|
| |
| |
| |
130 Jaar electrische Telegrafie
Wij zijn er nu aan gewoon om met behulp van electrische stroom ook met onze afwezige kennissen contact te hebben. We telefoneren of zenden een telegram als we een brief te langzaam vinden, en we denken er niet over na hoeveel vindingrijkheid er nodig was om het wonder van de electrische berichtgeving tot stand te brengen. En toch is het nauwelijks honderd jaar geleden dat de eerste proeven met electrische telegrafen slaagden. We willen de proeven uit die tijd met eenvoudige middelen nabootsen en zo de geschiedenis van de uitvinding van de telegraaf in chronologische volgorde beleven.
Als je electrische tekens door een draad zendt, dan gaat het, zoals jullie allemaal wel weten, hierom: de zender sluit en onderbreekt de electrische stroom volgens een bepaald systeem, en de ontvanger moet deze onderbroken stroom die hij wel niet direct kan zien, door een of ander apparaat aanwijzen en optekenen. Tegenwoordig zijn er talrijke mogelijkheden om de aanwezigheid van electrische stroom in een draad aan te tonen. Maar toen het idee opkwam om de electriciteit te gebruiken als bemiddelaar voor berichten waren deze mogelijkheden zeer gering. Naarmate de wetenschap de werking van de electrische stroom beter leerde kennen, kon hij ook dienen voor berichtgeving. We zullen proberen de pioniers van de electrische telegrafie op te sporen en hun dwaalwegen te volgen, door het geknutsel van deze onderzoekers na te doen met de eenvoudige middelen die jullie allemaal makkelijk kunnen aanschaffen. We zullen direct zien dat het niet zo moeilijk is de vereiste apparaten in elkaar te knutselen en daarmee van kamer tot kamer, of zelfs van huis tot huis, met je kameraden regelrecht te telegraferen.
De eerste proef van een electrische telegraaf gaat terug tot het jaar 1753. Toen kende men alleen de wrijvingselectriciteit, zoals ze b.v. door het draaien van de schijven van een electriseermachine opgewekt wordt. Men probeerde, de electriciteit door een draad te leiden en bij de ontvanger de electrische vonk als teken te doen gelden. Maar deze proef bleef een spelletje omdat de wrijvingselectriciteit wegens de moeilijke isolering van de leidingen voor voortzetting op grote afstanden niet gebruikt kan worden.
| |
| |
De ‘Gasblaasjestelegraaf’. Pas de ontdekking van de galvanische stroom in het jaar 1800 bracht kans van slagen. Een Duits dokter, hij heette Sömmerring, die in de galvanische stroom alleen maar belang stelde omdat die bij de geneeskunde van pas kwam, kwam in 1809 op het idee om de waterontbinding die de stroom veroorzaakt, te gebruiken om te telegraferen. Jullie zullen bijna allemaal van school weten dat je aangezuurd water in zijn bestanddelen, waterstofgas en zuurstofgas, kunt ontbinden als je er een electrische stroom doorzendt. Sömmerring bouwde op grond van deze chemische werking
Fig. 1. Gasblaasjestelegraaf volgens Sömmerring. Zender, ontvanger en stroombron worden hier ter wille van de demonstratie op eén plank samengebracht
van de electriciteit een apparaat, zoals op fig. 1. Toen had Morse zijn beroemd alfabet uit punten en strepen nog niet uitgevonden. Dus moest de zender (rechts op de figuur) met de ontvanger (links) met 28 geleidende draden verbonden worden, nl. 26 voor de letters, een voor punten en een voor het herhalingsteken. Op de zender, waarvan de 28 geleidende draden uitgaan, zijn evenveel gaten aangebracht die door de letters van het alfabet aangeduid worden. In deze gaten wordt willekeurig een van de beide uiteinden van de draad gestoken, die uit de stroombron komen (midden op figuur 1). Door de bodem van de vierkantige, vlakke, glazen kast (links) gaan 27 draden, die als gouden stiften in de met zwavelzuur aangezuurde
| |
| |
vloeistof zitten. Wordt bij de zender een van de uiteinden van een willekeurige draad in een bepaald gaatje gestoken, dan vormen zich bij de ontvanger aan de overeenkomstige gouden stift, waterstof en zuurstof die in de vorm van gasblaasjes snel opstijgen in de vloeistof. Sömmerring schreef toen in zijn dagboek: ‘Het nieuwe telegrafisch machientje werkt heel goed.’ Op 6 Augustus 1809 telegrafeerde hij over een draadlengte van 232 meter en in 1812 overbrugde men met dit toestel een afstand van 3200 meter. Toch kwam men niet tot een grotere practische toepassing van de uitvinding.
Laten we dit soort telegrafie zelf eens proberen door op een eenvoudige manier het toestel na te maken. We hebben daarvoor een wit medicijnflesje nodig of liever nog, een reageerbuisje, een goedpassende kurk, twee spelden en een beetje zoutzuur. De spelden worden, zoals je op fig. 2 ziet, zo door de kurk gestoken
Fig. 2. Onze zelfgemaakte ontvanger waarbij de electrische stroom door de gasblaasjes aangetoond wordt
dat de uiteinden in het buisje dicht bijeen staan maar zonder dat ze elkaar raken. Dan vul je het glaasje tot op de helft met water, waarbij je enkele druppels van het zuur doet (wees voorzichtig bij het gebruik van zoutzuur). Je drukt de kurk met de spelden goed vast en verbindt de twee uit de kurk stekende uiteinden van de spelden met draden die naar een zakbatterijtje leiden en dan zet je het glaasje op zijn kop. Dadelijk ontstaan er aan de speldepunten kleine gasblaasjes die loslaten en naar boven stijgen. Is de stroom te zwak dan vormen de blaasjes die blijven hangen algauw een isolerende laag tussen de naald en het zuur, die door kloppen op het glas steeds weer moet verwijderd worden, om de aankomende tekens goed te zien. Als je langer met dit toestel werkt, dan moet het glaasje af en toe omgekeerd en de kurk opgelicht worden, anders zou de gasmassa de kurk er op de duur uitdrijven.
Hier ook enkele woorden over het zenden zelf; als stroombron kunnen jullie voor alle proeven een zakbatterij gebruiken, als geleider een zogenaamde beldraad, zoals bij electrische bellen gebruikt wordt. Als taster doet een gewone belknop dienst. Jullie kunnen makkelijk zelf een taster uit een plankje, een reep geelkoper, een paar geelkoperen schroeven, een halve klos maken zoals je op fig. 2 ziet.
De Naaldtelegraaf. Ongeveer 20 jaar na de gasblaasjestelegraaf maakte men bij het telegraferen gebruik van het verschijnsel dat
| |
| |
Fig. 3. Zelfgemaakte taster uit een reep geel koper, vier schroeven, een halve klos en een plankje
Oersted ontdekt had, waarbij de electrische stroom de magneetnaald uit haar Noord-Zuidrichting kan doen afwijken. Legt men namelijk een draad zo over een kompas dat de draad in de lengterichting van de magneetnaald komt te liggen, dan wijkt de naald naar opzij als er door de draad een stroom gaat. Ampère stelde in 1829 voor, 30 magneetnaalden en 60 draden te gebruiken, maar dit voorstel gaf geen practische resultaten. Drie jaar later bouwde Baron Schilling een electromagnetische telegraaf met behulp van de intussen uitgevonden multiplicator. Fig. 4 stelt zo 'n ontvanger voor. Hij bestaat uit twee houten raampjes, waar vele malen een dunne draad omheen gewonden is. Tussen deze beide raampjes zweeft horizontaal
Fig. 4. Ontvangtoestel volgens Schilling, waarbij de afwijking van de magneetnaald door de electrische stroom gebruikt werd
de magneetnaald aan de loodrechte as die aan een heel dunne draad opgehangen is. Aan het bovenste gedeelte van de as is bovendien nog een zwarte papierschijf bevestigd en aan het onderste uiteinde een platina vleugeltje dat in een schaaltje met kwik gedompeld is, om de slingerende naald na elke uitslag gauw tot rust te brengen. Dit toestel heet multiplicator, omdat de kracht waarmee de electrische stroom de naald uit haar Noord-Zuidrichting brengt overeenkomstig het aantal van de draadwendingen op het houten raampje vermenigvuldigt. Schilling gebruikte vijf zulke toestellen naast elkaar om het hele alfabet en daarbij de tien cijfers voor te stellen. De eerste aan de practijk getoetste naaldtelegraaf werd pas in 1832 door Gauss en Weber te Göttingen in gebruik gesteld. De leiding van ongeveer een kilometer lengte verbond toen de Sterrewacht met het Magnetisch Observatorium.
We zouden de multiplicator-ontvanger zelf kunnen bouwen zoals op fig. 4 aangegeven, maar het is niet practisch voor onze telegrafische proeven. Daarom maken we een handiger kleiner toestel
| |
| |
Fig. 5. Zelfgemaakte naaldtelegraaf die ook kan dienst doen als meetinstrument
dat fig. 5 laat zien, en dat volgens hetzelfde principe werkt. Dit wordt trouwens niet alleen voor het telegraferen gebruikt, maar ook voor het meten van een zwakke stroom, als we de gelegenheid hebben hem met een goed meetinstrument te ijken.
Hoe dit toestel gebouwd wordt blijkt uit figuur 6. De wijzer snijden we uit dun karton of stevig tekenpapier, ook het kastje waar we een 5 m lange omvlochten koperdraad van 0,3 mm dik, omheen winden. De naainaald die hier als magneetnaald dient, magnetiseren we, voor we er de wijzer doorsteken door ze over een magneet te strijken, de punt over de ene magneetpool, het oog over de andere. Als as gebruiken we een speld, waar we eerst uit dun papier een fijn buisje omheen draaien, dat door een opening van de wijzer gestoken en met een beetje zegellak daar bevestigd wordt. Dit papierbuisje waarin de naald heel los zit geeft de wijzer een beetje speling. Ten
Fig. 6. Zo wordt de naaldtelegraaf vervaardigd
| |
| |
slotte plakken we het kastje op een plankje en verbinden we de uiteinden van de draadwindingen met twee klemschroeven die je op het plankje vastmaakt.
De chemische Telegraaf. Humphry Davy, een Engels scheikundige, ontdekte rond het jaar 1806 dat je met behulp van de galvanische stroom metaalzouten kunt ontbinden. Dit had Sömmerring al op het idee gebracht om deze werking van de stroom voor de telegrafie te gebruiken, maar zijn voorstel werd niet omgezet in de practijk. Daarentegen slaagde Bain er in 1842 in, om een bruikbare chemische telegraaf te maken. Het principe is dit: het te seinen woord wordt eerst uit grote, eenvoudige metalen letters samengesteld, zoals fig. 7 toont. Deze worden met de ene pool van de stroombron verbonden; de andere pool leidt door de leiding direct naar de ontvanger. De borstel in het zendstation, die uit vijf metalen pennen bestaat, is door vijf leidingsdraden met een soortgelijke borstel in het ontvangststation
Fig. 7. De chemische telegraaf van Bain
verbonden zó dat de gelijke pennen steeds met één draad in verbinding staan. Wordt nu de borstel in het zendstation over de metalen letters gevoerd en beweeg je tegelijk de borstel in het ontvangststation over een stuk vochtig papier, dat met de oplossing van een bepaald metaalzout is gedrenkt, dan wordt een stroomketen gesloten, telkens als er een borstel met de metalen letters in aanraking komt, en laat door de borstel van het ontvangststation op de oppervlakte van het vochtige papier een zichtbaar spoor achter. Als ontbindingsvloeistof gebruikte men gewoonlijk joodkalistijfsel waar de stroom het jodium afscheidt en daarbij het stijfsel paars kleurt.
Het is niet moeilijk om zo 'n chemische telegraaf na te maken. Het vereiste joodkalipapier krijgen we als volgt: een stuk stijfsel van de grootte van een hazelnoot wordt met wat koud water geroerd en dan met ongeveer 100 ccm water waarin je ½ G joodkali opgelost hebt, verwarmd tot het kookt. In deze oplossing drenk je repen wit vloeipapier en dan hang je ze te drogen. Gemakshalve seinen we niet direct letters over op dit papier en doen we het met Morsetekens, waar we nog over komen te spreken. Als schrijver gebruiken we het uiteinde van de ene toevoerdraad dat we op ongeveer 1½ cm lengte blank gemaakt hebben. De andere toevoerdraad solderen we met een groter stuk blik. Als je wil gaan ontvangen leg je
| |
| |
Fig. 8. Met zelfgemaakte schrijfmechanisme van onze electrochemische ontvanger
de goed bevochtigde band joodkalipapier op het blik en dan ga je met de schrijver langzaam over het papier, waarbij je het blanke uiteinde van de draad op het papiervlak perst, zoals op fig. 8. Zo komen de Morsetekens, die door de toevoerdraad van het zendstation gegeven worden, als korte en lange strepen op het papier.
De electromagnetische Telegraaf. De Franse natuurkundige, Arago, vond al dadelijk, na de ontdekking van de afwijking van de magneetnaald door de electrische stroom in 1819, dat een staafje ijzer magnetisch wordt als er een stroom door de draad gaat, die spiraalvormig om de staaf gewonden is. De magnetische toestand van de ijzeren staaf verdwijnt als de stroom in de spiraal onderbroken wordt. Zo 'n ijzeren staaf met een draad er omheen noem je een electromagneet. Deze mogelijkheid, om stroomstoten die van het zendstation aankomen, door electromagneten zichtbaar te maken is op de meest verschillende manieren benut; voor het eerst met succes door de Engelse natuurkundige Wheatstone in het jaar 1840 met zijn wijzertelegraaf. Fig. 9 maakt de werking van dit toestel aanschouwelijk. De zender links bestaat hier uit een metalen tandrad waarop twee sleepborstels glijden. Door draaien van het tandrad wordt het gewenste teken (letter of cijfer) geplaatst. Het ontvangsttoestel
Fig. 9. De wijzertelegraaf van Wheatstone. 1893
| |
| |
bestaat uit de twee electromagneten en een daarboven aangebrachte hefboom uit ijzer, waarvan de beide benen bij het zenden afwisselend door de twee magneten aangetrokken worden. Deze ankerhefboom staat in verbinding met een echappement en een uurwerk, helemaal zoals bij een gewoon slingeruurwerk. De wijzer die met de klok verbonden is wijst, naar gelang van de stroomstoten die door het draaien van de zender uitgezonden worden, op het
Fig. 10. schrijftelegraaf van Morse
gewenste teken. Ofschoon deze wijzertelegraaf in Engeland, Frankrijk en Duitsland in verschillende vormen practische betekenis kreeg, slaagde de schrijf telegraaf van Morse, die enkele jaren nadien werd uitgevonden, er toch in alle oudere telegrafen te verdringen. Het toestel op fig. 10 wordt gedeeltelijk nog steeds gebruikt en bestaat hoofdzakelijk uit de electromagneet met het anker en de schrijfhefboom, evenals het raderwerk en de papierrol. Een meer gedetailleerde beschrijving van deze toestellen vinden jullie in elk natuurkundeboek.
Als model van een electromagnetische telegraaf willen we een klopper maken, zo genoemd omdat hij de aankomende tekens niet neerschrijft, maar door kloptonen aan het oor meedeelt. De constructie van de klopper blijkt uit fig. 11. Het V-vormige ijzeren stuk voor de electromagneet maken we uit een dik, goed uitgegloeid
Fig. 11. Onze zelfgemaakte klopper
stuk ijzerdraad. De twee ijzeren benen omwinden we met geisoleerd koperdraad van circa 0,5 mm zodat de wikkeling van het ene been naar rechts, de andere naar links loopt. Jullie kunnen echter die moeite sparen, als je ergens een oude electrischebel vindt, waar je de electromagneet gewoon uitschroeft. Hoe de magneet op de grondplank en hierop de beide dragers met de draaibare balken bevestigd worden, blijkt
| |
| |
duidelijk uit de figuur. Aan het ene uiteinde van de balk wordt een stuk ijzer als anker, aan het andere een elastisch lintje aangebracht, dat het anker zo ver wegtrekt van de magneet, dat het nog aangetrokken wordt als de stroom er doorgaat. Opdat bij onderbreking vande stroom de balk dadelijk weer zou terugslaan is het voordelig het anker en de uiteinden van de polen met papier te beplakken.
De naam van de Amerikaanse uitvinder Morse is voor ons vooral van betekenis geworden vanwege het alfabet van punten en strepen dat hij opstelde. Wel heeft men reeds lang voor hem geprobeerd bij de naaldtelegraaf de letters en cijfers door het zenden van korte en lange stroomstoten over te brengen, maar pas het Morse-alfabet kon, samen met de Morse-schrijftelegraaf, in de echte zin van het woord, de wereld veroveren. Voor alle toestellen die hier beschreven zijn met het doel om ze zelf te maken willen we de Morsetekens gebruiken.
| a. - |
l. - .. |
v... - |
6 - .... |
| b - ... |
m - - |
w. - - |
7 - -... |
| c -. -. |
n -. |
X - .. - |
8 - - -.. |
| d - .. |
o - - - |
Y - . - - |
9 - - - -. |
| e. |
p. - - . |
z - - .. |
0 - - - - - |
| f.. - . |
q - - . - |
1. - - - - |
....... |
| g - - . |
r. - . |
2.. - - - |
?.. - - .. |
| h - - . |
s... |
3... - - |
,. - . - . - |
| i.. |
t - |
4.... - |
: - - - ... |
| k - . - |
u.. - |
5..... |
! - - .: - - |
Over de uitvinding en de ontwikkeling van de draadloze telegrafie vertellen we ergens anders.
|
|
Auteursrecht onbekend