Земли обратный телеграф является системой , в которой путь возврата для электрического тока в виде схемы телеграфной обеспечиваются соединением с землей через заземляющий электрод . Использование возврата через землю позволяет значительно сэкономить на затратах на установку, так как вдвое сокращается количество требуемого провода с соответствующей экономией труда, необходимого для его натягивания. Пионеры телеграфа не сразу заметили преимущества этого метода, но он быстро стал нормой после того, как в 1838 году Карл Август фон Штайнхейл ввел в эксплуатацию первый телеграф с обратным сигналом Земли .
К концу XIX века телеграф возврата к Земле начал испытывать проблемы из-за появления электрических трамваев . Это серьезно нарушило работу системы возврата на землю, и некоторые цепи были возвращены в старую систему возврата из металлических проводов. В то же время рост телефонии , которая была еще более нетерпимой к помехам в системах заземления, начал полностью вытеснять электрическую телеграфию, положив конец технике возврата на землю в телекоммуникациях .
Описание
Телеграфная линия между двумя телеграфными станциями, как и все электрические цепи , требует двух проводников для образования полной цепи. Обычно это означает наличие в цепи двух отдельных металлических проводов, но в цепи заземления один из них заменяется соединениями с землей (также называемыми землей) для замыкания цепи. Подключение к земле осуществляется с помощью металлических пластин с большой площадью поверхности, закопанных глубоко в землю. Эти пластины могли быть изготовлены из меди или оцинкованного железа. Другие методы включают подключение к металлическим газовым или водопроводным трубам, если они есть, или прокладку длинного троса на влажной земле. Последний метод не очень надежен, но был распространен в Индии до 1868 г. [1]
Почва имеет низкое удельное сопротивление по сравнению с медными проводами, но Земля представляет собой настолько большое тело, что фактически образует проводник с огромной площадью поперечного сечения и высокой проводимостью . [2] Необходимо только обеспечить хороший контакт с Землей на двух станциях. Для этого земляные плиты должны быть заглублены достаточно глубоко, чтобы они всегда соприкасались с влажной почвой. В засушливых районах это может быть проблематично. Операторам иногда предлагали полить водой пластины заземления для поддержания связи. [3] Пластины также должны быть достаточно большими, чтобы пропускать достаточный ток. Для цепи заземления , чтобы иметь проводимость так хорошо , как проводник он заменяет, площадь поверхности пластины выполнена больше , чем площадь поперечного сечения проводника одним и тем же коэффициентом , как удельное сопротивление земли превышает удельное сопротивление от меди , или любой другой металл, который используется для проволоки. [4]
Причина использования
Преимущество системы заземления состоит в том, что она уменьшает количество металлического провода, которое в противном случае потребовалось бы, что дает значительную экономию на длинных телеграфных линиях, которые могут простираться на сотни или даже тысячи миль. [5] Это преимущество не было столь очевидным в ранних телеграфных системах, которые часто требовали нескольких сигнальных проводов. Все цепи в такой системе могут использовать один и тот же единственный обратный провод ( несимметричные линии ), поэтому экономия средств будет минимальной. Примеры многопроволочных систем включают экспериментальную систему Павла Шиллинга в 1832 году, которая имела шесть сигнальных проводов, так что кириллица могла быть закодирована двоичным кодом , [6] и пятиигольный телеграф Кука и Уитстона в 1837 году. обратный провод вообще, потому что пять сигнальных проводов всегда использовались парами с токами противоположной полярности, пока не были добавлены кодовые точки для цифр . [7]
Стоимость многопроволочных систем быстро привела к тому, что однопроводные системы стали нормой для междугородного телеграфа. Примерно в то время, когда было введено возвращение на Землю, двумя наиболее широко используемыми системами были система Морзе Сэмюэля Морса (с 1844 г.) [8] и одноигольный телеграф Кука и Уитстона (с 1843 г.). [9] Осталось несколько систем с двумя сигнальными проводами; система с двумя иглами Кука и Уитстона, используемая на британских железных дорогах [10], и телеграф Фуа-Бреге, используемый во Франции. [11] С уменьшением количества сигнальных проводов стоимость обратного провода была намного более значительной, что привело к тому, что возврат на землю стал стандартом. [12]
Телеграфная система | Количество требуемых или предлагаемых проводов |
---|---|
Штайнхайль (1838 г.) [13] | 1 |
Кук и Уитстон (1837 г.) [14] | 5 |
Шиллинг (1832 г.) [15] | 8 |
Зёммерринг (1809) [16] | 35 год |
Ричи (1830) [17] | 52 |
Ампер (1820) [18] | 60 |
Телеграф Земмерринга был электрохимическим, а не электромагнитным телеграфом и размещен вне хронологического порядка. Он показан здесь для сравнения, потому что он непосредственно вдохновил Шиллинга на создание электромагнитного телеграфа, но Шиллинг использовал значительно меньшее количество проводов. [19]
История
Ранние эксперименты
Первое использование возврата через землю для замыкания электрической цепи было сделано Уильямом Ватсоном в 1747 году, за исключением экспериментов с использованием пути возврата воды. Во время демонстрации на Шутерс-Хилл в Лондоне Уотсон пропустил электрический ток через 2800 футов железного провода, изолированного обожженным деревом, с обратным заземлением. Позже в том же году он увеличил это расстояние до двух миль. [20] Одной из первых демонстраций пути возврата воды был Джон Генри Винклер , [примечание 1], профессор из Лейпцига , который использовал реку Плейс таким образом в эксперименте 28 июля 1746 года. [21] Первая. Экспериментатором по тестированию схемы заземления с низковольтной батареей, а не с высоковольтной машиной трения был Басс из Хамельна в 1803 году. [22] Эти ранние эксперименты не были нацелены на создание телеграфа, а скорее были предназначены для определения скорость электричества. В действительности передача электрических сигналов оказалась быстрее, чем экспериментаторы смогли измерить - неотличимой от мгновенной. [23]
Результат Ватсона, похоже, был неизвестен или забыт ранними экспериментаторами в области телеграфа, которые использовали обратный проводник для замыкания цепи. [24] Одним из первых исключений был телеграф, изобретенный Харрисоном Греем Дьяром в 1826 году с использованием машин трения. Дьяр продемонстрировал этот телеграф на гоночной трассе на Лонг-Айленде , штат Нью-Йорк, в 1828 году, используя цепь возврата к Земле. Демонстрация была попыткой заручиться поддержкой строительства линии Нью-Йорк - Филадельфия , но проект не увенчался успехом (и вряд ли сработает на большом расстоянии), Дьяр был быстро забыт, и возвращение Земли пришлось заново изобретать. . [25]
Первый телеграф возврата на землю
Первый телеграф, введенный в эксплуатацию с возвратом земли, принадлежит Карлу Августу фон Штайнхейлю в 1838 году. [26] Открытие Штайнхейля не зависело от более ранних работ, и его часто неточно называют изобретателем этого принципа. [27] Штайнхайль работал над обеспечением телеграфом вдоль железнодорожной линии Нюрнберг-Фюрт , на расстоянии пяти миль. По предложению Карла Фридриха Гаусса Штайнхейль сначала попытался использовать два рельса пути в качестве проводников телеграфа. Это не удалось, потому что рельсы не были хорошо изолированы от земли и, следовательно, между ними был токопроводящий путь. Однако эта первоначальная неудача заставила Штайнхейля понять, что землю можно использовать в качестве проводника, и затем ему удалось использовать только один провод и заземление. [28]
Стейнхейль понял, что «гальваническое возбуждение» в земле не ограничивается прямым маршрутом между двумя концами телеграфного провода, а распространяется наружу до бесконечности. Он предположил, что это могло означать, что телеграфия вообще без проводов возможна; он, возможно, был первым, кто рассмотрел возможность беспроводного телеграфирования . Ему удалось передать сигнал на 50 футов с помощью электромагнитной индукции , но это расстояние не имело практического значения. [29]
Использование схем заземления быстро стало нормой, чему способствовал отказ Штайнхейля от патентования идеи - он хотел сделать ее свободно доступной в качестве общественной услуги со своей стороны. [30] Однако Сэмюэл Морс не сразу узнал об открытии Штайнхейля, когда он установил первую телеграфную линию в Соединенных Штатах в 1844 году, используя два медных провода. [31] Возвращение на Землю стало настолько повсеместным, что некоторые инженеры-телеграфисты, похоже, не осознавали, что все ранние телеграфы использовали обратные провода. В 1856 году, через пару десятилетий после введения возврата на землю, Сэмюэл Стэтхэм из компании Gutta Percha Company и Уайлдман Уайтхаус попытались запатентовать обратный провод и дошли до временной защиты. [32]
Проблемы с электричеством
Внедрение электроэнергии, особенно линий электрического трамвая в 1880-х годах [33], серьезно нарушило наземные телеграфные линии. Запуск и остановка трамваев вызывали сильные электромагнитные импульсы, которые подавляли кодовые импульсы на телеграфных линиях. Это было особенно проблемой на линиях, где использовалась высокоскоростная автоматическая работа , и особенно на подводных телеграфных кабелях . Последний тип мог иметь длину в тысячи миль, и, следовательно, приходящий сигнал был слабым. [34] На суше ретрансляторы в линии будут использоваться для регенерации сигнала, но они не были доступны для подводных кабелей до середины 20 века. [35] Чувствительные инструменты, такие как сифонный регистратор, использовались для обнаружения таких слабых сигналов на длинных подводных кабелях, которые легко нарушались трамваями. [36]
Проблема с трамваями в некоторых местах была настолько серьезной, что привела к повторному использованию обратных проводов. Обратный проводник, идущий по тому же пути, что и основной провод, будет иметь наведенные в нем такие же помехи. Такие синфазные помехи можно полностью устранить, если обе части схемы идентичны ( симметричная линия ). Один такой случай вмешательства произошел в 1897 году в Кейптауне , Южная Африка. Нарушение было настолько велико, что не только подземный кабель через город был заменен сбалансированной линией, но и сбалансированный подводный кабель был проложен на пять или шесть морских миль в сторону моря и там соединен с первоначальным кабелем. [37] Появление телефонии , которая первоначально использовала те же заземляющие линии, которые использовались в телеграфии, сделало необходимым использование симметричных цепей, поскольку телефонные линии были еще более восприимчивы к помехам. Одним из первых, кто понял, что цельнометаллические схемы решат серьезные проблемы с шумом, возникающие в телефонных цепях с заземлением, был Джон Дж. Карти , будущий главный инженер Американской телефонной и телеграфной компании . Карти начал устанавливать металлические возвратные линии на подконтрольных ему линиях и сообщил, что шумы тут же почти полностью исчезли. [38]
Смотрите также
- Однопроводной заземляющий провод , используемый для распределения электроэнергии.
Заметки
- ↑ Полное имя найдено из Philosophical Transactions of the Royal Society of London , vol. 9 (1744–1749), с. 494.
Рекомендации
- ^ Schwendler, стр. 203-206
- Брукс, стр. 117–120.
- ^ Уин, стр. 22
- ^ Дорогая, стр. 378
- ^ Fahie, стр. 346-347, ссылаясьШтейнгель
- ^ Швендер, стр. 204
- Кан, стр. 70
- ^ Huurdeman, стр. 54
- Ширс, стр. 286
- ^ Хаббард, стр. 63
- ^ Huurdeman, стр. 141
- ^ Huurdeman, стр. 69
- ^ Хаббард, стр. 78
- ^ Хольцманн & Pehrson, стр. 93-94
- ^ Кан, стр. 70
- ^ Fahie, стр. 344-345
- Перейти ↑ Burns, pp. 128–129
- ^ Артеменко
- ^ Fahie, стр. 230-231
- ^ Fahie, стр. 303-305
- ^ Fahie, стр. 275
- ^ Huurdeman, стр. 54
- ^ Ястребы, стр. 421
- ^ Ястребы, стр. 343
- ^ Швендлер, стр. 204
- ^ Ястребы, стр. 343
- ^ Сквендлер, стр. 205
- Чарльз Брайт , в «Троттере», стр. 516
- ^ Калверт
- ^ Флеминг, стр. 511
- ^ Например,
- Стахурский, с. 80
- Уин, стр. 22
- ^ Ястребы, стр. 421
- Кинг, стр. 284
- Calvert
- ^ Fahie, стр. 4-5
- Флеминг, стр. 511
- ^ Stachurski, стр. 80
- Calvert
- ^ Прескотт, стр. 272
- ^ Яркий в Троттере, стр. 516
- ^ Margalit, стр. 69
- ^ Брайт, у Троттера, стр. 517
- ^ Huurdeman, стр. 327
- ^ Trotter, стр. 501-502
- ^ Trotter, стр. 510-512
- ^ Хендрик, стр. 102
- Кан, стр. 70–71.
Библиография
- Артеменко, Роман, "Павел Шиллинг - изобретатель электромагнитного телеграфа" , PC Week , т. 3, вып. 321, 29 января 2002 г.
- Брукс, Дэвид , "Индийские и американские телеграфы" , Журнал Общества инженеров телеграфии , вып. 3. С. 115–125, 1874.
- Бернс, Рассел В., Коммуникации: Международная история формирующих лет , IEE, 2004 ISBN 0863413277 .
- Калверт, Джеймс Б., Электромагнитный телеграф , получено 14 апреля 2020 года.
- Комиссары по патентам, патентам на изобретения: сокращения спецификаций, относящихся к электричеству и магнетизму, их генерации и применениям , Джордж Э. Эйр и Уильям Споттисвуд, 1859. Претензия Стэтхэма и Уайтхауса на обратный провод находится на странице 584 .
- Дарлинг, Чарльз Р., "Полевые телефоны" , The Electrical Review , vol. 77, нет. 1973, стр. 377–379, 17 сентября 1915 г.
- Фахи, Джон Джозеф, История беспроводной телеграфии, 1838–1899 , Эдингбург и Лондон: Уильям Блэквуд и сыновья, 1899 LCCN 01-5391 .
- Флеминг, Джон Амброуз , Принципы электроволновой телеграфии , Лондон: Лонгманс, 1910 г. OCLC 561016618 .
- Хоукс, Эллисон, «Пионеры беспроводной связи» , Wireless World , vol. 18, №№ 9 и 11, стр. 343–344, 421–422, 3 и 17 марта 1926 г.
- Хендрик, Бертон Дж., Эпоха большого бизнеса , Козимо, 2005 г. ISBN 1596050675 .
- Хаббард, Джеффри, Кук и Уитстон и изобретение электрического телеграфа , Routledge, 2013 г. ISBN 1135028508 .
- Хьюрдеман, Антон А., Всемирная история телекоммуникаций , Wiley, 2003 г. ISBN 9780471205050 .
- Кан, Дуглас, Earth Sound Earth Signal: Energy and Earth Magnitude in the Arts , University of California Press, 2013. ISBN 0520257804 .
- Кинг, У. Джеймс, «Развитие электрических технологий в XIX веке: телеграф и телефон» , стр. 273–332 в, Вклады Музея истории и технологий: документы 19–30 , Смитсоновский институт, 1963 г. OCLC 729945946 .
- Маргалит, Гарри, Энергия, Города и устойчивость , Routledge, 2016 г. ISBN 1317528166 .
- Прескотт, Джордж Бартлетт, История, теория и практика электрического телеграфа , Бостон: Тикнор и Филдс, 1866 LCCN 17-10907 .
- Швендлер, Луис , Инструкции по проверке телеграфных линий и техническому оснащению офисов , т. 2, Лондон: Trèubner & Co., 1878 г. OCLC 637561329
- Ширс, Джордж, Электрический телеграф: историческая антология , Arno Press, 1977 OCLC 1067753076 .
- Стахурски, Ричард, Долгота по проводам: в поисках Северной Америки , Университет Южной Каролины, 2009 г. ISBN 1570038015 .
- Троттер, А.П., "Нарушение работы подводного кабеля электрическими трамваями" , Журнал Института инженеров-электриков , вып. 26, вып. 130, стр. 501–514, июль 1897 г.
- "Обсуждение статьи мистера Троттера" , op. соч. С. 515–532.
- Уин, Эндрю, от Dot-Dash до Dot.Com: как современные телекоммуникации превратились из телеграфа в Интернет , Springer, 2010 г. ISBN 1441967605 .