domingo, 25 de novembro de 2012

Photophone de Graham Bell



O Photophone (Fotofone), foi inventado por Alexander Graham Bell em conjunto com seu parceiro assistente Charles Sumner Tainter em 19 de fevereiro de 1880. Bell acreditava que o fotofone era sua mais importante invenção. O dispositivo permitiu que uma conversa telefônica fosse realizada através da luz. Em 3 de junho de 1880, Bell transmitiu a primeira mensagem telefônica no seu novo invento.
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Este artigo é sobre Alexander Graham Bell e Charles Sumner Tainter e o telefone óptico. Para a tecnologia som sobre filme olhe o verbete RCA Photophone


O photophone (também conhecido como um radiofone) é um dispositivo de telecomunicações, que permitiram a transmissão de voz sobre um feixe de luz. Foi inventado em conjunto por Alexander Graham Bell e seu assistente Charles Sumner Tainter em 19 de fevereiro de 1880, no laboratório Bell na rua 'L' nº 1325, em Washington, DC . Ambos mais tarde tornaram se sócios plenos no Laboratório Volta Association, criado e financiado por Bell.

Em 21 de junho de 1880, o assistente de Bell transmitiu uma mensagem de voz do telefone sem fio de distância considerável, a partir do telhado da Escola Franklin para a janela do laboratório de Bell, próximo de 213 metros (700 pés) de distância. 

Bell acreditava que o Photophone foi a sua mais importante invenção. Das 18 patentes concedidas em nome de Bell sozinho, e as 12 que compartilhou com seus colaboradores, quatro patentes foram para o Photophone, que Bell referia se como sua "maior conquista", escrevendo que o Photophone era "a maior invenção que [tinha] ​​ feita, maior do que o telefone "

O Photophone foi precursor dos sistemas de fibra óptica de comunicação que atingiram o uso popular em todo o mundo a partir dos anos 1980.  A patente mestre para o Photophone (Patente dos EUA 235.199 Aparelho para sinalização e comunicação, chamado Photophone), foi emitido em dezembro de 1880, muitas décadas antes de seus princípios passaram a ter aplicações práticas. 



Design 


A Invenção de Bell e Tainter baseou-se na descoberta das propriedades fotovoltaicas de certos materiais por A. E. Becquerel em 1839 . O Photophone usa  células cristalinas de selénio no ponto focal do seu receptor parabólico.  A resistência elétrica deste material varia inversamente com a iluminação caindo sobre ele, ou seja, a sua resistência é mais elevada quando é, no escuro, e inferior quando é exposto à luz. A ideia do Photophone foi assim para modular um feixe de luz: a iluminação resultante variação do receptor induziria uma resistência correspondente variação nas células de selénio, o qual foi então usado para regenerar os sons captados pelo receptor de telefone. As células de selénio no receptor parabólico tinha uma resistência eléctrica que varia entre 100 e 300 Ω (ohms).


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Ilustração de um transmissor Photophone, mostrando o caminho da luz reflectida, antes e depois de serem modulados 



A modulação do feixe de luz transmitida foi feito por um espelho feito a vibrar através da voz de uma pessoa: o espelho fino alternaria entre côncava e formas convexas, incidindo assim ou dispersar a luz proveniente da fonte luminosa. O Photophone funcionaram de forma semelhante ao telefone, exceto que o Photophone usa a luz modulada como um meio de transmissão de informação, enquanto o telefone dependia de um sinal modulado eléctrico realizado ao longo de um circuito de fios condutores.

Bell descreveu em seus escritos: 

 "Verificou-se que a forma mais simples de um aparelho para produzir o efeito (transmissor / modulador) é constituída por um plano de espelho de material flexível contra a parte de trás do que da voz do utilizador é dirigido. Sob a ação da voz o espelho se torna alternadamente convexas e côncavas e assim alternadamente dispersa e condensa a luz. "

Em seu discurso na Associação Americana para o Avanço da Ciência, em agosto de 1980, Bell deu crédito para a primeira demonstração de transmissão de voz pela luz a um A. C. Brown de Londres, no outono de 1878.  


 Primeiro sucesso de comunicação de voz  sem fio

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Um diagrama de um  Photophone de 1880 nos croquis de Bell 



Enquanto em lua de mel na Europa com sua noiva Mabel Hubbard, Bell provavelmente leu as propriedade recém descoberta de selênio com uma resistência variável quando postas em prática pela luz, em um artigo de Robert Sabine como publicado na revista Nature em 25 de Abril de 1878. Nas suas experiências, Sabine utilizado um medidor para ver os efeitos da atuação luz sobre selênio ligado num circuito de uma bateria. No entanto Bell fundamentado que adicionando um receptor de telefone para o mesmo circuito que ele seria capaz de ouvir o que Sabine só poderia ver. 

Como ex-associado de Bell, Thomas Watson, foi totalmente ocupado como a superintendência de produção para a nascente Companhia Bell Telephone, de volta a Boston, Massachusetts, Bell contratou Charles Sumner Tainter, um fabricante de instrumentos que já havia sido designado para os Estados Unidos "para a comissão do Trânsito de Vênus em 1874, para seu novo laboratório da rua 'L" em Washington, à taxa de $ 15 por semana.

Em Fevereiro de 1880, o par conseguiu fazer um Photophone funcional no seu novo laboratório anexando um conjunto de grades metálicas de um diafragma, com um feixe de luz a ser interrompido pelo movimento grades em resposta a sons de voz. Quando o feixe de luz modulada caiu sobre seu receptor de selênio, Bell foi capaz de ouvir claramente Tainter  cantando Auld Lang Syne  em seus fones de ouvido.

Em 01 de abril de 1880 em Washington, DC, Bell e Tainter comunica o experimento de cerca de 79 metros ao longo de um corredor para a janela traseira do laboratório. Então, alguns meses depois, em 21 de junho, eles conseguiram se comunicar claramente a uma distância de cerca de 213 metros (cerca de 700 pés), usando a luz solar simples como sua fonte de luz, a iluminação elétrica prática, tendo sido inventado por Edison. O transmissor nas suas experiências posteriores tinham luz refletida para fora da superfície de um espelho muito fina posicionada na extremidade de um tubo de voz, como palavras foram ditas causam o espelho para oscilar entre convexa e côncava, alterando a quantidade de luz reflectida a partir da sua superfície para o receptor. Tainter, que estava no telhado da Escola Franklin, falou a Bell, que estava em seu laboratório e escuta o que sinalizou de volta para Tainter acenando seu chapéu vigorosamente a partir da janela, como havia sido solicitado.

Ilustração de um receptor photophone, que descreve a conversão de luz modulada para o som, bem como a sua fonte de energia eléctrica (P)

 O receptor foi um espelho parabólico com células de selênio em seu ponto focal.  Realizado a partir do telhado da Escola Franklin do laboratório de Bell na rua 'L' 1325 ; esta foi a comunicação no mundo do primeiro telefone formal sem fio (longe de seu laboratório), tornando assim o mais antigo photophone radiofone conhecido do mundo e sistemas de telefone sem fio, pelo menos 19 anos à frente das primeiras transmissões de rádio falado. Antes, Bell e Tainter haviam concluído suas investigações, a fim de avançar para o desenvolvimento do Graphophone, eles tinham inventado cerca de 50 diferentes métodos de feixes de luz de modulação e demodulação para telefonia óptica. 



Recepção e adoção

O telefone ainda era uma novidade, e rádio estava a décadas de distância da comercialização. A reticência social a forma futurista do Photophone de comunicação era palpável, como pode ser percebido em comentário do Nova York Times, em 1880   :  


"O homem comum ... encontra-se uma dificuldade em compreender como raios solares estão a ser utilizados. O professor de Bell pretende conectar Boston e Cambridge ... com uma linha de raios de sol pendurado em postes telegráficos, e, em caso afirmativo, qual diâmetro são os raios de sol para ser .... [e] vai ser necessário isolá-los contra o tempo ... até que (o público) vê um homem a atravessar as ruas com uma bobina de n º 12 raios de sol em seu ombro, e suspendendo de pólo a pólo, haverá um sentimento geral de que há algo sobre photophone do Professor Bell que coloca uma tremenda pressão sobre a credulidade humana. "

No entanto, no momento de sua descoberta fevereiro 1880, Bell estava imensamente orgulhoso do feito, até o ponto que ele queria colocar o nome de sua segunda filha de "Photophone", que foi sutilmente desencorajado por sua esposa Mabel Bell (que em vez escolheu Marian, e Daisy como seu apelido). Ele escreveu um pouco em êxtase:

"Eu ouvi a fala articulada pela luz solar! Eu ouvi um raio de sol e tosse rir e cantar! ... Eu tenho sido capaz de ouvir uma sombra e não tenho sequer percebido pelo ouvido a passagem de uma nuvem através do disco do sol. Você é o avô do Photophone e quero compartilhar a minha alegria com o meu sucesso. "
Alexander Graham Bell, em uma carta a seu pai, Alexander Melville Bell, datado de 26 de fevereiro, 1880

Bell transferiu os direitos do Photophone para a empresa americana Bell Telephone em maio 1880. Enquanto Bell esperava que seu Photophone poderia ser usado por navios no mar e também para substituir a infinidade de linhas telefônicas que estavam florescendo ao longo de avenidas movimentadas da cidade, seu projeto falhou em proteger suas transmissões de interferências exteriores, tais como nuvens, nevoeiro, chuva, neve e tal, que poderia facilmente interromper a transmissão de luz. Fatores como o clima e a falta de luz inibiu o uso da invenção de Bell. Não muito tempo depois de seus laboratórios de invenção no sistema de Bell continuou a melhorar o Photophone na esperança de que ele poderia complementar ou substituir caras linhas telefônicas convencionais. Mais cedo o seu uso não experimental veio com sistemas de comunicações militares durante a Primeira Guerra Mundial e 2ª Guerra, sua principal vantagem é que sua luz baseados em transmissões não pode ser interceptado pelo inimigo.

Bell ponderou o possível uso do Photophone científico na análise espectral de fontes de luz artificial, nas estrelas e nas manchas solares. Mais tarde, ele também especulou sobre os possíveis aplicações futuras, embora ele não antecipou a telecomunicações a laser ou de fibra óptica;

"Pode imaginar o que a imaginação do futuro desta invenção é para ser! .... Podemos falar por luz visível a qualquer distância, sem qualquer fio condutor .... Na ciência em geral, as descobertas será fazer pelo Photophone que são inimagináveis ​​agora."



 Maior desenvolvimento


Embora os pesquisadores da Bell Telephone fez várias modestas melhorias incrementais sobre os projeto de Bell e Tainter, desenvolvimento do Photophone foi amplamente experimentados pelos germanicos e austríacos no começo da virada do século 20. A Companhia Alemã Siemens & Halske aumentou sua gama atual, utilizando lâmpadas moduladas  de arco de carbono que proporcionou um alcance útil de aproximadamente 8 quilômetros (5,0 milhas). Eles produziram unidades comercialmente para a marinha alemã, que foram posteriormente adaptados para aumentar a sua gama de 11 km (6,8 milhas) usando holofotes voz modulada de navios.

Pesquisa do almirantado britânico durante primeira Guerra mundial resultou no desenvolvimento de um modulador por espelho vibratório em 1916. Mais células sensíveis do recepção através de molibdenita, que também teve uma maior sensibilidade para radiação infravermelha, substituiu as células mais velhas de selênio em 1917.

Em 1935 a companhia Alemã Carl Zeiss começou a produzir Photophones de infra-vermelhos para batalhões de tanque do exército alemão, empregando lâmpadas de tungstênio com infra-vermelho, que eram filtros modulado por espelhos ou prismas vibrando. Estes receptores também utilizados que empregados de células de sulfureto de chumbo e amplificadores, aumentando sua gama de 14 km (8,7 milhas) em condições ideais. Os exércitos japoneses e italianos também tentaram desenvolvimento similar de telecomunicações por onda de luz

Laboratórios militares, incluindo os dos Estados Unidos, continuaram as Pesquisas & Desenvolvimentoso para esforços no Photophone em 1950, experimentando com lâmpadas de alta pressão de arco de mercúrio entre 500 e 2000 watts de potência.

 Comemorações


Cerimônia Escola Franklin em 1947

Em 3 de março de 1947, no centenário de nascimento de Alexander Graham Bell, os Pioneiros Telefone da América dedicou um marco histórico na lateral de um dos prédios, a Escola Franklin, que Bell e Sumner Tainter utilizaram para o seu primeiro julgamento formal, envolvendo um considerável distância. Tainter tinha estado originalmente no telhado do prédio da escola e transmitia para a Bell na janela de seu laboratório. A placa, que não reconheceu as contribuições científicas e de engenharia de Tainter, leia:




 Do último andar deste edifício
Foi enviado em 3 de junho de 1880
Sobre um feixe de luz para a rua 'L" nº 1325 
A mensagem do primeiro telefone sem fio
na história do mundo.
O aparelho utilizado no envio da mensagem 
foi o Photophone inventado por
ALEXANDER GRAHAM BELL
Inventor do telefone
Esta placa foi colocada aqui para
 ALEXANDER GRAHAM BELL
PIONEIROS DO TELEFONE DA AMÉRICA
03 de março de 1947
no centenário de nascimento do Dr. BELL



 Uma imagem de placa de bronze escurecido histórica com uma raia de corrosão verde que corre para baixo, montado no lado exterior de um edifício de tijolos. Uma chapa de histórico no lado da Escola Franklin, em Washington, DC, que marca um dos pontos a partir dos quais o Photophone foi demonstrada





1980 a comemoração do centenário


Em 19 de fevereiro de 1980, exatamente 100 anos depois no dia da transmissão do primeiro 
photophone de Bell e de Tainter em seu laboratório pessoal, no Instituto  Smithsonian, o National Geographic Society e a AT & T e os Laboratório Bell  se reuniram no local do antigo Laboratório Bell na Rua 'L' nº 1325 no laboratório Volta, em Washington, DC, para uma comemoração do evento.

A comemoração do Centenário do Photophone tinha sido previamente proposto pela
pesquisador eletrônico e escritor Forrest M. Mims, que sugeriu ao Dr. Melville Bell Grosvenor, neto do inventor, durante uma visita a seu escritório na National Geographic Society. O agrupamento histórico observou mais tarde o centenário da primeira transmissão bem sucedida do photophone do laboratório; usando um Photophone para demonstração feito a mão por Mims, que funcionava semelhante ao modelo Bell e Tainter.

Mims também construiu e forneceu um par de modernos transceptores portáteis a LED movidos a bateria conectadas por 100 jardas (91 m) de fibra óptica. Richard Gundlach dos Laboratório Bell e Elliot
Sivowitch do Smithsonian  usaram o dispositivo na comemoração de demonstração aos descendentes dos modernos Photophone. A National Geographic Society também montou uma exposição especial de educação no seu Hall Explorer, destacando a invenção do photophone com itens originais emprestado do Instituto Smithsonian. 

Traduzido do wikipédia em inglês usando google translate 





    Ver também


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Photophone - AT&T Archives: Lightwave 

  Use as legenda em inglês para compreender melhor o audio

 

The Photophone 




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