Charles Wheatstone- Charles Wheatstone
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Charles Wheatstone
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|---|---|
 Wheatstone,
gezeichnet von Samuel Laurence im Jahr 1868 | |
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6. Februar 1802
Barnwood , Gloucestershire , England
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| Ist gestorben | 19. Oktober 1875 (im Alter von 73)
Paris , Frankreich
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| Bekannt für |
Wheatstone-Brücke Wheatstone-Playfair-Chiffre Wheatstone-System Wheatstone-ABC-Telegraph Cooke- und Wheatstone-Telegraph Kaleidophon Potentiometer Pseudoskop Stereoskop Frühe Beiträge zur Spektroskopie |
| Auszeichnungen |
Königliche Medaille (1840, 1843) Albert-Medaille (1867) Copley-Medaille (1868) |
| Wissenschaftlicher Werdegang | |
| Felder | Physik |
| Institutionen | King's College London |
Sir Charles Wheatstone / w i t s t ə n / FRS FRSE DCL LLD (6. Februar 1802 - 19. Oktober 1875) war ein englischer Wissenschaftler und Erfinder zahlreicher wissenschaftlicher Durchbruch der viktorianischen Ära , einschließlich der englischen Ziehharmonika , die Stereoskop ( ein Gerät zum Anzeigen von dreidimensionalen Bildern) und die Playfair-Chiffre (eine Verschlüsselungstechnik ). Wheatstone ist jedoch am besten für seine Beiträge zur Entwicklung der Wheatstone-Brücke bekannt , die ursprünglich von Samuel Hunter Christie erfunden wurde und verwendet wird, um einen unbekannten elektrischen Widerstand zu messen, und als eine Hauptfigur in der Entwicklung der Telegraphie .
Leben
Charles Wheatstone wurde in Barnwood , Gloucestershire, geboren . Sein Vater, W. Wheatstone, war Musikverkäufer in der Stadt, der vier Jahre später in die 128 Pall Mall in London zog, um dort Flötenlehrer zu werden. Charles, der zweite Sohn, besuchte eine Dorfschule in der Nähe von Gloucester und danach mehrere Institutionen in London. Einer von ihnen war in Kennington und wurde von einer Mrs. Castlemaine gehalten, die über seinen schnellen Fortschritt erstaunt war. Von einem anderen lief er weg, wurde aber in Windsor gefangen genommen , nicht weit vom Schauplatz seines praktischen Telegraphen. Als Junge war er sehr schüchtern und sensibel und zog sich gerne auf einen Dachboden zurück, ohne andere Gesellschaft als seine eigenen Gedanken.
Als er ungefähr vierzehn Jahre alt war, machte er eine Lehre bei seinem Onkel und Namensvetter, einem Hersteller und Verkäufer von Musikinstrumenten in 436 Strand, London; aber er zeigte wenig Geschmack für Handwerk oder Geschäft und liebte es, Bücher zu studieren. Sein Vater ermutigte ihn dabei und nahm ihn schließlich aus der Obhut des Onkels.
Im Alter von fünfzehn Jahren übersetzte Wheatstone französische Gedichte und schrieb zwei Lieder, von denen eines seinem Onkel geschenkt wurde, der es, ohne es zu wissen, als Komposition seines Neffen veröffentlichte. Einige seiner Zeilen auf der Leier wurden zum Motto eines Stiches von Bartolozzi . Er besuchte oft einen alten Bücherstand in der Nähe der Pall Mall , die damals eine baufällige und unbefestigte Durchgangsstraße war. Das meiste seines Taschengeldes wurde für den Kauf der Bücher ausgegeben, die ihm gefallen hatten, seien es Märchen, Geschichte oder Wissenschaft.
Eines Tages, zur Überraschung des Buchhändlers, begehrte er einen Band über die Entdeckungen von Volta in der Elektrizität, aber da er den Preis nicht hatte, sparte er seine Pfennige und sicherte sich den Band. Es war auf Französisch geschrieben, und so musste er wieder sparen, bis er ein Wörterbuch kaufen konnte. Dann begann er, den Band zu lesen und mit Hilfe seines älteren Bruders William die darin beschriebenen Experimente mit einer selbstgebauten Batterie in der Spülküche hinter dem Haus seines Vaters zu wiederholen. Beim Bau der Batterie ging den Philosophenjungen das Geld aus, um die erforderlichen Kupferplatten zu beschaffen. Sie hatten nur noch wenige Kupfermünzen übrig. Ein glücklicher Gedanke kam Charles, dem führenden Geist dieser Forschungen: „Wir müssen die Pfennige selbst verwenden“, sagte er, und die Batterie war bald vollständig.
In Christchurch, Marylebone , wurde Wheatstone am 12. Februar 1847 mit Emma West verheiratet. Sie war die Tochter eines Kaufmanns aus Taunton und hatte ein schönes Aussehen. Sie starb 1866 und hinterließ eine Familie mit fünf kleinen Kindern in seiner Obhut. Sein häusliches Leben war ruhig und ereignislos.
Obwohl er in der Öffentlichkeit schweigsam und zurückhaltend war, war Wheatstone im Privaten ein klarer und wortgewandter Redner, wenn er seinen Lieblingsstudien nachging, und seine kleine, aber aktive Person, sein schlichtes, aber intelligentes Gesicht, war voller Lebendigkeit. Sir Henry Taylor erzählt uns, dass er einmal Wheatstone auf einer Abendgesellschaft in Oxford beobachtete, wie er Lord Palmerston ernsthaft über die Fähigkeiten seines Telegraphen sprach. 'Das sagst du nicht!' rief der Staatsmann aus. "Ich muss Sie dazu bringen, das dem Lordkanzler zu sagen." Mit diesen Worten befestigte er den Elektriker an Lord Westbury und bewirkte seine Flucht. Eine Erinnerung an dieses Interview mag Palmerston zu der Bemerkung veranlasst haben, dass eine Zeit kommen könnte, in der ein Minister im Parlament gefragt werden könnte, ob in Indien ein Krieg ausgebrochen sei, und er antworten würde: „Moment mal; Ich telegrafiere einfach an den Generalgouverneur und lasse es Sie wissen.'
Wheatstone wurde 1868 zum Ritter geschlagen, nachdem er den automatischen Telegraphen fertiggestellt hatte. Er war zuvor zum Chevalier der Ehrenlegion ernannt worden . Etwa 34 Auszeichnungen und Diplome in- und ausländischer Gesellschaften zeugen von seinem wissenschaftlichen Ruf. Seit 1836 war er Fellow der Royal Society, 1859 wurde er zum ausländischen Mitglied der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften und 1873 zum Auswärtigen Mitglied der Französischen Akademie der Wissenschaften gewählt . Im selben Jahr wurde ihm die Ampere-Medaille der französischen Gesellschaft zur Förderung der nationalen Industrie verliehen. 1875 wurde er zum Ehrenmitglied der Institution of Civil Engineers ernannt. Er war ein DCL von Oxford und ein LL.D. von Cambridge.
Während eines Besuchs in Paris im Herbst 1875, um sein Empfangsgerät für Seekabel zu perfektionieren, erkrankte er an einer Erkältung, die eine Lungenentzündung hervorrief , eine Krankheit, an der er am 19. Oktober 1875 in Paris starb. A Gedenkfeier wurde in der Anglikanischen Kapelle in Paris abgehalten und von einer Deputation der Akademie besucht. Seine sterblichen Überreste wurden in sein Haus in Park Crescent, London, gebracht (heute durch eine blaue Plakette gekennzeichnet ) und auf dem Kensal Green Cemetery beigesetzt .
Musikinstrumente und Akustik
Im September 1821 machte sich Wheatstone öffentlich bekannt, indem er in einem Musikladen in der Pall Mall und in der Adelaide Gallery die „Enchanted Lyre“ oder das „Acoucryptophone“ ausstellte . Es bestand aus einer mimischen Leier, die an einer Schnur von der Decke hing und die Klänge mehrerer Instrumente ausstrahlte – des Klaviers, der Harfe und des Hackbretts . In Wirklichkeit war es ein bloßer Resonanzkörper, und die Schnur war ein Stahlstab, der die Schwingungen der Musik von den verschiedenen Instrumenten, die außer Sicht- und Hörweite gespielt wurden, übermittelte. In dieser Zeit machte Wheatstone zahlreiche Experimente zum Klang und seiner Übertragung. Einige seiner Ergebnisse sind in Thomsons Annals of Philosophy von 1823 überliefert.
Er erkannte, dass sich Schall durch Wellen oder Schwingungen der Atmosphäre ausbreitet, wie man damals glaubte, dass Licht durch Wellen des leuchtenden Äthers entsteht . Wasser und feste Körper wie Glas oder Metall oder tönendes Holz übertragen die Modulationen mit hoher Geschwindigkeit, und er entwarf den Plan, auf diese Weise Schallsignale, Musik oder Sprache über große Entfernungen zu übertragen. Er schätzte, dass der Schall 200 Meilen pro Sekunde (320 km/s ) durch massive Stäbe zurücklegen würde , und schlug vor, auf diese Weise von London nach Edinburgh zu telegraphieren . Er nannte sein Arrangement sogar „Telefon“. ( Robert Hooke schreibt in seiner 1667 veröffentlichten Micrographia : 'Ich kann dem Leser versichern, dass ich den Ton mit Hilfe eines aufgeblähten Drahtes in einem Augenblick oder mit scheinbar schneller Bewegung als die des Lichts." Es war auch nicht wesentlich, dass der Draht gerade sein sollte; er könnte in Winkel gebogen sein. Diese Eigenschaft ist die Grundlage des mechanischen Telefons oder des Telefons für Liebhaber, das den Chinesen vor vielen Jahrhunderten bekannt gewesen sein soll. Hooke auch erwogen, einen Weg zu finden, unser Hörvermögen zu beschleunigen.)
Ein Schriftsteller im Repository of Arts für den 1. September 1821 sieht in Bezug auf die "Enchanted Lyre" die Aussicht auf eine Oper, die im King's Theatre aufgeführt und in den Hanover Square Rooms oder sogar in der Horns Tavern, Kennington , genossen wird . Die Schwingungen sollen durch erdverlegte Leiter geleitet werden, wie Gas in Rohrleitungen.
- Und wenn die Musik auf diese Weise geführt werden kann“, bemerkt er, „können die Worte der Rede vielleicht auf die gleiche Weise verbreitet werden. Die Beredsamkeit der Anwälte, die Debatten des Parlaments, statt nur am nächsten Tag gelesen zu werden – Aber wir werden uns in der Verfolgung dieses kuriosen Themas verlieren.
Neben der Fernübertragung von Klängen entwickelte Wheatstone ein einfaches Instrument zur Verstärkung schwacher Klänge, dem er den Namen „Mikrofon“ gab. Es besteht aus zwei schlanken Stäben, die die mechanischen Schwingungen auf beide Ohren übertragen, und unterscheidet sich deutlich von dem elektrischen Mikrofon von Professor Hughes.
1823 starb sein Onkel, der Musikinstrumentenbauer, und Wheatstone übernahm zusammen mit seinem älteren Bruder William das Geschäft. Charles hatte keine große Vorliebe für den kommerziellen Teil, aber sein Einfallsreichtum fand seinen Platz darin, die vorhandenen Instrumente zu verbessern und philosophisches Spielzeug zu entwickeln. Er erfand auch eigene Instrumente. Eine der bekanntesten war die Wheatstone Ziehharmonika . Es war ein sechsseitiges Instrument mit 64 Tasten. Diese Tasten waren für einfache chromatische Fingersätze vorgesehen. Die Englische Concertina wurde zu Lebzeiten immer bekannter, erreichte jedoch erst Anfang des 20. Jahrhunderts ihren Höhepunkt.
1827 stellte Wheatstone sein „ Kaleidophon “ vor, ein Gerät, das die Schwingungen eines klingenden Körpers für das Auge sichtbar macht. Es besteht aus einem Metallstab, der an seinem Ende eine versilberte Perle trägt, die einen „Lichtfleck“ reflektiert. Während der Stab vibriert, beschreibt der Punkt komplizierte Figuren in der Luft, wie ein Funke, der in der Dunkelheit herumwirbelt. Sein Photometer wurde wahrscheinlich von diesem Gerät vorgeschlagen. Es ermöglicht den Vergleich zweier Lichter anhand der relativen Helligkeit ihrer Reflexionen in einer versilberten Perle, die eine schmale Ellipse beschreibt, um die Punkte in parallele Linien zu ziehen.
1828 verbesserte Wheatstone das deutsche Blasinstrument, die Mundharmonika , bis es zur beliebten Ziehharmonika wurde, die am 19. Dezember 1829 patentiert wurde. Das tragbare Harmonium ist eine weitere seiner Erfindungen, die auf der Großen Ausstellung von 1851 mit einer Preismedaille ausgezeichnet wurde verbesserte die Sprechmaschine von De Kempelen und unterstützte die Meinung von Sir David Brewster , dass vor dem Ende dieses Jahrhunderts ein Sing- und Sprechapparat zu den Eroberungen der Wissenschaft gehören würde.
1834 wurde Wheatstone, der sich einen Namen gemacht hatte, auf den Lehrstuhl für Experimentalphysik am King's College London berufen . Seine ersten Vorlesungen über Ton scheiterten an seiner Abscheu vor öffentlichem Reden. Auf dem Podium war er sprachlos und unfähig, kehrte manchmal dem Publikum den Rücken zu und murmelte zu den Diagrammen an der Wand. Im Labor fühlte er sich wie zu Hause und beschränkte sich seitdem hauptsächlich auf Demonstrationen.
Stromgeschwindigkeit
Bekannt wurde er durch ein großes Experiment aus dem Jahr 1834 – die Messung der Geschwindigkeit von Elektrizität in einem Draht. Er schnitt den Draht in der Mitte durch, um eine Lücke zu bilden, über die ein Funke springen konnte, und verband seine Enden mit den Polen eines mit Elektrizität gefüllten Leydener Gefäßes . Auf diese Weise wurden drei Funken erzeugt, einer an jedem Ende des Drahtes und ein anderer in der Mitte. Er montierte einen winzigen Spiegel auf das Werk einer Uhr, so dass sie sich mit hoher Geschwindigkeit drehte, und beobachtete die Reflexionen seiner drei Funken darin. Die Spitzen des Drahtes waren so angeordnet, dass, wenn die Funken augenblicklich wären, ihre Reflexionen in einer geraden Linie erscheinen würden; aber der mittlere blieb hinter den anderen zurück, weil es einen Augenblick später war. Der Strom hatte eine gewisse Zeit gebraucht, um von den Enden des Drahtes zur Mitte zu gelangen. Diese Zeit wurde ermittelt, indem die Verzögerung gemessen und mit der bekannten Geschwindigkeit des Spiegels verglichen wurde. Nachdem er die Zeit hatte, brauchte er nur noch die Länge des halben Drahtes zu vergleichen, und er konnte die Geschwindigkeit der Elektrizität bestimmen. Seine Ergebnisse ergaben eine berechnete Geschwindigkeit von 288.000 Meilen pro Sekunde, dh schneller als die heutige Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 Kilometer pro Sekunde (186.000 Meilen/s)), waren aber dennoch eine interessante Näherung.
Es wurde bereits von einigen Wissenschaftlern erkannt, dass die „Geschwindigkeit“ der Elektrizität von den Eigenschaften des Leiters und seiner Umgebung abhängt. Francis Ronalds hatte 1816 eine Signalverzögerung in seinem vergrabenen elektrischen Telegrafenkabel (aber nicht in seiner Luftleitung) beobachtet und seine Ursache als Induktion beschrieben. Wheatstone war als Jugendlicher Zeuge dieser Experimente, die offenbar Ansporn für seine eigenen Forschungen zur Telegrafie waren. Jahrzehnte später, nach der Kommerzialisierung des Telegraphen, beschrieb Michael Faraday , dass die Geschwindigkeit eines elektrischen Feldes in einem mit Isolator beschichteten und von Wasser umgebenen Unterseekabel nur 232 000 km/s (144.000 Meilen pro Sekunde) oder noch weniger beträgt.
Wheatstones Gerät des drehbaren Spiegels wurde später von Léon Foucault und Hippolyte Fizeau verwendet , um die Lichtgeschwindigkeit zu messen .
Spektroskopie
Wheatstone und andere trugen durch die Entdeckung und Nutzung spektraler Emissionslinien ebenfalls zur frühen Spektroskopie bei .
Wie John Munro 1891 schrieb: „Im Jahr 1835 zeigte Wheatstone auf dem Dubliner Treffen der British Association, dass, wenn Metalle im elektrischen Funken verflüchtigt wurden, ihr Licht, untersucht durch ein Prisma, bestimmte Strahlen offenbarte, die für sie charakteristisch waren die Art der Metalle, die die Funkenpunkte bildeten, konnte durch Analyse des Funkenlichts bestimmt werden.Dieser Vorschlag hat sich bei der Spektralanalyse bewährt und hat, wie von Robert Bunsen , Gustav Robert Kirchhoff und anderen angewendet , zur Entdeckung geführt von mehreren neuen Elementen, wie Rubidium und Thallium , sowie unser Wissen über die Himmelskörper zu erweitern."
Telegraph
Wheatstone gab seine Idee auf, Intelligenz durch mechanische Schwingungen von Stäben zu übertragen, und nahm den elektrischen Telegraphen auf . Im Jahr 1835 hielt er einen Vortrag über das System des Barons Schilling und erklärte, dass die Mittel bereits bekannt seien, mit denen ein elektrischer Telegraph für die Welt von großem Nutzen sein könne. Er machte Experimente mit einem eigenen Plan und schlug vor, nicht nur eine Versuchsstrecke über die Themse zu legen, sondern sie auch auf der London and Birmingham Railway zu errichten. Bevor diese Pläne jedoch ausgeführt wurden, erhielt er am 27. Februar 1837 einen Besuch von Herrn William Fothergill Cooke in seinem Haus in der Conduit Street, der einen wichtigen Einfluss auf seine Zukunft hatte.
Zusammenarbeit mit Cooke
Herr Cooke war ein Offizier in der Armee Madras, der auf Urlaub ist, wurde an der einige Vorlesungen über Anatomie Teilnahme an der Universität Heidelberg , wo am 6. März 1836 er eine Demonstration mit dem Telegraphen von Professor Zeugen Georg Wilhelm Munke , und war von seiner Bedeutung so beeindruckt, dass er sein Medizinstudium aufgab und alle seine Bemühungen der Einführung des Telegraphen widmete. Kurz darauf kehrte er nach London zurück und konnte im Januar 1837 einen Telegraphen mit drei Nadeln ausstellen. Da er sich an wissenschaftlichen Kenntnissen mangelte, konsultierte er Michael Faraday und Peter Mark Roget (damals Sekretär der Royal Society), von denen letzterer schickte ihn zu Wheatstone.
Bei einem zweiten Interview erzählte Mr. Cooke Wheatstone von seiner Absicht, einen funktionierenden Telegraphen herauszubringen, und erklärte seine Methode. Wheatstone bemerkte nach seiner eigenen Aussage gegenüber Cooke, dass die Methode nicht funktionieren würde, und produzierte seinen eigenen experimentellen Telegraphen. Schließlich schlug Cooke vor, eine Partnerschaft einzugehen, aber Wheatstone zögerte zunächst, sich daran zu halten. Er war ein bekannter Wissenschaftler und wollte seine Ergebnisse veröffentlichen, ohne sie zu verwerten. Cooke hingegen erklärte, sein einziges Ziel sei es, mit dem Plan ein Vermögen zu machen. Im Mai vereinbarten sie, ihre Kräfte zu bündeln, wobei Wheatstone das wissenschaftliche und Cooke das administrative Talent beisteuerte. Die Partnerschaftsurkunde wurde vom 19. November 1837 datiert. Ein gemeinsames Patent wurde für ihre Erfindungen erteilt, darunter der Fünfnadel-Telegraph von Wheatstone und ein Alarm, der durch ein Relais funktionierte, bei dem der Strom durch Eintauchen einer Nadel in Quecksilber vervollständigt wurde eine lokale Schaltung und löste die Arretierung eines Uhrwerks.
Der Fünfnadeltelegraph, der hauptsächlich, wenn nicht vollständig, auf Wheatstone zurückzuführen ist, ähnelte dem von Schilling und basierte auf dem von André-Marie Ampère formulierten Prinzip – das heißt, der Strom wurde von in die Leitung geschickt Schließen Sie den Stromkreis der Batterie mit einem Schließ- und Unterbrechungsschlüssel, und am anderen Ende ging es durch eine Drahtspule, die eine magnetische Nadel umgab, die sich frei um ihre Mitte drehen konnte. Je nachdem, wie der eine Pol der Batterie mit dem Schlüssel an die Leitung gelegt wurde, lenkte der Strom die Nadel auf die eine oder andere Seite. Es gab fünf separate Kreisläufe, die fünf verschiedene Nadeln betätigten. Letztere waren reihenweise um die Mitte eines rautenförmigen Zifferblatts geschwenkt, auf dem die Buchstaben des Alphabets so angeordnet waren, dass ein Buchstabe buchstäblich durch die Strömung, die zwei der Nadeln auf ihn ablenkte, auf ihn hinwies.
Frühe Installationen
Am 25. Juli 1837 wurde zwischen der Endstation Euston und dem Bahnhof Camden Town der London and North Western Railway eine Versuchsstrecke mit einer sechsten Rückleitung betrieben Draht war in den Stromkreis eingefügt worden, um seine Länge zu erhöhen. Es war später Abend, bevor der Prozess stattfand. Mr. Cooke leitete Camden Town, während Mr. Robert Stephenson und andere Herren zusahen; und Wheatstone saß an seinem Instrument in einem schmuddeligen kleinen Zimmer, das von einer Talgkerze erhellt wurde, in der Nähe des Buchungsbüros in Euston. Wheatstone schickte die erste Nachricht, auf die Cooke antwortete, und 'nie' sagte Wheatstone, 'hatte ich so ein stürmisches Gefühl, als wenn ich ganz allein im stillen Raum die Nadeln klicken hörte und während ich die Worte buchstabierte , fühlte ich die ganze Größe der Erfindung, die als praktikabel erklärt wurde, ohne Kavallerie oder Streit.'
Trotz dieses Prozesses behandelten die Bahndirektoren die „neumodische“ Erfindung jedoch mit Gleichgültigkeit und forderten ihre Entfernung. Im Juli 1839 wurde es jedoch von der Great Western Railway bevorzugt und eine Linie von der Endstation Paddington Station zum Bahnhof West Drayton errichtet , eine Entfernung von 13 Meilen (21 km). Ein Teil des Drahtes wurde zunächst unterirdisch verlegt, später aber auf Pfosten entlang der Strecke hochgezogen. Ihre Strecke wurde schließlich 1841 bis Slough erweitert und in Paddington als Wunderwerk der Wissenschaft öffentlich ausgestellt, das fünfzig Signale über eine Entfernung von 280.000 Meilen pro Minute (7.500 km/s) übertragen konnte. Der Eintrittspreis betrug einen Schilling (0,05 £), und 1844 notierte ein faszinierter Beobachter Folgendes:
„Es ist perfekt von der Endstation des Great Western bis nach Slough – das sind achtzehn Meilen; die Drähte sind an einigen Stellen in Röhren unter der Erde und an anderen hoch in der Luft, was zuletzt, sagt er, bei weitem ist der beste Plan. Wir fragten, ob das Wetter die Kabel nicht beeinflusste, aber er sagte nicht; ein heftiges Gewitter könnte eine Glocke läuten, aber nicht mehr. Wir wurden in ein kleines Zimmer gebracht (wir waren Mrs. Drummond, Miss Philips, Harry Codrington und ich – und danach die Milmans und Mr. Rich), wo mehrere Holzkisten mit verschiedenen Arten von Telegrafen waren.In einer Sorte wurde jedes Wort buchstabiert, und da jeder Buchstabe der Reihe nach an eine bestimmte Position gebracht wurde, verursachte die Maschinerie die elektrische Flüssigkeit lief die Linie entlang, wo sich der Brief in Slough zeigte, mit welcher Maschinerie er nicht erklären konnte. Nach jedem Wort kam ein Zeichen von Slough, das "Ich verstehe" bedeutete, das sicherlich in weniger als einer Sekunde nach dem Ende kam des Wortes ...... Ein anderer druckt die Nachrichten, die es br damit die Nachricht nicht verloren geht , wenn niemand auf die Klingel achtet . Dies wird dadurch bewirkt, dass die elektrische Flüssigkeit mit einem kleinen Hammer auf den sich präsentierenden Buchstaben schlägt, der angehobene Buchstabe auf ein vielfältiges Schreibpapier trifft (eine neue Erfindung, schwarzes Papier, das, wenn es gedrückt wird, einen unauslöschlichen schwarzen Fleck hinterlässt ), wodurch bedeutet, dass der Abdruck unten auf weißem Papier hinterlassen wird . Dies war das genialste von allen und anscheinend der Liebling von Mr. Wheatstone ; er war sehr gutmütig im Erklären, versteht es aber selbst so gut, dass er nicht spüren kann, wie wenig wir darüber wissen, und geht zu schnell, als dass solch unwissende Leute ihm in allem folgen könnten. Mrs. Drummond sagte mir, er sei wunderbar für die Schnelligkeit, mit der er denkt, und seine Erfindungsgabe; er erfindet so viele Dinge, dass er nicht die Hälfte seiner Ideen in die Tat umsetzen kann, sondern sie anderen abholen und verwenden lässt, die die Anerkennung dafür bekommen."
Öffentliche Aufmerksamkeit und Erfolg
Die Öffentlichkeit nahm die neue Erfindung nach der Gefangennahme des Mörders John Tawell auf , der 1845 als erster Mensch aufgrund der Telekommunikationstechnologie festgenommen worden war. Im selben Jahr führte Wheatstone zwei verbesserte Formen des Apparats ein, nämlich das „Einzel“- und das „Doppelte“-Nadelinstrument, bei dem die Signale durch aufeinanderfolgende Auslenkungen der Nadeln erzeugt wurden. Von diesen wird das Einnadel-Instrument, das nur einen Draht benötigt, noch verwendet.
Die Entwicklung des Telegraphen lässt sich an zwei Tatsachen ablesen. 1855 wurde der Tod des Kaisers Nikolaus in St. Petersburg , gegen ein Uhr nachmittags, wenige Stunden später im Oberhaus verkündet. Das Ergebnis von The Oaks of 1890 wurde in New York fünfzehn Sekunden nachdem die Pferde den Siegerposten passiert hatten, entgegengenommen.
Unterschiede zu Cooke
Im Jahre 1841 entstand zwischen Cooke und Wheatstone ein Unterschied hinsichtlich des Anteils beider zu Ehren der Erfindung des Telegraphen. Die Frage wurde dem Schiedsgericht des berühmten Ingenieurs Marc Isambard Brunel im Namen von Cooke und Professor Daniell vom King's College, dem Erfinder der Daniell-Batterie, seitens Wheatstone vorgelegt. Sie schrieben Cooke das Verdienst zu, den Telegraphen als ein nützliches Unternehmen eingeführt zu haben, das nationale Bedeutung versprach, und Wheatstone das Verdienst, durch seine Forschungen die Öffentlichkeit darauf vorbereitet zu haben. Sie schlossen mit den Worten: "Der vereinten Arbeit zweier Herren, die so gut für gegenseitige Hilfe qualifiziert sind, müssen wir den schnellen Fortschritt zuschreiben, den diese wichtige Erfindung in den fünf Jahren seit ihrer Verbindung gemacht hat." Die noch so vage Entscheidung spricht den Nadeltelegrafen für eine Gemeinschaftsproduktion. War es hauptsächlich von Wheatstone erfunden worden, wurde es hauptsächlich von Cooke eingeführt. Ihre jeweiligen Anteile an dem Unternehmen könnten mit denen eines Autors und seines Verlegers verglichen werden, wenn nicht Cooke selbst an der eigentlichen Erfindung beteiligt gewesen wäre.
Weitere Arbeiten an Telegraphen
Von 1836 bis 187 hatte Wheatstone viel über U-Boot-Telegrafen nachgedacht, und 1840 legte er vor dem Eisenbahnausschuss des Unterhauses eine Aussage über die Machbarkeit der geplanten Linie von Dover nach Calais ab . Er hatte sogar die Maschinen zur Herstellung und Verlegung der Kabel konstruiert. Im Herbst 1844 versenkte er mit Hilfe von Herrn JD Llewellyn ein Stück isolierten Drahtes in der Swansea Bay und signalisierte durch es von einem Boot zum Mumbles Lighthouse. Im nächsten Jahr schlug er die Verwendung von Guttapercha für die Beschichtung des beabsichtigten Drahtes über den Ärmelkanal vor .
Im Jahr 1840 hatte Wheatstone einen alphabetischen Telegraphen patentieren lassen, oder „Wheatstone ABC-Instrument“, der sich Schritt für Schritt bewegte und die Buchstaben der Nachricht auf einem Zifferblatt anzeigte. Dasselbe Prinzip wurde in seinem 1841 patentierten Telegrafen mit Typdruck verwendet. Dies war der erste Apparat, der ein Telegramm in Letter druckte. Es wurde mit zwei Kreisen betrieben, und während sich die Schrift drehte, drückte ein vom Strom betätigter Hammer den gewünschten Buchstaben auf das Papier.
Die Einführung des Telegraphen war so weit fortgeschritten, dass am 2. September 1845 die Electric Telegraph Company registriert wurde und Wheatstone durch seine Partnerschaftsurkunde mit Cooke eine Summe von 33.000 Pfund Sterling für die Nutzung ihrer gemeinsamen Erfindungen erhielt.
1859 wurde Wheatstone vom Board of Trade zum Berichterstatter zum Thema Atlantikkabel ernannt und 1864 gehörte er zu den Experten, die die Atlantic Telegraph Company beim Bau der erfolgreichen Linien von 1865 und 1866 berieten .
Im Jahr 1870 wurden die elektrischen Telegrafenleitungen des Vereinigten Königreichs, die von verschiedenen Unternehmen betrieben wurden, an die Post übertragen und unter die Kontrolle der Regierung gestellt.
Wheatstone erfand ferner den automatischen Sender , bei dem die Signale der Nachricht zunächst auf einen Papierstreifen ausgestanzt werden, der dann durch den Sendeschlüssel geführt wird und die Signalströme steuert. Indem er die Hand beim Senden der Nachricht durch einen Mechanismus ersetzte, war er in der Lage, etwa 100 Wörter pro Minute zu telegrafieren, oder das Fünffache des normalen Tarifs. Im Postal Telegraph-Dienst wird dieser Apparat zum Senden von Pressetelegrammen verwendet, und er wurde in letzter Zeit so stark verbessert, dass Nachrichten jetzt von London nach Bristol mit einer Geschwindigkeit von 600 Wörtern pro Minute und sogar mit 400 Wörtern pro Minute zwischen London gesendet werden und Aberdeen. In der Nacht des 8. April 1886, als Mr. Gladstone seinen Bill for Home Rule in Irland vorstellte, wurden nicht weniger als 1.500.000 Wörter von der Zentralstation in St. Martin's-le-Grand von 100 Wheatstone-Sendern gesendet. Der Plan, Nachrichten durch einen laufenden Papierstreifen zu senden, der den Schlüssel betätigt, wurde ursprünglich 1846 von Bain patentiert; aber Wheatstone, unterstützt von Herrn Augustus Stroh, einem versierten Mechaniker und fähigen Experimentator, war der erste, der die Idee erfolgreich in die Tat umsetzte. Dieses System wird oft als Wheatstone Perforator bezeichnet und ist der Vorläufer des Börsentickerbandes .
Optik
Stereopsis wurde erstmals 1838 von Wheatstone beschrieben. 1840 erhielt er die Royal Medal der Royal Society für seine Erklärung des binokularen Sehens , eine Forschung, die ihn dazu führte, stereoskopische Zeichnungen anzufertigen und das Stereoskop zu konstruieren . Er zeigte, dass unser Eindruck von Solidität durch die Kombination zweier getrennter Bilder eines Gegenstandes im Geist gewonnen wird, die von unseren beiden Augen aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen wurden. So werden im Stereoskop, einer Anordnung von Linsen oder Spiegeln, zwei Fotografien desselben Objekts, die von verschiedenen Punkten aus aufgenommen wurden, so kombiniert, dass das Objekt mit einem soliden Aussehen hervortritt. Sir David Brewster verbesserte das Stereoskop, indem er auf die Spiegel verzichtete und es mit Linsen in seine bestehende Form brachte.
Das Pseudoskop (Wheatstone prägte den Begriff aus dem Griechischen ψευδίς σκοπειν) wurde 1852 eingeführt und ist in gewisser Weise das Gegenteil des Stereoskops, da es einen festen Gegenstand hohl erscheinen lässt und einen näheren weiter weg; So erscheint eine Büste wie eine Maske, und ein Baum, der außerhalb eines Fensters wächst, sieht aus, als würde er in den Raum hineinwachsen. Sein Zweck war es, seine Theorie des Stereosehens zu überprüfen und die experimentelle Psychologie zu untersuchen.
Messzeit
Im Jahr 1840 stellte Wheatstone sein Chronoskop zur Messung von Minutenintervallen vor, das zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Kugel oder des Durchgangs eines Sterns verwendet wurde. In diesem Gerät betätigte ein elektrischer Strom einen Elektromagneten, der den Augenblick eines Ereignisses mit einem Bleistift auf einem sich bewegenden Papier notierte. Es soll 1/7300 Teilsekunden (137 Mikrosekunden) und die Zeit, die ein Körper brauchte, um aus einer Höhe von einem Zoll (25 mm) zu fallen, unterscheiden können.
Am 26. November 1840 stellte er seine elektromagnetische Uhr in der Bibliothek der Royal Society aus und legte einen Plan zur Verteilung der korrekten Zeit von einer Standarduhr auf eine Reihe lokaler Zeitmesser vor. Deren Stromkreise sollten durch einen von der Welle der Standarte betätigten Schlüssel oder Kontaktgeber elektrisiert und ihre Zeiger durch Elektromagnetismus korrigiert werden. Im folgenden Januar meldete Alexander Bain ein Patent für eine elektromagnetische Uhr an und beauftragte anschließend Wheatstone mit der Aneignung seiner Ideen. Es scheint, dass Bain von August bis Dezember 1840 als Mechaniker für Wheatstone arbeitete, und er behauptete, dass er Wheatstone während dieser Zeit die Idee einer elektrischen Uhr mitgeteilt hatte; aber Wheatstone behauptete, er habe im Mai in dieser Richtung experimentiert. Bain beschuldigte Wheatstone außerdem, seine Idee des elektromagnetischen Drucktelegrafen gestohlen zu haben; Wheatstone zeigte jedoch, dass das Instrument nur eine Modifikation seines eigenen elektromagnetischen Telegraphen war.
Im Jahr 1840 erwähnte Alexander Bain gegenüber dem Herausgeber des Mechanics Magazine seine finanziellen Probleme. Der Herausgeber stellte ihn Sir Charles Wheatstone vor. Bain zeigte seine Modelle Wheatstone, der auf die Frage nach seiner Meinung sagte: "Oh, ich sollte mir nicht die Mühe machen, diese Dinge weiterzuentwickeln! Sie haben keine Zukunft." Drei Monate später demonstrierte Wheatstone der Royal Society eine elektrische Uhr und behauptete, es sei seine eigene Erfindung. Bain hatte dafür aber bereits ein Patent angemeldet. Wheatstone versuchte, Bains Patente zu blockieren, scheiterte jedoch. Als Wheatstone einen Parlamentsakt zur Gründung der Electric Telegraph Company organisierte, forderte das House of Lords Bain zur Aussage auf und zwang das Unternehmen schließlich, Bain 10.000 Pfund zu zahlen und ihm eine Stelle als Manager zu geben, was Wheatstone zum Rücktritt veranlasste.
Polaruhr
Eines der genialsten Geräte von Wheatstone war die "Polaruhr", die auf der Tagung der British Association 1848 ausgestellt wurde. Sie basiert auf der von Sir David Brewster entdeckten Tatsache , dass das Licht des Himmels in einer Ebene in einem Winkel polarisiert ist neunzig Grad vom Sonnenstand entfernt. Daraus folgt, dass durch die Entdeckung dieser Polarisationsebene und die Messung ihres Azimuts in Bezug auf den Norden die Position der Sonne, obwohl sie unterhalb des Horizonts liegt, bestimmt und die scheinbare Sonnenzeit erhalten werden konnte.
Die Uhr bestand aus einem Fernglas mit einem Nicol-Prisma (Doppelbild) als Okular und einer dünnen Selenitplatte als Objektglas. Wenn der Tubus auf den Nordpol ausgerichtet war – also parallel zur Erdachse – und das Prisma des Okulars gedreht wurde, bis keine Farbe mehr zu sehen war, wurde der Drehwinkel, wie durch einen Index angezeigt, der sich mit dem Prisma über einen graduierten Schenkel bewegte , gab die Stunde des Tages an. Das Gerät ist in einem Land, in dem Uhren zuverlässig sind, von geringem Nutzen; aber es war Teil der Ausrüstung der Nordpolarexpedition 1875-1876, die von Kapitän Nares befehligt wurde .
Wheatstone-Brücke
Im Jahr 1843 übermittelte Wheatstone der Royal Society ein wichtiges Papier mit dem Titel „Ein Bericht über mehrere neue Verfahren zur Bestimmung der Konstanten eines voltaischen Schaltkreises“. Es enthielt eine Darstellung der bekannten Waage zur Messung des elektrischen Widerstands eines Leiters, die immer noch unter dem Namen Wheatstone's Bridge oder Waage bekannt ist, obwohl sie zuerst von Samuel Hunter Christie von der Royal Military Academy, Woolwich, entwickelt wurde, der veröffentlichte es in den Philosophical Transactions für 1833. Die Methode wurde vernachlässigt, bis Wheatstone sie bekannt machte.
Seine Arbeit ist reich an einfachen und praktischen Formeln zur Berechnung von Strömen und Widerständen nach dem Ohmschen Gesetz . Er führte eine Widerstandseinheit ein, nämlich einen Fuß Kupferdraht mit einem Gewicht von einhundert Grain (6,5 g), und zeigte, wie man damit die Länge eines Drahtes anhand seines Widerstands messen kann. Für seine Arbeit wurde er von der Gesellschaft mit einer Medaille ausgezeichnet. Im selben Jahr erfand er einen Apparat, der es ermöglichte, die Ablesung eines Thermometers oder eines Barometers aus der Ferne durch einen elektrischen Kontakt mit Quecksilber zu registrieren. Auch ein Tontelegraf, bei dem die Signale durch Glockenschläge gegeben wurden, wurde im Mai desselben Jahres von Cooke und Wheatstone patentiert.
Kryptographie
Wheatstones bemerkenswerter Einfallsreichtum zeigte sich auch bei der Erfindung von Chiffren. Er war verantwortlich für die damals ungewöhnliche Playfair-Chiffre , benannt nach seinem Freund Lord Playfair . Es wurde mindestens während des Ersten Weltkriegs von den Militärs mehrerer Nationen verwendet und ist bekannt dafür, dass es während des Zweiten Weltkriegs von britischen Geheimdiensten verwendet wurde.
Es war zunächst resistent gegen Kryptoanalyse, aber schließlich wurden Methoden entwickelt, um es zu brechen. Er beteiligte sich auch an der Interpretation von Chiffremanuskripten im British Museum. Er erfand einen Kryptographen oder eine Maschine, um eine Nachricht in eine Chiffre umzuwandeln, die nur interpretiert werden konnte, indem die Chiffre in eine entsprechende Maschine gegeben wurde, die darauf eingestellt war, sie zu entschlüsseln.
Als Amateurmathematiker veröffentlichte Wheatstone 1854 einen mathematischen Beweis (siehe Cube (Algebra) ).
Elektrische Generatoren
1840 brachte Wheatstone seine magneto-elektrische Maschine zur Erzeugung von Dauerströmen auf den Markt.
Am 4. Februar 1867 veröffentlichte er das Prinzip der Reaktion in der dynamoelektrischen Maschine durch ein Papier an die Royal Society; aber Herr CW Siemens hatte zehn Tage zuvor die identische Entdeckung mitgeteilt, und beide Papiere wurden am selben Tag gelesen.
Später stellte sich heraus , dass Werner von Siemens , Samuel Alfred Varley und Wheatstone innerhalb weniger Monate unabhängig voneinander zu dem Prinzip gelangt waren. Varley patentierte es am 24. Dezember 1866; Siemens machte am 17. Januar 1867 darauf aufmerksam; und Wheatstone stellte es am oben genannten Datum in Aktion bei der Royal Society aus.
Streitigkeiten über Erfindung
Wheatstone war sein ganzes Leben lang in verschiedene Streitigkeiten mit anderen Wissenschaftlern in Bezug auf seine Rolle in verschiedenen Technologien verwickelt und schien manchmal mehr Anerkennung zu zollen, als ihm gebührt. Neben William Fothergill Cooke , Alexander Bain und David Brewster , wie oben erwähnt, diese ebenfalls enthalten Francis Ronalds am Kew Observatory . Viele glaubten fälschlicherweise, dass Wheatstone den atmosphärischen Elektrizitäts- Beobachtungsapparat geschaffen habe, den Ronalds in den 1840er Jahren am Observatorium erfand und entwickelte, und auch die ersten automatischen meteorologischen Aufzeichnungsinstrumente dort installiert zu haben (siehe zum Beispiel Howarth, S.158).
Persönliches Leben
Wheatstone heiratete Emma West, Jungfer, eine Tochter des verstorbenen John Hooke West , am 12. Februar 1847 in Christ Church, Marylebone. Die Ehe wurde auf Lizenz geschlossen.
Siehe auch
Verweise
Weiterlesen
- Die wissenschaftlichen Arbeiten von Sir Charles Wheatstone (1879)
- Dieser Artikel enthält Text aus Heroes of the Telegraph von John Munro (1849–1930) aus dem Jahr 1891, der jetzt gemeinfrei und auf dieser Site verfügbar ist.
