverad offentligt, var Wheatstone en tydlig och lyhörd talare privat, om han tog sig an sina favoritstudier, och hans lilla men aktiva person, hans enkla men intelligenta ansikte var full av livlighet. Sir Henry Taylor berättar att han en gång iakttog Wheatstone på en kvällsfest i Oxford när han uppriktigt höll fast vid Lord Palmerston om kapaciteten hos hans telegraf. "Du säger inte så!" utbrast statsmannen. "Jag måste få dig att berätta det för lordkanslern." Och när han sa, satte han fast elektrikern på Lord Westbury och genomförde sin flykt. En reminiscens av den här intervjun kan ha fått Palmerston att anmärka att en tid var på ingång då en minister kunde tillfrågas i parlamentet om krig hade brutit ut i Indien, och han skulle svara: 'Vänta lite; Jag ska bara telegrafera till generalguvernören och låta dig veta.'

Wheatstone under senare år

Wheatstone adlades 1868, efter att han slutfört den automatiska telegrafen. Han hade tidigare gjorts till Chevalier of the Legion of Honor . Omkring trettiofyra utmärkelser och diplom från inhemska eller utländska sällskap vittnade om hans vetenskapliga rykte. Sedan 1836 hade han varit stipendiat i Royal Society, och 1859 valdes han till utländsk ledamot av Kungliga Svenska Vetenskapsakademien och 1873 till utländsk associate av Franska Vetenskapsakademien . Samma år tilldelades han Ampere-medaljen av den franska föreningen för uppmuntran av den nationella industrin. År 1875 skapades han till hedersmedlem i Institutionen för civilingenjörer. Han var en DCL i Oxford och en LL.D. från Cambridge.

Medan han var på besök i Paris hösten 1875 och ägnade sig åt att förfina sitt mottagningsinstrument för sjökablar, drabbades han av en förkylning som orsakade inflammation i lungorna , en sjukdom som han dog av i Paris, den 19 oktober 1875, 73 år gammal. En minnesgudstjänst hölls i det anglikanska kapellet, Paris, och deltog i en deputation från akademin. Hans kvarlevor fördes till hans hem i Park Crescent, London, (markerad med en blå plakett idag) och begravdes på Kensal Green Cemetery .

Musikinstrument och akustik

I september 1821 kom Wheatstone till allmänhetens uppmärksamhet genom att ställa ut 'Enchanted Lyre' eller 'Acoucryptophone' i en musikaffär på Pall Mall och i Adelaide Gallery. Den bestod av en mimiklyra som hängdes i taket med en sladd och som utsände spänningarna från flera instrument – ​​piano, harpa och dulcimer . I verkligheten var det bara en ljudlåda, och sladden var en stålstav som förmedlade vibrationerna från musiken från de olika instrument som spelades utom synhåll och hörselavstånd. Vid denna period gjorde Wheatstone många experiment på ljud och dess överföring. Några av hans resultat finns bevarade i Thomsons Annals of Philosophy för 1823.

Han insåg att ljud fortplantas av vågor eller svängningar i atmosfären, som ljus då troddes vara genom vågningar av den lysande etern . Vatten och solida kroppar, såsom glas, eller metall, eller klangfullt trä, förmedlar moduleringarna med hög hastighet, och han tänkte på planen att sända ljudsignaler, musik eller tal till långa avstånd på detta sätt. Han uppskattade att ljud skulle färdas 200 miles per sekund (320 km/s ) genom solida stavar, och föreslog att telegrafera från London till Edinburgh på detta sätt. Han kallade till och med sitt arrangemang för en "telefon". ( Robert Hooke , i sin Micrographia , publicerad 1667, skriver: 'Jag kan försäkra läsaren att jag med hjälp av en utvidgad tråd har spridit ljudet till ett mycket stort avstånd på ett ögonblick, eller med en till synes snabb rörelse som ljuset." Det var inte heller nödvändigt att tråden skulle vara rak, den kan böjas i vinklar. Denna egenskap är grunden för den mekaniska eller älskares telefon, som sägs ha varit känd för kineserna för många århundraden sedan. Hooke också övervägde möjligheten att hitta ett sätt att öka vår hörselförmåga.)

En författare i Repository of Arts för den 1 september 1821, när han hänvisar till "Enchanted Lyre", ser utsikten att en opera spelas på King's Theatre och avnjutas på Hanover Square Rooms , eller till och med på Horns Tavern, Kennington . Vibrationerna ska gå genom underjordiska ledare, som att gasa i rör.

Och om musik kan ledas på detta sätt, konstaterar han, "kan talets ord kanske vara mottagliga för samma sätt att sprida sig. Rådgivningens vältalighet, parlamentets debatter, istället för att bara läsas nästa dag, – Men vi kommer att förlora oss själva i jakten på detta märkliga ämne.

Förutom att överföra ljud till ett avstånd, utvecklade Wheatstone ett enkelt instrument för att förstärka svaga ljud, som han gav namnet "mikrofon". Den bestod av två smala stavar, som förmedlade de mekaniska vibrationerna till båda öronen, och skiljer sig ganska mycket från professor Hughes elektriska mikrofon .

År 1823 dog hans farbror, musikinstrumentmakaren, och Wheatstone, med sin äldre bror, William, tog över verksamheten. Charles gillade inte den kommersiella delen, men hans uppfinningsrikedom fann en öppning i att göra förbättringar på de befintliga instrumenten och i att utforma filosofiska leksaker. Han uppfann också sina egna instrument. En av de mest kända var Wheatstone-konserten . Det var ett sexsidigt instrument med 64 tangenter. Dessa tangenter gav enkla kromatiska fingersättningar. Den engelska Concertina blev allt mer känd under hela hans livstid, men den nådde inte sin popularitetstopp förrän i början av 1900-talet.

1827 introducerade Wheatstone sin " kaleidofon ", en anordning för att göra vibrationerna från en klingande kropp uppenbara för ögat. Den består av en metallstav som i sin ände bär en försilvrad pärla, som reflekterar en "fläck" av ljus. När staven vibrerar ses fläcken beskriva komplicerade figurer i luften, som en gnista som virvlas omkring i mörkret. Hans fotometer föreslogs förmodligen av denna apparat. Det gör det möjligt att jämföra två ljus med den relativa ljusstyrkan av deras reflektioner i en försilvrad pärla, som beskriver en smal ellips, för att rita fläckarna i parallella linjer.

År 1828 förbättrade Wheatstone det tyska blåsinstrumentet, kallat Mundharmonika , tills det blev den populära konsertinan, patenterad den 19 december 1829. Det bärbara harmoniumet är en annan av hans uppfinningar, som fick en prismedalj på den stora utställningen 1851. Han också förbättrade De Kempelens talmaskin och stödde sir David Brewsters åsikt att före slutet av detta århundrade skulle en sjungande och talande apparat vara bland vetenskapens erövringar.

År 1834 utsågs Wheatstone, som hade vunnit ett namn för sig själv, till ordföranden för experimentell fysik vid King's College London . Hans första föreläsningskurs om ljud misslyckades totalt, på grund av hans avsky för att tala inför publik. I talarstolen var han tung och oförmögen, ibland vände han publiken ryggen och mumlade till diagrammen på väggen. I laboratoriet kände han sig hemma och begränsade hela tiden sina uppgifter mest till demonstration.

Elhastighet

Han uppnådde anseende genom ett stort experiment som gjordes 1834 - mätningen av elektricitetens hastighet i en tråd. Han skar av tråden i mitten för att bilda ett gap som en gnista kunde hoppa över, och kopplade dess ändar till polerna på en Leydenburk fylld med elektricitet. Tre gnistor producerades sålunda, en i vardera änden av tråden och en annan i mitten. Han monterade en liten spegel på verken av en klocka, så att den roterade med hög hastighet, och observerade reflektionerna av hans tre gnistor i den. Trådens spetsar var så anordnade att om gnistorna var momentana, skulle deras reflektioner uppträda i en rät linje; men den mellersta sågs ligga efter de andra, eftersom det var ett ögonblick senare. Elen hade tagit en viss tid att färdas från ändarna av tråden till mitten. Denna tid hittades genom att mäta mängden fördröjning och jämföra den med spegelns kända hastighet. Efter att ha fått tid behövde han bara jämföra det med längden på halva tråden, och han kunde hitta elektricitetens hastighet. Hans resultat gav en beräknad hastighet på 288 000 miles per sekund, dvs snabbare än vad vi nu vet är ljusets hastighet (299 792,458 kilometer per sekund (186 000 mi/s)), men var inte desto mindre en intressant approximation.

Det var redan uppskattat av vissa forskare att elektricitetens "hastighet" var beroende av ledarens och dess omgivnings egenskaper. Francis Ronalds hade observerat signalfördröjning i sin nedgrävda elektriska telegrafkabel (men inte hans luftburna linje) 1816 och beskrev att orsaken var induktion. Wheatstone bevittnade dessa experiment som ung, som tydligen var en stimulans för hans egen forskning inom telegrafi. Årtionden senare, efter att telegrafen hade kommersialiserats, beskrev Michael Faraday hur hastigheten för ett elektriskt fält i en undervattenstråd, belagd med isolator och omgiven av vatten, bara är 144 000 miles per sekund (232 000 km/s), eller ännu mindre .

Wheatstones anordning av den roterande spegeln användes efteråt av Léon Foucault och Hippolyte Fizeau för att mäta ljusets hastighet .

Spektroskopi

Wheatstone och andra bidrog också till tidig spektroskopi genom upptäckt och exploatering av spektrala emissionslinjer.

Som John Munro skrev 1891, "År 1835, vid British Associations möte i Dublin, visade Wheatstone att när metaller förflyktigades i den elektriska gnistan, avslöjade deras ljus, undersökt genom ett prisma, vissa strålar som var karakteristiska för dem. vilken typ av metaller som bildade gnistpunkterna kunde bestämmas genom att analysera ljuset från gnistan. Detta förslag har varit till stor tjänst vid spektrumanalys, och som tillämpats av Robert Bunsen , Gustav Robert Kirchhoff , och andra, har lett till upptäckten av flera nya grundämnen, såsom rubidium och tallium , samt öka vår kunskap om himmelkropparna."

Telegraf

Wheatstone övergav sin idé om att överföra intelligens genom mekanisk vibration av stavar och tog upp den elektriska telegrafen . År 1835 föreläste han om Baron Schillings system och förklarade att det redan var känt med vilka en elektrisk telegraf kunde göras till stor tjänst för världen. Han gjorde experiment med en egen plan och föreslog inte bara att lägga en experimentlinje över Themsen, utan att etablera den på Londons och Birminghams järnvägar. Innan dessa planer genomfördes fick han dock ett besök av Mr William Fothergill Cooke i hans hus på Conduit Street den 27 februari 1837, vilket hade ett viktigt inflytande på hans framtid.

Samarbete med Cooke

Michael Faraday , TH Huxley , Wheatstone, David Brewster och John Tyndall (r.)

Mr. Cooke var en officer i Madras-armén , som, när han var hemma på permission, deltog i några föreläsningar om anatomi vid universitetet i Heidelberg, där han den 6 mars 1836 bevittnade en demonstration med professor Georg Wilhelm Munkes telegraf , och var så imponerad av dess betydelse, att han övergav sina medicinska studier och ägnade alla sina ansträngningar åt arbetet med att införa telegrafen. Han återvände till London kort därefter och kunde ställa ut en telegraf med tre nålar i januari 1837. Eftersom han kände att han saknade vetenskaplig kunskap, rådfrågade han Michael Faraday och Peter Mark Roget (då sekreterare i Royal Society), av vilka den sistnämnde skickade honom till Wheatstone.

Vid en andra intervju berättade Mr. Cooke för Wheatstone om sin avsikt att ta fram en fungerande telegraf och förklarade sin metod. Wheatstone, enligt hans egen utsago, påpekade för Cooke att metoden inte skulle fungera, och producerade sin egen experimentella telegraf. Slutligen föreslog Cooke att de skulle ingå ett partnerskap, men Wheatstone var först ovilliga att följa. Han var en välkänd vetenskapsman och hade tänkt publicera sina resultat utan att försöka göra kapital av dem. Cooke, å andra sidan, förklarade att hans enda syfte var att tjäna en förmögenhet på systemet. I maj kom de överens om att förena sina krafter, Wheatstone bidrog med det vetenskapliga och Cooke den administrativa talangen. Partnerskapshandlingen daterades den 19 november 1837. Ett gemensamt patent togs för deras uppfinningar, inklusive femnålstelegrafen från Wheatstone, och ett larm fungerade av ett relä, i vilket strömmen, genom att doppa en nål i kvicksilver, fullbordade en lokal krets och släppte spärren på ett urverk.

Femnålstelegrafen, som huvudsakligen, om inte helt, berodde på Wheatstone, liknade den i Schilling, och baserad på principen som uttalades av André-Marie Ampère – det vill säga, strömmen skickades in i ledningen av slutföra batteriets krets med en fabrikat- och brytnyckel, och i andra änden passerade det genom en trådspiral som omgav en magnetisk nål fri att vrida sig runt dess centrum. Allteftersom den ena polen av batteriet eller den andra applicerades på ledningen med hjälp av nyckeln, avledde strömmen nålen åt den ena eller andra sidan. Det fanns fem separata kretsar som aktiverade fem olika nålar. De senare svängdes i rader tvärs över mitten av en urtavla formad som en diamant och med bokstäverna i alfabetet ordnade på sig på ett sådant sätt att en bokstav bokstavligen pekade ut av strömmen som avböjde två av nålarna mot den.

Tidiga installationer

Ett dubbelnålt telegrafinstrument av den typ som används på Great Western Railway

En experimentlinje, med en sjätte returledning, kördes mellan Euston- terminalen och Camden Town- stationen vid London och North Western Railway den 25 juli 1837. Det faktiska avståndet var bara en och en halv mil (2,4 km), men ledig ledning hade satts in i kretsen för att öka dess längd. Det var sent på kvällen innan rättegången ägde rum. Mr Cooke var ansvarig för Camden Town, medan Robert Stephenson och andra herrar såg på; och Wheatstone satt vid sitt instrument i ett snurrigt litet rum, upplyst av ett talgljus, nära bokningskontoret i Euston. Wheatstone skickade det första meddelandet, som Cooke svarade på, och 'aldrig' sa Wheatstone, 'kände jag en så tumultartad känsla förut, som när jag helt ensam i det stilla rummet hörde nålarna klicka och när jag stavade orden , Jag kände att all omfattningen av uppfinningen uttalades som praktiskt genomförbar bortom tvist eller tvist.'

Trots denna rättegång behandlade dock järnvägsdirektörerna den "nymodiga" uppfinningen med likgiltighet och begärde att den skulle avlägsnas. I juli 1839 gynnades den emellertid av Great Western Railway , och en linje som restes från Paddington-stationens ändstation till West Drayton järnvägsstation , ett avstånd av tretton miles (21 km). En del av tråden lades till en början under jord, men sedan höjdes den hela på stolpar längs linjen. Deras krets utökades så småningom till Slough 1841 och visades offentligt i Paddington som ett vetenskapsunder, som kunde sända femtio signaler ett avstånd på 280 000 miles per minut (7 500 km/s). Inträdespriset var en shilling (£0,05), och 1844 registrerade en fascinerad observatör följande:

"Den är perfekt från ändstationen av Great Western så långt som till Slough - det vill säga 18 miles; trådarna är på vissa ställen underjordiska i rör och på andra högt upp i luften, vilket varar, säger han, är överlägset den bästa planen. Vi frågade om vädret inte påverkade ledningarna, men han sa inte; ett våldsamt åskväder kan ringa en klocka, men inte mer. Vi togs in i ett litet rum (vi är Mrs Drummond , Miss Philips, Harry Codrington och jag själv – och efteråt the Milmans and Mr Rich) där det fanns flera trälådor som innehöll olika sorters telegrafer. I en sort stavades varje ord, och eftersom varje bokstav placerades i tur och ordning i en viss position, fick maskineriet den elektriska vätskan att springa längs raden, där det fick brevet att visa sig i Slough, med vilket maskineri han inte kunde åta sig att förklara. Efter varje ord kom ett tecken från Slough, som betecknar "Jag förstår", som säkerligen kommer inom mindre än en sekund från slutet av ordet......En annan skriver ut de meddelanden den kommer med, så att om ingen lyssnade på klockan, .... skulle meddelandet inte gå förlorat. Detta åstadkommes genom att den elektriska vätskan får en liten hammare att slå i bokstaven som presenterar sig, bokstaven som höjs träffar något mångfaldigt skrivpapper (en ny uppfinning, svart papper som, om det trycks ned, lämnar ett outplånligt svart märke), genom vilket betyder att avtrycket lämnas på vitt papper under. Detta var den mest geniala av alla, och tydligen Mr Wheatstones favorit; han var mycket godmodig i att förklara men förstår det själv så väl att han inte kan känna hur lite vi veta om det och går för fort för att så okunniga människor ska följa honom i allt. Mrs Drummond sa till mig att han är underbar för den snabbhet med vilken han tänker och sin uppfinningsförmåga; han uppfinner så många saker att han inte kan genomföra hälften av sina idéer utan låter dem plockas upp och användas av andra, som får äran av dem."

Allmänhetens uppmärksamhet och framgång

Allmänheten tog till sig den nya uppfinningen efter tillfångatagandet av mördaren John Tawell , som 1845 hade blivit den första personen som arresterades till följd av telekommunikationsteknik. Samma år introducerade Wheatstone två förbättrade former av apparaten, nämligen "enkelnålsinstrumenten" och "dubbelnålsinstrumenten", i vilka signalerna skapades av nålarnas successiva avböjningar. Av dessa är instrumentet med en nål, som bara kräver en tråd, fortfarande i bruk. [ citat behövs ]

Telegrafens utveckling kan hämtas från två fakta. År 1855 tillkännagavs kejsar Nicholas död i St. Petersburg , omkring klockan ett på eftermiddagen, i överhuset några timmar senare. Resultatet av The Oaks 1890 togs emot i New York femton sekunder efter att hästarna passerat vinnarposten.

Skillnader med Cooke

År 1841 uppstod en skillnad mellan Cooke och Wheatstone när det gällde var och ens andel i äran att uppfinna telegrafen. Frågan lämnades till skiljedomen av den berömda ingenjören, Marc Isambard Brunel , på uppdrag av Cooke, och professor Daniell, från King's College, uppfinnaren av Daniell-batteriet, från Wheatstones sida. De tillerkände Cooke äran att ha introducerat telegrafen som ett användbart företag som lovade att vara av nationell betydelse, och Wheatstone att genom sina undersökningar ha förberett allmänheten att ta emot den. De avslutade med orden: "Det är till två herrar som är så välkvalificerade för ömsesidig hjälps förenade arbete som vi måste tillskriva de snabba framsteg som denna viktiga uppfinning har gjort under fem år sedan de associerades." Beslutet, hur vagt det än är, uttalar nåltelegrafen till en gemensam produktion. Om det huvudsakligen hade uppfunnits av Wheatstone, introducerades det främst av Cooke. Deras respektive andelar i företaget kan jämföras med en författares och hans förläggares, men för det faktum att Cooke själv hade en del i själva uppfinningsverket.

Fortsatt arbete på telegrafer

Från 1836–7 hade Wheatstone tänkt en hel del på ubåtstelegrafer, och 1840 gav han vittnesmål inför underhusets järnvägskommitté om genomförbarheten av den föreslagna linjen från Dover till Calais . Han hade till och med designat maskineriet för att tillverka och lägga kabeln. Hösten 1844, med hjälp av Mr JD Llewellyn, dränkte han en längd av isolerad tråd i Swansea Bay och signalerade genom den från en båt till Mumbles fyr. Nästa år föreslog han användning av guttaperka för beläggning av den avsedda tråden över Engelska kanalen .

1840 hade Wheatstone patenterat en alfabetisk telegraf, eller "Wheatstone ABC-instrument", som rörde sig med en steg-för-steg-rörelse och visade bokstäverna i meddelandet på en urtavla. Samma princip användes i hans typtrycktelegraf, patenterad 1841. Detta var den första apparaten som tryckte ett telegram med typ. Den bearbetades av två kretsar, och när typen snurrade tryckte en hammare, aktiverad av strömmen, den önskade bokstaven på papperet.

Införandet av telegrafen hade så långt framskridit att den 2 september 1845 registrerades Electric Telegraph Company , och Wheatstone fick genom sitt samarbetsavtal med Cooke en summa på £33 000 för användningen av deras gemensamma uppfinningar.

1859 utsågs Wheatstone av handelsstyrelsen att rapportera om ämnet Atlantkablarna, och 1864 var han en av de experter som rådgav Atlantic Telegraph Company om byggandet av de framgångsrika linjerna 1865 och 1866.

År 1870 överfördes de elektriska telegraflinjerna i Storbritannien, arbetade av olika företag, till postkontoret och placerades under regeringens kontroll.

Wheatstone uppfann ytterligare den automatiska sändaren , där signalerna från meddelandet först stansas ut på en pappersremsa ( hålat tejp ), som sedan förs genom sändningsnyckeln och styr signalströmmarna. Genom att ersätta handen med en mekanism för att skicka meddelandet kunde han telegrafera omkring 100 ord i minuten, eller fem gånger den vanliga takten. Inom posttelegraftjänsten används denna apparat för att sända presstelegram, och den har nyligen förbättrats så mycket att meddelanden nu skickas från London till Bristol med en hastighet av 600 ord i minuten och till och med 400 ord i minuten mellan London och Aberdeen. Natten den 8 april 1886, när herr Gladstone presenterade sitt lagförslag för hemmastyre i Irland, sändes inte mindre än 1 500 000 ord från centralstationen i St. Martin's-le-Grand av 100 Wheatstone-sändare. Planen att skicka meddelanden med en löpande pappersremsa som aktiverar nyckeln patenterades ursprungligen av Bain 1846; men Wheatstone, med hjälp av herr Augustus Stroh, en skicklig mekaniker och en duktig experimenterare, var den förste som förde idén till framgångsrik drift. Detta system kallas ofta för Wheatstone Perforator och är föregångaren till aktiemarknaden .

Optik

Charles Wheatstone spegel stereoskop

Stereopsis beskrevs först av Wheatstone 1838. År 1840 tilldelades han Royal Medal of the Royal Society för sin förklaring av binokulär vision , en forskning som ledde honom att göra stereoskopiska ritningar och konstruera stereoskopet . Han visade att vårt intryck av soliditet erhålls genom kombinationen i sinnet av två separata bilder av ett objekt tagna av våra båda ögon från olika synvinklar. Sålunda, i stereoskopet, ett arrangemang av linser eller speglar, kombineras två fotografier av samma objekt tagna från olika punkter så att objektet sticker ut med en solid aspekt. Sir David Brewster förbättrade stereoskopet genom att avstå från speglarna och föra det till sin befintliga form med linser.

" Pseudoskopet " (Wheatstone myntade termen från grekiskan ψευδίς σκοπειν) introducerades 1852, och är på något sätt motsatsen till stereoskopet, eftersom det får ett fast föremål att verka ihåligt, och ett närmare ett att vara längre bort; sålunda verkar en byst vara en mask, och ett träd som växer utanför ett fönster ser ut som om det växte inne i rummet. Syftet var att testa hans teori om stereoseende och för undersökningar av vad som nu skulle kallas experimentell psykologi.

Mätning av tid

År 1840 introducerade Wheatstone sitt kronoskop, för att mäta minutintervaller, som användes för att bestämma hastigheten på en kula eller passagen av en stjärna. I denna apparat aktiverade en elektrisk ström en elektromagnet, som noterade ögonblicket av en händelse med hjälp av en penna på ett rörligt papper. Den sägs ha kunnat särskilja 1/7300 del av en sekund (137 mikrosekunder), och den tid det tog för en kropp att falla från en höjd av en tum (25 mm).

Den 26 november 1840 ställde han ut sin elektromagnetiska klocka i Royal Societys bibliotek och lade fram en plan för att distribuera rätt tid från en standardklocka till ett antal lokala klockor. Kretsarna i dessa skulle elektrifieras av en nyckel eller kontaktskapare som manövrerades av standardens arbor, och deras händer skulle korrigeras med elektromagnetism. Följande januari Alexander Bain patent på en elektromagnetisk klocka, och han anklagade därefter Wheatstone för att tillägna sig sina idéer. Det verkar som om Bain arbetade som mekanist för Wheatstone från augusti till december 1840, och han hävdade att han hade förmedlat idén om en elektrisk klocka till Wheatstone under den perioden; men Wheatstone vidhöll att han hade experimenterat i den riktningen under maj. Bain anklagade vidare Wheatstone för att ha stulit hans idé om den elektromagnetiska trycktelegrafen; men Wheatstone visade att instrumentet bara var en modifiering av hans egen elektromagnetiska telegraf.

År 1840 nämnde Alexander Bain för Mechanics Magazine-redaktören hans ekonomiska problem. Redaktören presenterade honom för Sir Charles Wheatstone. Bain demonstrerade sina modeller för Wheatstone, som, när han blev tillfrågad om hans åsikt, sa "Åh, jag borde inte bry mig om att utveckla dessa saker ytterligare! Det finns ingen framtid i dem." senare demonstrerade Wheatstone en elektrisk klocka för Royal Society och hävdade att det var hans egen uppfinning. Bain hade dock redan ansökt om patent för det. Wheatstone försökte blockera Bains patent, men misslyckades. När Wheatstone organiserade en lag av parlamentet för att inrätta Electric Telegraph Company, kallade House of Lords Bain för att vittna och så småningom tvingade företaget att betala Bain £10 000 och ge honom ett jobb som chef, vilket fick Wheatstone att avgå.

Polarklocka

En av Wheatstones mest geniala anordningar var "Polarklockan", som ställdes ut vid British Associations möte 1848. Den är baserad på det faktum som upptäcktes av Sir David Brewster, att himlens ljus är polariserat i ett plan i en vinkel av nittio grader från solens position. Det följer att genom att upptäcka det polarisationsplanet och mäta dess azimut med avseende på norr, kunde solens position, även om den var under horisonten, bestämmas och den skenbara soltiden erhållas.

Klockan bestod av ett kikare med ett Nicol-prisma (dubbelbild) för ett okular och en tunn platta av selenit för ett objektglas. När röret riktades mot nordpolen – det vill säga parallellt med jordens axel – och okularets prisma vändes tills ingen färg syntes, visades vridningsvinkeln, som visas av ett index som rör sig med prismat över en graderad lem , gav dygnets timme. Enheten är till liten tjänst i ett land där klockor är pålitliga; men det utgjorde en del av utrustningen för den nordpolära expeditionen 1875–1876 under befäl av kapten Nares.

Wheatstone bro

År 1843 kommunicerade Wheatstone ett viktigt dokument till Royal Society, med titeln "En redogörelse för flera nya processer för att bestämma konstanterna i en voltaisk krets." Den innehöll en beskrivning av den välkända balansen för att mäta det elektriska motståndet hos en ledare, som fortfarande går under namnet Wheatstone's Bridge eller balans, även om den först utarbetades av Samuel Hunter Christie, från Royal Military Academy, Woolwich, som publicerade det i Philosophical Transactions för 1833. Metoden försummades tills Wheatstone uppmärksammade den.

Hans papper vimlar av enkla och praktiska formler för beräkning av strömmar och motstånd enligt Ohms lag . Han introducerade en motståndsenhet, nämligen en fot koppartråd som vägde hundra grains (6,5 g), och visade hur den kan användas för att mäta längden på tråden med dess motstånd. Han tilldelades en medalj för sin tidning av sällskapet. Samma år uppfann han en apparat som gjorde det möjligt att registrera avläsningen av en termometer eller en barometer på avstånd med hjälp av en elektrisk kontakt från kvicksilvret. En ljudtelegraf, där signalerna gavs av en klocka, patenterades också av Cooke och Wheatstone i maj samma år.

Kryptografi

Wheatstones anmärkningsvärda uppfinningsrikedom visades också i uppfinningen av chiffer. Han var ansvarig för det då ovanliga Playfair-chifferet , uppkallat efter sin vän Lord Playfair . Den användes av flera nationers militärer under åtminstone första världskriget och är känd för att ha använts under andra världskriget av brittiska underrättelsetjänster.

Den var från början resistent mot kryptoanalys, men metoder utvecklades så småningom för att bryta den. Han blev också involverad i tolkningen av chiffermanuskript i British Museum. Han utarbetade en kryptograf eller maskin för att förvandla ett meddelande till chiffer som bara kunde tolkas genom att placera chiffret i en motsvarande maskin anpassad för att dekryptera det.

Som amatörmatematiker publicerade Wheatstone ett matematiskt bevis 1854 (se Cube (algebra) ) .

Elektriska generatorer

År 1840 tog Wheatstone fram sin magneto-elektriska maskin för att generera kontinuerliga strömmar.

Den 4 februari 1867 publicerade han principen om reaktion i den dynamo-elektriska maskinen genom en tidning till Royal Society; men Mr. CW Siemens hade meddelat den identiska upptäckten tio dagar tidigare, och båda tidningarna lästes samma dag.

Det visade sig efteråt att Werner von Siemens , Samuel Alfred Varley och Wheatstone självständigt hade kommit fram till principen inom några månader efter varandra. Varley patenterade det den 24 december 1866; Siemens uppmärksammade det den 17 januari 1867; och Wheatstone ställde ut den i aktion på Royal Society på ovanstående datum.

Tvister om uppfinning

Wheatstone var inblandad i olika dispyter med andra forskare under hela sitt liv angående hans roll i olika teknologier och verkade ibland ta mer ära än han skulle. Förutom William Fothergill Cooke , Alexander Bain och David Brewster , som nämns ovan, inkluderade dessa även Francis Ronalds vid Kew Observatory . Wheatstone ansågs felaktigt av många ha skapat den atmosfäriska elektricitetsobservationsapparat som Ronalds uppfann och utvecklade vid observatoriet på 1840-talet och även att ha installerat de första automatiska inspelningsmeteorologiska instrumenten där (se till exempel Howarth, s158).

Privatliv

Christ Church, Marylebone

Wheatstone gifte sig med Emma West, nyfödd, en dotter till John Hooke West, avliden, i Christ Church, Marylebone , den 12 februari 1847. Giftermålet var på licens.

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Charles_Wheatstone&oldid=1139321426 "