Чарльз Уитстон - Charles Wheatstone

Сэр Чарльз Уитстон
Уитстон Чарльз рисунок 1868.jpg
Уитстон,
нарисованный Сэмюэл Лоуренс в 1868 г.
Родился(1802-02-06)6 февраля 1802 г.
Barnwood, Глостершир, Англия
Умер19 октября 1875 г.(1875-10-19) (73 года)
Париж, Франция
ИзвестенМост Уитстона, Шифр playfair, ранние взносы в Спектроскопия и Телеграфия
НаградыКоролевская медаль (1840, 1843)
Медаль Альберта (1867)
Медаль Копли (1868)
Научная карьера
ПоляФизика
УчрежденияКоролевский колледж Лондона

Сэр Чарльз Уитстон /ˈшятsтəп/[1] ФРС FRSE DCL LLD (6 февраля 1802-19 октября 1875), английский ученый и изобретатель многих научных открытий Викторианская эпоха, в том числе Английская концертина, то стереоскоп (устройство для отображения трехмерных изображений), а Шифр playfair (ан шифрование техника). Тем не менее, Уитстон наиболее известен своим вкладом в разработку Мост Уитстона, первоначально изобретенный Сэмюэл Хантер Кристи, который используется для измерения неизвестного электрического сопротивления, и в качестве основного показателя в разработке телеграфия.

Жизнь

Чарльз Уитстон родился в Barnwood, Глостершир. Его отец, У. Уитстон, продавал музыку в городе, а четыре года спустя переехал в Пэлл-Мэлл, 128, Лондон, где стал учителем игры на флейте. Чарльз, второй сын, учился в деревенской школе недалеко от Глостера, а затем в нескольких учреждениях в Лондоне. Один из них был в Kennington и хранилась у миссис Каслмейн, удивленная его быстрым прогрессом. От другого он убежал, но был схвачен в Виндзор, недалеко от театра его практического телеграфа. В детстве он был очень застенчивым и чувствительным, любил уединяться на чердаке без какой-либо другой компании, кроме его собственных мыслей.

Уитстон английский концертина

Когда ему было около четырнадцати лет, он поступил в ученики к своему дяде и тезке, изготовителю и продавцу музыкальных инструментов в 436 Strand, Лондон; но он не проявлял особого вкуса к ремеслу или бизнесу и больше любил изучать книги. Его отец поддержал его в этом и, наконец, избавил его от заботы дяди.

В возрасте пятнадцати лет Уитстон перевел французские стихи и написал две песни, одна из которых была передана его дяде, который опубликовал ее, не зная, что это сочинение его племянника. Некоторые его строки на лира стал девизом гравюры Бартолоцци. Он часто посещал старую книжную лавку в окрестностях Pall Mall, который тогда был ветхой и немощеной улицей. Большую часть своих карманных денег он тратил на покупку книг, которые ему понравились, будь то сказки, история или наука.

Однажды, к удивлению продавца, он пожелал книгу об открытиях Вольта в электричестве, но не имея цены, он сэкономил свои гроши и обеспечил объем. Он был написан по-французски, и поэтому ему пришлось снова откладывать деньги, пока он не купил словарь. Затем он начал читать книгу и с помощью своего старшего брата Уильяма повторять описанные в ней эксперименты с самодельной батареей в буфетной за отцовским домом. При постройке батареи у мальчиков-философов не хватило денег на приобретение необходимых медных пластин. У них осталось всего несколько медных монет. Радостная мысль пришла в голову Чарльзу, который был лидером в этих исследованиях: «Мы должны использовать сами гроши», - сказал он, и батарея вскоре была полностью заряжена.

В Крайстчерче, Мэрилебон 12 февраля 1847 года Уитстон женился на Эмме Уэст. Она была дочерью Taunton торговец и красивого вида. Она умерла в 1866 году, оставив на его попечение семью из пяти маленьких детей. Его домашняя жизнь была тихой и спокойной.

Несмотря на молчание и сдержанность на публике, Уитстон был ясным и многословным собеседником наедине, если брать на себя его любимые занятия, а его маленький, но активный человек, его простое, но умное лицо было полно оживления. Сэр Генри Тейлор рассказывает нам, что однажды он наблюдал, как Уитстон на вечеринке в Оксфорде искренне рассказывал лорду Пальмерстону о возможностях своего телеграфа. - Вы так не говорите! воскликнул государственный деятель. - Я должен заставить вас передать это лорд-канцлеру. Сказав так, он прицепил электрика к лорду Уэстбери и совершил побег. Воспоминание об этом интервью могло побудить Пальмерстона заметить, что наступает время, когда министра можно было спросить в парламенте, разразилась ли война в Индии, и он ответил бы: «Погодите; Я просто телеграфирую генерал-губернатору и дам вам знать.

Уитстон в более поздние годы

Уитстон был посвящен в рыцари в 1868 году, после создания автоматического телеграфа.[2] Ранее он был удостоен звания кавалера Почетный легион. Около тридцати четырех наград и дипломов отечественных или зарубежных обществ свидетельствовали о его научной репутации. С 1836 года он был членом Королевского общества, а в 1859 году он был избран иностранным членом Королевского общества. Шведская королевская академия наук, а в 1873 г. иностранный сотрудник Французская Академия Наук. В том же году он был награжден медалью Ампера Французским обществом поощрения национальной промышленности. В 1875 г. он стал почетным членом Института инженеров-строителей. Он был D.C.L. Оксфорда и доктор юридических наук. Кембриджа.

Во время визита в Париж осенью 1875 года, когда он занимался совершенствованием своего приемного устройства для подводных кабелей, он простудился, что привело к воспаление легких, болезнь, от которой он умер в Париже 19 октября 1875 года. В англиканской капелле в Париже состоялась поминальная служба, на которой присутствовала делегация Академии. Его останки были доставлены в его дом в парке Кресент в Лондоне (отмечен значком синий налет сегодня) и похоронен в Кенсал-Грин кладбище.

Музыкальные инструменты и акустика

В сентябре 1821 года Уитстон привлек к себе всеобщее внимание, выставив «Зачарованную лиру» или «Акукриптофон» в музыкальном магазине по адресу: Pall Mall и в галерее Аделаиды. Он состоял из имитирующей лиры, подвешенной к потолку на веревке, и издававшей звуки нескольких инструментов - фортепиано, арфа, и цимбалы. На самом деле это была просто звуковая коробка, а шнур представлял собой стальной стержень, который передавал вибрации музыки от нескольких инструментов, которые играли вне поля зрения и в ушах. В этот период Уитстон провел множество экспериментов со звуком и его передачей. Некоторые из его результатов сохранились в книге Томсона. Анналы философии на 1823 год.

Он признал, что звук распространяется волнами или колебаниями атмосферы, поскольку тогда считалось, что свет возникает благодаря волнам атмосферы. светоносный эфир. Вода и твердые тела, такие как стекло, металл или звонкое дерево, передают модуляции с высокой скоростью, и он разработал план передачи с помощью этого средства звуковых сигналов, музыки или речи на большие расстояния. Он подсчитал, что звук будет распространяться со скоростью 200 миль в секунду (320км / с ) через твердые стержни и предложил телеграфировать из Лондона в Эдинбург в этом случае. Он даже назвал свое устройство «телефоном». (Роберт Гук, в его Микрография, опубликованная в 1667 году, пишет: «Могу заверить читателя, что с помощью растянутой проволоки я в одно мгновение распространил звук на очень значительное расстояние или с таким же быстрым движением, как у света». И не обязательно, чтобы провод был прямым; он мог быть изогнут в углы. Это свойство лежит в основе механического телефона любовника, который, как говорят, был известен китайцам много веков назад. Гук также рассматривал возможность найти способ улучшить наши слуховые способности.)

Писатель в Хранилище искусств 1 сентября 1821 года, говоря о «Зачарованной лире», созерцает перспективу постановки оперы в Королевском театре и наслаждения в театре Номера на Ганноверской площади, или даже в таверне Horns в Кеннингтоне. Вибрации должны распространяться по подземным проводникам, как газ в трубах.

И если можно так управлять музыкой, - замечает он, - возможно, слова речи могут быть подвержены тем же средствам распространения. Красноречие совета, дебаты в парламенте, вместо того, чтобы быть прочитанным только на следующий день, - но мы потеряемся в поисках этой любопытной темы.

Помимо передачи звуков на расстояние, Уитстон изобрел простой инструмент для усиления слабых звуков, которому он дал название «микрофон». Он состоял из двух тонких стержней, которые передавали механические колебания на оба уха, и сильно отличался от стержня. электрический микрофон профессора Хьюза.

В 1823 году его дядя, изготовитель музыкальных инструментов, умер, и Уитстон со своим старшим братом Уильямом переняли бизнес. Чарльз не любил коммерческую часть, но его изобретательность нашла выход в усовершенствовании существующих инструментов и в изобретении философских игрушек. Он также изобрел собственные инструменты. Одним из самых известных был Концертина Уитстона. Это был шестигранный инструмент с 64 клавишами. Эти клавиши предназначены для простых хроматических аппликатур. Английская концертина становилась все более известной на протяжении всей его жизни, однако пика популярности она достигла лишь в начале 20 века.

В 1827 году Уитстон представил свойкалейдофон ', устройство для визуализации вибраций звучащего тела. Он состоит из металлического стержня, на конце которого находится посеребренная бусина, отражающая «пятно» света. Когда стержень вибрирует, пятно описывает сложные фигуры в воздухе, как искра, кружащаяся в темноте. Его фотометр вероятно было предложено этим устройством. Он позволяет сравнивать два источника света по относительной яркости их отражений в посеребренной бусине, которая описывает узкий эллипс, чтобы пятна были параллельны.

В 1828 году Уитстон усовершенствовал немецкий духовой инструмент, названный Мундхармоника, пока он не стал популярной гармошкой, запатентованной 19 декабря 1829 года.[3] Портативный фисгармония - еще одно его изобретение, получившее медаль на Большая выставка 1851 г. Он также усовершенствовал говорящую машину Де Кемпелен, и поддержал мнение сэра Дэвид Брюстер, что до конца этого века певческий и говорящий аппарат будет одним из достижений науки.

В 1834 году Уитстон, завоевавший себе репутацию, был назначен на кафедру экспериментальной физики в Королевский колледж Лондона. Его первый курс лекций по звуку закончился полным провалом из-за его отвращения к публичным выступлениям. На трибуне он был косноязычным и неспособным, иногда поворачивался спиной к публике и бормотал под диаграммы на стене. В лаборатории он чувствовал себя как дома и с тех пор ограничивал свои обязанности в основном демонстрацией.

Скорость электричества

Он прославился благодаря большому эксперименту 1834 года - измерению скорости электрического тока в проводе. Он разрезал провод посередине, чтобы образовалась щель, через которую могла бы перескочить искра, и соединил ее концы с полюсами лейденская банка заполнен электричеством. Таким образом образовались три искры, по одной на каждом конце провода, а другая - в середине. Он установил крошечное зеркальце на часы, так что оно вращалось с большой скоростью, и наблюдал в нем отражения трех своих искр. Концы провода были расположены так, что если бы искры были мгновенными, их отражения были бы одной прямой; но было видно, что средний отставал от других, потому что это было мгновением позже. Электричеству потребовалось определенное время, чтобы пройти от концов провода до середины. Это время было найдено путем измерения величины запаздывания и сравнения ее с известной скоростью зеркала. Получив время, ему достаточно было сравнить его с длиной половины провода, и он смог найти скорость электричества. Его результаты дали расчетную скорость 288000 миль в секунду, то есть быстрее, чем то, что мы теперь знаем как скорость света (299 792,458 километров в секунду (186000 миль / с)), но, тем не менее, были интересным приближением.

Некоторые ученые уже поняли, что «скорость» электричества зависит от свойств проводника и его окружения. Фрэнсис Рональдс наблюдал задержка сигнала в его похоронен электрический телеграф кабель (но не его воздушная линия) в 1816 году и обрисовал в общих чертах причину индукции.[4] Уитстон был свидетелем этих экспериментов в юности, которые, по-видимому, послужили стимулом для его собственных исследований в области телеграфии. Спустя десятилетия, после того как телеграф стал коммерческим, Майкл Фарадей описал, как скорость электрического поля в подводном проводе, покрытом изолятором и окруженном водой, составляет всего 144 000 миль в секунду (232 000 км / с) или даже меньше.

Устройство вращающегося зеркала Уитстона было впоследствии использовано Леон Фуко и Ипполит Физо измерить скорость света.

Спектроскопия

Уитстон и другие также способствовали раннему спектроскопия через открытие и использование спектральных эмиссионных линий.[5][6][7]

Как писал Джон Манро в 1891 году: «В 1835 году на заседании Британской ассоциации в Дублине Уитстон показал, что, когда металлы улетучиваются в электрической искре, их свет, исследуемый через призму, обнаруживает определенные лучи, которые для них характерны. Таким образом, тип металлов, образующих точки искрения, можно определить, анализируя свет искры. Это предположение оказалось очень полезным в спектральном анализе и применялось Роберт Бунзен, Густав Роберт Кирхгоф и др., привело к открытию нескольких новых элементов, таких как рубидий и таллий, а также увеличивая наши знания о небесных светилах ".[8]

Телеграф

Уитстон отказался от идеи передачи интеллекта посредством механической вибрации стержней и занялся электрический телеграф. В 1835 г. он читал лекции по системе Барон Шиллинг и заявил, что уже известны средства, с помощью которых электрический телеграф может принести большую пользу миру. Он провел эксперименты по собственному плану и предложил не только проложить экспериментальную линию через Темзу, но и проложить ее на Лондонско-Бирмингемской железной дороге. Однако до того, как эти планы были осуществлены, его посетил г-н Уильям Фотергилл Кук в своем доме на Кондуит-стрит 27 февраля 1837 года, что оказало большое влияние на его будущее.

Сотрудничество с Куком

Майкл Фарадей, Т. Хаксли, Уитстон, Дэвид Брюстер, и Джон Тиндалл (р.)

Мистер Кук был офицером мадрасской армии, который, будучи дома в отпуске, посещал лекции по анатомии в больнице. Гейдельбергский университет, где 6 марта 1836 г. он стал свидетелем демонстрации с телеграфом профессора Георг Вильгельм Мунке, и был настолько впечатлен его важностью, что отказался от медицинских исследований и посвятил все свои усилия работе по внедрению телеграфа. Вскоре он вернулся в Лондон и в январе 1837 года смог продемонстрировать телеграф с тремя иглами. Чувствуя недостаток научных знаний, он проконсультировался Майкл Фарадей и Питер Марк Роже (в то время секретарь Королевского общества), последний из которых послал его к Уитстону.

Во время второго интервью г-н Кук сказал Уитстону о своем намерении выпустить рабочий телеграф и объяснил свой метод. Уитстон, согласно его собственному заявлению, заметил Куку, что метод не действует, и создал свой собственный экспериментальный телеграф. Наконец, Кук предложил им вступить в партнерство, но Уитстон поначалу не хотел этого делать. Он был известным ученым и намеревался опубликовать свои результаты, не пытаясь извлечь из них выгоду. Кук, с другой стороны, заявил, что его единственной целью было заработать состояние на этой схеме. В мае они согласились объединить свои силы: Уитстон внес свой вклад в науку, а Кук - в административный талант. Партнерский договор был датирован 19 ноября 1837 года. На их изобретения был получен совместный патент, в том числе на пятиигольный телеграф Уитстона,[9] и сигнализация, срабатывающая от реле, в котором ток, погружая иглу в ртуть, замыкает локальную цепь и освобождает фиксатор часового механизма.

Пятиигольный телеграф, созданный главным образом, если не полностью, Уитстоном, был похож на телеграф Шиллинга и основывался на принципе, сформулированном Андре-Мари Ампер - то есть ток подавался в линию, замыкая цепь батареи с помощью замыкающего и размыкающего ключа, а на другом конце он проходил через катушку провода, окружающую магнитную иглу, которая могла свободно вращаться вокруг ее центра. В зависимости от того, какой полюс батареи прикладывался к леске с помощью ключа, ток отклонял иглу в ту или иную сторону. Было пять отдельных контуров, приводящих в действие пять разных игл. Последние поворачивались рядами по центру циферблата в форме ромба, а буквы алфавита располагались на нем таким образом, что на букву буквально указывал ток, отклоняющий к себе две иглы.

Ранние установки

Двухигольный телеграфный прибор того типа, который использовался на Великая Западная железная дорога

Экспериментальная линия с шестым обратным проводом проходила между Юстон конечная остановка и город Камден станции Лондонской и Северо-Западной железных дорог 25 июля 1837 года. Фактическое расстояние составляло всего полмили (2,4 км), но в цепь был вставлен запасной провод, чтобы увеличить ее длину. Перед судом был поздний вечер. Мистер Кук руководил Камден-таун, а мистер Роберт Стивенсон и другие джентльмены смотрели; Уитстон сидел за своим инструментом в темной маленькой комнатке, освещенной сальной свечой, недалеко от кассы в Юстоне. Уитстон отправил первое сообщение, на которое Кук ответил, и «никогда, - сказал Уитстон, - я не испытывал такого беспокойного ощущения раньше, как когда, оставшись один в тихой комнате, я услышал щелчок иголок, и когда я начал писать слова «Я чувствовал, что все масштабы изобретения объявлены практически осуществимыми без всяких придирок и споров».

Однако, несмотря на этот судебный процесс, руководители железной дороги безразлично отнеслись к «новомодному» изобретению и потребовали его удаления. Однако в июле 1839 г. Великая Западная железная дорога, и линия, возведенная из Станция Паддингтон конечная точка к Железнодорожная станция West Drayton, расстояние тринадцать миль (21 км). Часть проволоки сначала была проложена под землей, но впоследствии вся ее подняли на столбах вдоль линии. Их схема в конечном итоге была расширена до Slough в 1841 году и был публично представлен в Паддингтоне как чудо науки, способное передавать пятьдесят сигналов на расстояние 280 000 миль в минуту (7500 км / с). Стоимость входа составляла шиллинг (0,05 фунта стерлингов), и в 1844 году один очарованный наблюдатель записал следующее:

"Он идеально подходит от конечной остановки Великого Вестерна доСлау - то есть восемнадцать миль; провода в некоторых местахпод землей в трубах, а в других высоко в воздухе, которые длятся,он говорит, что это, безусловно, лучший план. Мы спросили, не погода липовлиять на провода, но он не сказал; сильная гроза можетпозвони в колокольчик, но не более того. Нас завели в маленькую комнату (мымиссис Драммонд, мисс Филипс, Гарри Кодрингтон ия - а потом Милманы и мистер Рич), где былинесколько деревянных ящиков с разного рода телеграфами. Каждое слово было написано одним сортом, и поскольку каждая буква помещалась по очередив определенном положении механизм заставил электрическую жидкость работатьпо линии, где письмо показалось на Слау,машины он не мог взяться за объяснение. После каждого слова следовало знак из Слау, означающий "я понимаю", чем одна секунда от конца слова ...... Другой печатает сообщенияэто приносит, так что, если бы никто не обратил внимание на звонок, .... сообщение не было быПотерянный. На это влияет электрическая жидкость, которая заставляет небольшой молоток ударять побуква, которая появляется, буква, которая поднята, попадает в несколько писчая бумага (новое изобретение, черная бумага, которая при нажатии оставляет несмываемая черная метка), благодаря чему отпечаток остается на белой бумагепод. Это был самый гениальный из всех, и, очевидно, мистер Уитстонлюбимый; объяснил он очень добродушно, носам так хорошо понимает, что не может почувствовать, как мало мызнать об этом, и идет слишком быстро, чтобы такой невежественный народего во всем. Миссис Драммонд сказал мне, что он замечательный дляскорость, с которой он думает, и его изобретательность; онизобретает так много вещей, что не может вложить половину своих идей вказнь, но оставляет их на усмотрение и использование другими,которые заслуживают их уважения ".[10]

Общественное внимание и успех

Общественность приглянулась новому изобретению после поимки убийцы Джон Тауэлл, который в 1845 году стал первым человеком, арестованным в результате применения телекоммуникационных технологий. В том же году Уитстон представил две усовершенствованные формы устройства, а именно «одинарный» и «двойной» игольчатые инструменты, в которых сигналы подавались последовательными отклонениями игл. Из них до сих пор используется одноигольный инструмент, для которого требуется только одна проволока.[нужна цитата ]

О развитии телеграфа можно судить по двум фактам. В 1855 году смерть Император Николай в Санкт-Петербург Около часу дня, об этом было объявлено в Палате лордов несколько часов спустя. Результат Дубы 1890 года был получен в Нью-Йорке через пятнадцать секунд после того, как лошади прошли победный пост.

Отличия от Кука

В 1841 году между Куком и Уитстоном возникла разница в доле каждого из них в честь изобретения телеграфа. Вопрос был передан в арбитраж известного инженера, Марк Исамбар Брюнель от имени Кука и профессора Даниэля из Королевского колледжа, изобретателя батареи Даниэля, со стороны Уитстона. Они наградили Кука заслугой за то, что он представил телеграф как полезное предприятие, обещающее иметь национальное значение, а Уитстону - за то, что он своими исследованиями подготовил публику к его принятию. В заключение они сказали: «Благодаря совместным усилиям двух джентльменов, обладающих такой квалификацией для взаимопомощи, мы должны приписать быстрый прогресс, достигнутый этим важным изобретением за пять лет с тех пор, как они были связаны». Решение, пусть и нечеткое, объявляет игольчатый телеграф совместным производством. Если он был в основном изобретен Уитстоном, то в основном он был введен Куком. Их соответствующие доли в предприятии можно сравнить с долями автора и его издателя, если бы не тот факт, что сам Кук имел долю в фактическом произведении изобретения.

Дальнейшие работы по телеграфам

С 1836 по 187 год Уитстон много думал о подводных телеграфах, и в 1840 году он дал показания Железнодорожному комитету Палаты общин о целесообразности строительства предложенной линии от Дувр к Кале. Он даже сконструировал оборудование для изготовления и прокладки кабеля. Осенью 1844 года с помощью мистера Дж. Д. Ллевеллина он погрузил кусок изолированного провода в залив Суонси и через него передал сигнал с лодки на маяк Мамблз. В следующем году он предложил использовать гуттаперча для покрытия предполагаемой проволоки через Английский канал.

В 1840 году Уитстон запатентовал алфавитный телеграф, или «инструмент Уитстона A B C», который двигался шаг за шагом и отображал буквы сообщения на циферблате. Тот же принцип был использован в его типографском телеграфе, запатентованном в 1841 году. Это был первый аппарат, печатавший телеграмму шрифтом. Он работал по двум схемам, и по мере того, как тип вращался, молоток, приводимый в действие током, нажимал нужную букву на бумаге.

Введение телеграфа продвинулось так далеко, что 2 сентября 1845 г. Электротелеграфная компания была зарегистрирована, и Уитстон по договору о партнерстве с Куком получил сумму в 33000 фунтов стерлингов за использование их совместных изобретений.

В 1859 г. Уитстон был назначен Советом по торговле докладывать об атлантических кабелях, а в 1864 г. он был одним из экспертов, консультировавших Атлантическая телеграфная компания на строительстве успешных линий 1865 и 1866 гг.

В 1870 году электрические телеграфные линии Соединенного Королевства, обслуживаемые различными компаниями, были переданы почтовому отделению и переданы под контроль правительства.

Уитстон далее изобрел автоматический передатчик, в котором сигналы сообщения сначала вырубаются на полосе бумаги, которая затем пропускается через отправляющий ключ и контролирует токи сигналов. Заменив механизм руки при отправке сообщения, он смог передать телеграфом около 100 слов в минуту, что в пять раз больше обычной скорости. В службе почтового телеграфа этот аппарат используется для отправки телеграмм прессе, и в последнее время он был настолько усовершенствован, что теперь сообщения отправляются из Лондона в Бристоль со скоростью 600 слов в минуту и ​​даже 400 слов в минуту между Лондоном. и Абердин. В ночь на 8 апреля 1886 года, когда г-н Гладстон представил свой законопроект о самоуправлении в Ирландии, 100 передатчиков Уитстона передали не менее 1 500 000 слов с центральной станции в Сен-Мартен-ле-Гран.План отправки сообщений бегущей полосой бумаги, которая приводит в действие клавишу, был первоначально запатентован Бэйном в 1846 году; но Уитстон, которому помогал г-н Огастес Стро, опытный механик и способный экспериментатор, был первым, кто претворил эту идею в жизнь. Эту систему часто называют перфоратором Уитстона.[11] и является предшественником фондового рынка Тикерная лента[12]

Оптика

Зеркальный стереоскоп Чарльза Уитстона

Стереопсис был впервые описан Уитстоном в 1838 году.[13] В 1840 году он был награжден Королевской медалью Королевского общества за объяснение бинокулярное зрение, исследование, которое привело его к созданию стереоскопических рисунков и конструированию стереоскоп. Он показал, что наше впечатление солидности достигается путем комбинации в уме двух отдельных изображений объекта, сделанных обоими нашими глазами с разных точек зрения. Таким образом, в стереоскопе, состоящем из линз или зеркал, две фотографии одного и того же объекта, сделанные из разных точек, объединяются таким образом, чтобы объект выделялся твердым аспектом. Сэр Дэвид Брюстер улучшил стереоскоп, отказавшись от зеркал и приведя его в существующую форму с линзами.

'псевдоскоп (Уитстон ввел термин от греческого ψευδίς σκοπειν) был введен в 1852 г.[14] и в некотором роде противоположен стереоскопу, поскольку заставляет твердый объект казаться пустым, а более близкий - удаленным; таким образом, бюст кажется маской, а дерево, растущее за окном, выглядит так, как будто оно растет внутри комнаты. Его цель состояла в том, чтобы проверить его теорию стереозрения и провести исследования того, что теперь будет называться экспериментальной психологией.

Время измерения

В 1840 году Уитстон представил свой хроноскоп для измерения минутных интервалов времени, который использовался для определения скорости пули или прохождения звезды. В этом устройстве электрический ток приводил в действие электромагнит, который отмечал момент происшествия карандашом на движущейся бумаге. Говорят, что он был способен различать 1/7300 доли секунды (137 микросекунд) и время, необходимое телу, чтобы упасть с высоты в один дюйм (25 мм).

26 ноября 1840 года он выставил свои электромагнитные часы в библиотеке Королевского общества и предложил план распределения точного времени со стандартных часов на некоторых местных часах. Цепи их должны были быть наэлектризованы с помощью ключа или контактного устройства, приводимого в действие оправкой эталона, а их руки должны были корректироваться с помощью электромагнетизма. В следующем январе Александр Бэйн получил патент на электромагнитные часы и впоследствии поручил Уитстону перенять его идеи. Похоже, что Бейн работал механистом у Уитстона с августа по декабрь 1840 года, и он утверждал, что передал Уитстону идею электрических часов в тот период; но Уитстон утверждал, что экспериментировал в этом направлении в течение мая. Бэйн далее обвинил Уитстона в краже его идеи электромагнитного печатного телеграфа; но Уитстон показал, что этот инструмент был всего лишь модификацией его собственного электромагнитного телеграфа.

В 1840 г. Александр Бэйн упомянул редактору журнала «Механика» о своих финансовых проблемах. Он познакомил его с сэром Чарльзом Уитстоном. Бэйн продемонстрировал свои модели Уитстону, который, когда его спросили, сказал: «О, мне не следует беспокоиться о дальнейшем развитии этих вещей! В них нет будущего».[нужна цитата ] Три месяца спустя Уитстон продемонстрировал Королевскому обществу электрические часы, заявив, что это его собственное изобретение. Однако Bain уже подал заявку на патент на него. Уитстон пытался заблокировать патенты Bain, но потерпел неудачу. Когда Уитстон организовал парламентский акт об учреждении компании Electric Telegraph Company, Палата лордов вызвала Бейна для дачи показаний и в конечном итоге вынудила компанию выплатить Бейну 10 000 фунтов стерлингов и дать ему работу в качестве менеджера, в результате чего Уитстон ушел в отставку.

Полярные часы

Одним из самых гениальных устройств Уитстона были «Полярные часы», выставленные на заседании Британской ассоциации в 1848 году. Они основаны на факте, открытом сэром Дэвид Брюстер, что свет неба поляризованный в плоскости под углом девяноста градусов от положения Солнца. Отсюда следует, что, обнаружив эту плоскость поляризации и измерив ее азимут относительно севера можно было определить положение солнца, хотя и ниже горизонта, и получить видимое солнечное время.

Часы состояли из подзорной трубы, имеющей Призма Николя (двойное изображение) для окуляра и тонкую пластину селенит для предметного стекла. Когда трубка была направлена ​​на северный полюс, то есть параллельно оси Земли, и призма окуляра поворачивалась до тех пор, пока не исчезал цвет, угол поворота, показанный указателем, перемещающимся вместе с призмой по градуированной конечности , дал час дня. Устройство мало пригодно в стране, где часы надежны; но он был частью оборудования 1875–1876 гг. Севернополярная экспедиция под командованием Капитан Нарес.

Мост Уитстона

В 1843 году Уитстон представил Королевскому обществу важный документ, озаглавленный «Отчет о нескольких новых процессах определения констант вольтова цепи». Он содержал экспозицию хорошо известных весов для измерения электрического сопротивления проводника, которые до сих пор носят название Мост Уитстона или баланс, хотя он был впервые изобретен Сэмюэл Хантер Кристи Королевской военной академии в Вулидже, опубликовавшей его в Философские труды на 1833 год.[15] Этим методом пренебрегали, пока Уитстон не обратил на него внимания.[16]

Его статья изобилует простыми и практичными формулами для расчета токов и сопротивлений по закону Ом. Он ввел единицу сопротивления, а именно фут медной проволоки весом сто гран (6,5 г), и показал, как ее можно применить для измерения длины проволоки по ее сопротивлению. Награжден Обществом медалью за свою работу.[17] В том же году он изобрел устройство, позволяющее регистрировать показания термометра или барометра на расстоянии с помощью электрического контакта, создаваемого ртутью. Звуковой телеграф, в котором сигналы подавались ударами колокола, также был запатентован Куком и Уитстоном в мае того же года.

Криптография

Замечательная изобретательность Уитстона проявилась также в изобретении шифров. Он был ответственен за необычный тогда Шифр playfair, названный в честь его друга Лорд Playfair. Он использовался вооруженными силами нескольких стран, по крайней мере, во время Первой мировой войны, и, как известно, использовался во время Второй мировой войны британскими спецслужбами.[18]

Первоначально он был устойчив к криптоанализу, но со временем были разработаны методы его взлома. Он также принимал участие в интерпретации шифровальных рукописей в Британском музее. Он изобрел криптограф или машину для превращения сообщения в шифрование, которое можно было интерпретировать, только поместив шифровальщик в соответствующую машину, настроенную для его расшифровки.

Как математик-любитель, Уитстон опубликовал математическое доказательство в 1854 г. (см. Куб (алгебра) ).

Электрические генераторы

В 1840 году Уитстон представил свою магнитоэлектрическую машину для генерации постоянного тока.

4 февраля 1867 г. он опубликовал принцип реакции в динамо-электрическая машина бумагой в Королевское общество; но г-н К. В. Сименс сообщил об идентичном открытии десятью днями ранее, и обе статьи были прочитаны в один и тот же день.

Впоследствии выяснилось, что Вернер фон Сименс, Сэмюэл Альфред Варлей, и Уитстон независимо друг от друга пришли к этому принципу в течение нескольких месяцев. Варлей запатентовал его 24 декабря 1866 года; Сименс обратил на это внимание 17 января 1867 года; и Уитстон продемонстрировал его в действии в Королевском обществе в указанную дату.

Споры по поводу изобретения

На протяжении всей своей жизни Уитстон был вовлечен в различные споры с другими учеными относительно своей роли в различных технологиях и временами, казалось, пользовался большим доверием, чем полагалось. А также Уильям Фотергилл Кук, Александр Бэйн и Дэвид Брюстер, упомянутые выше, они также включали Фрэнсис Рональдс на Обсерватория Кью. Многие ошибочно полагали, что Уитстон создал атмосферное электричество аппаратуру наблюдения, которую Рональдс изобрел и разработал в обсерватории в 1840-х годах, а также установил там первые автоматические записывающие метеорологические приборы (см., например, Howarth, p158).[19][20]

Личная жизнь

Церковь Христа, Мэрилебон

Уитстон женился на Эмме Уэст, старой деве, дочери Джона Гука Уэста, умершего, в Церковь Христа, Мэрилебон 12 февраля 1847 года. Брак был разрешен.[21]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "Уитстон, сэр Чарльз". Оксфордские словари. Получено 28 января 2015.
  2. ^ «№ 23349». Лондонская газета. 4 февраля 1868 г. с. 535.
  3. ^ Гаскинс, Роберт. "Портфель исторических патентов на концертины". www.concertina.com. Получено 19 марта 2018.
  4. ^ Рональдс, Б.Ф. (2016). «Сэр Фрэнсис Рональдс и электрический телеграф». Int. J. По истории инженерии и технологий. 86: 42–55. Дои:10.1080/17581206.2015.1119481. S2CID  113256632.
  5. ^ Брайан Бауэрс (2001). Сэр Чарльз Уитстон FRS: 1802–1875 (2-е изд.). ИЭПП. С. 207–208. ISBN  978-0-85296-103-2.
  6. ^ Джордж Гор (1878). Искусство научных открытий: или общие условия и методы исследований в области физики и химии. Longmans, Green, and Co. стр. 179.
  7. ^ Уитстон (1836 г.). «О призматическом разложении электрического света». Отчет о пятом заседании Британской ассоциации содействия развитию науки; Состоялось в Дублине в 1835 году. Уведомления и выдержки из сообщений Британской ассоциации содействия развитию науки на Дублинской встрече, август 1835 года.. Лондон, Англия: Джон Мюррей. С. 11–12.
  8. ^ Джон Манро (1891). Герои телеграфа. Религиозный трактат общества. п. 30.
  9. ^ Бошамп, Кен (2001). История телеграфии. Институт инженеров-электриков. С. 34–40. ISBN  9780852967928.
  10. ^ Салливан, Гертруда: Семейная хроника опубликовано в 1908 году (Лондон, Джон Мюррей) ее племянницей Гертрудой Листер. Страницы 216–7.
  11. ^ Бемер, Боб. "Как ASCII получил обратную косую черту". Архивировано из оригинал 18 декабря 2012 г.. Получено 4 августа 2014.
  12. ^ «Кляйншмидт - Наша история». Архивировано из оригинал 22 апреля 2014 г.. Получено 4 августа 2014.
  13. ^ См. Статью Уитстона 1838 г. «Вклад в физиологию зрения. - Часть первая. О некоторых замечательных и до сих пор не наблюдаемых явлениях бинокулярного зрения» на этот сайт.
  14. ^ См. Бейкерианскую лекцию Уитстона 1852 г. «Вклад в физиологию зрения. - Часть вторая. О некоторых замечательных и до сих пор не наблюдаемых явлениях бинокулярного зрения» (продолжение) »на этот сайт.
  15. ^ С. Хантер Кристи, Бейкерская лекция: экспериментальное определение законов магнитоэлектрической индукции в разных массах одного и того же металла и ее интенсивности в разных металлах., Философские труды Лондонского королевского общества, т. 123, 1833, с. 95–142.
  16. ^ Чарльз Уитстон, Бейкерская лекция: Изложение нескольких новых инструментов и процессов для определения констант вольтовой цепи, Философские труды Лондонского королевского общества, т. 133, 1843, с. 303–327..
  17. ^ «Происхождение моста Уитстона» Стига Экелофа обсуждает Кристи и вклад Уитстона, и почему мост носит имя Уитстона. Опубликовано в "Журнале инженерной науки и образования", том 10, № 1, февраль 2001 г., стр. 37 - 40.
  18. ^ Маркс, Лев (1998). Между шелком и цианидом. Нью-Йорк: Свободная пресса. ISBN  0-684-86422-3.
  19. ^ Рональдс, Б.Ф. (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: отец электрического телеграфа. Лондон: Imperial College Press. ISBN  978-1-78326-917-4.
  20. ^ Ховарт, О. (1922). Британская ассоциация развития науки: ретроспектива 1831–1921 гг..
  21. ^ Брайан Бауэрс, Сэр Чарльз Уитстон, FRS, 1802–1875 гг. (Лондон: Канцелярия Ее Величества, 1975), стр. 155

дальнейшее чтение

внешние ссылки