El cohesor era una forma primitiva de detector de señales de radio utilizado en los primeros receptores de radio durante la era de la telegrafía inalámbrica a principios del siglo XX. Su uso en radio se basó en los hallazgos de 1890 del físico francés Édouard Branly y fue adaptado por otros físicos e inventores durante los siguientes diez años. El dispositivo consiste en un tubo o cápsula que contiene dos electrodos espaciados a una pequeña distancia con limaduras de metal sueltas en el espacio entre ellos. Cuando se aplica una señal de radiofrecuencia al dispositivo, las partículas de metal se adherirían entre sí o se "cohesionarían", reduciendo la alta resistencia inicial del dispositivo, permitiendo así que fluya una corriente continua mucho mayor a través de él. En un receptor, la corriente activaría una campana o una grabadora de cinta de papel Morse para realizar un registro de la señal recibida. Las virutas de metal del cohesor permanecieron conductivas después de que la señal (pulso) terminara, de modo que el cohesor debía ser "descoherido" golpeándolo con un badajo accionado por un electroimán cada vez que se recibía una señal, restaurando así el cohesor a su estado original. Los cohesores se siguieron utilizando ampliamente hasta aproximadamente 1907, cuando fueron reemplazados por detectores electrolíticos y de cristal más sensibles .
El comportamiento de partículas o limaduras de metal en presencia de electricidad o chispas eléctricas se observó en muchos experimentos mucho antes del artículo de Édouard Branly de 1890 e incluso antes de que hubiera pruebas de la teoría del electromagnetismo . [1] En 1835, el científico sueco Peter Samuel Munk [2] notó un cambio de resistencia en una mezcla de limaduras de metal en presencia de una descarga de chispa de una botella de Leyden. [3] En 1850, Pierre Guitard descubrió que cuando se electrificaba el aire polvoriento, las partículas tenderían a acumularse en forma de cuerdas. La idea de que las partículas podían reaccionar a la electricidad se utilizó en el puente de rayos del ingeniero inglés Samuel Alfred Varley de 1866, un pararrayos conectado a líneas telegráficas que consistía en un trozo de madera con dos puntas de metal que se extendían hacia una cámara. El espacio estaba lleno de carbón en polvo que no permitiría el paso de las señales telegráficas de bajo voltaje, pero conduciría y conectaría a tierra un rayo de alto voltaje. [4] En 1879, el científico galés David Edward Hughes descubrió que los contactos sueltos entre una varilla de carbono y dos bloques de carbono, así como los gránulos metálicos de un micrófono que estaba desarrollando, respondían a las chispas generadas en un aparato cercano. [3] Temistocle Calzecchi-Onesti en Italia comenzó a estudiar el cambio anómalo en la resistencia de películas metálicas delgadas y partículas metálicas en Fermo / Monterubbiano . Descubrió que las limaduras de cobre entre dos placas de latón se adherirían entre sí, volviéndose conductoras, cuando les aplicaba un voltaje. También descubrió que otros tipos de limaduras de metal tendrían la misma reacción a las chispas eléctricas que se producían a distancia, un fenómeno que pensó que podría utilizarse para detectar la caída de rayos. [4] Los artículos de Calzecchi-Onesti se publicaron en il Nuovo Cimento en 1884, 1885 y 1886.
En 1890, el físico francés Édouard Branly publicó Sobre los cambios en la resistencia de los cuerpos bajo diferentes condiciones eléctricas en una revista francesa, donde describió su investigación exhaustiva del efecto de las pequeñas cargas eléctricas sobre el metal y muchos tipos de limaduras de metal. En un tipo de circuito, las limaduras se colocaban en un tubo de vidrio o ebonita, colocado entre dos placas de metal. Cuando se producía una descarga eléctrica en las proximidades del circuito, se observaba una gran desviación en la aguja del galvanómetro acoplado . Observó que las limaduras del tubo reaccionaban a la descarga eléctrica incluso cuando el tubo se colocaba en otra habitación a 20 metros de distancia. Branly continuó diseñando muchos tipos de estos dispositivos basados en contactos metálicos "imperfectos". El tubo de limaduras de Branly salió a la luz en 1892 en Gran Bretaña cuando fue descrito por el Dr. Dawson Turner en una reunión de la Asociación Británica en Edimburgo. [5] [6] El ingeniero eléctrico y astrónomo escocés George Forbes sugirió que el tubo de limaduras de Branly podría estar reaccionando en presencia de ondas hertzianas, un tipo de radiación electromagnética transmitida por el aire cuya existencia demostró el físico alemán Heinrich Hertz (más tarde llamadas ondas de radio ).
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En 1893, el físico WB Croft exhibió los experimentos de Branly en una reunión de la Physical Society en Londres. Croft y otros no tenían claro si las limaduras del tubo de Branly reaccionaban a las chispas o a la luz de las chispas. George Minchin se dio cuenta de que el tubo de Branly podría estar reaccionando a las ondas hertzianas de la misma manera que lo hacía su célula solar y escribió el artículo " La acción de la radiación electromagnética en películas que contienen polvos metálicos ". [5] [6] Estos artículos fueron leídos por el físico inglés Oliver Lodge, quien vio esto como una manera de construir un detector de ondas hertzianas mucho mejor. El 1 de junio de 1894, unos meses después de la muerte de Heinrich Hertz, Oliver Lodge dio una conferencia conmemorativa sobre Hertz donde demostró las propiedades de las "ondas hertzianas" (radio), incluida su transmisión a corta distancia, utilizando una versión mejorada del tubo de limaduras de Branly, que Lodge había llamado "coherer", como detector. En mayo de 1895, después de leer sobre las demostraciones de Lodge, el físico ruso Alexander Popov construyó un detector de rayos basado en "ondas hertzianas" (ondas de radio) utilizando un cohesor. Ese mismo año, el inventor italiano Guglielmo Marconi demostró un sistema de telegrafía inalámbrica utilizando ondas hertzianas (radio), basado en un cohesor. El pionero de la radio ruso Simeon Aisenstein utilizó un cohesor en su laboratorio inicial, que se estableció como pasatiempo en 1904. [7]
El coherer fue reemplazado en los receptores por los detectores electrolíticos y de cristal más simples y sensibles alrededor de 1907, y quedó obsoleto.
Un uso menor del coherer en tiempos modernos fue por parte del fabricante japonés de juguetes de hojalata Matsudaya Toy Co., que a partir de 1957 utilizó un transmisor de chispa y un receptor basado en coherer en una gama de juguetes de radiocontrol (RC), llamados Radicon (abreviatura de juguetes de radiocontrol). Se vendieron comercialmente varios tipos diferentes que usaban el mismo sistema RC, incluido un Radicon Boat (muy raro), un Radicon Oldsmobile Car (raro) y un Radicon Bus (el más popular). [8] [9]
A diferencia de las estaciones de radio AM modernas que transmiten una frecuencia de radio continua, cuya amplitud (potencia) es modulada por una señal de audio , los primeros transmisores de radio transmitían información mediante telegrafía inalámbrica ( radiotelegrafía ), el transmisor se encendía y apagaba ( modulación de encendido y apagado ) para producir pulsos de diferente longitud de señal de onda portadora no modulada , "puntos" y "rayas", que deletreaban mensajes de texto en código Morse . Como resultado, los primeros aparatos receptores de radio solo tenían que detectar la presencia o ausencia de la señal de radio, no convertirla en audio. El dispositivo que hacía esto se llamaba detector . El cohesor fue el más exitoso de muchos dispositivos detectores que se probaron en los primeros días de la radio.
El funcionamiento del cohesor se basa en el fenómeno de la resistencia de contacto eléctrico . En concreto, a medida que las partículas metálicas se cohesionan (se adhieren entre sí), conducen la electricidad mucho mejor después de ser sometidas a la electricidad de radiofrecuencia . La señal de radio de la antena se aplicaba directamente a través de los electrodos del cohesor. Cuando llegaba la señal de radio de un "punto" o "raya", el cohesor se volvía conductor. Los electrodos del cohesor también estaban conectados a un circuito de CC alimentado por una batería que creaba un sonido de "clic" en los auriculares o en una sirena de telégrafo , o una marca en una cinta de papel, para registrar la señal. Desafortunadamente, la reducción de la resistencia eléctrica del cohesor persistió después de que se eliminara la señal de radio. Esto era un problema porque el cohesor tenía que estar listo inmediatamente para recibir el siguiente "punto" o "raya". Por lo tanto, se añadió un mecanismo descohesor para tocar el cohesor, perturbando mecánicamente las partículas para restablecerlo al estado de alta resistencia. Si se está transmitiendo una raya, la frecuencia de radio se sigue recibiendo cuando se produce el toque, y el coherer vuelve a ser conductor inmediatamente y todo el proceso se repite para otra marca en la cinta. Como resultado, la raya se marca en la cinta como múltiples puntos muy juntos. [10]
La coherencia de partículas mediante ondas de radio es un fenómeno poco conocido que no se entiende bien aún hoy en día. Experimentos recientes con cohesores de partículas parecen haber confirmado la hipótesis de que las partículas se cohesionan mediante un fenómeno de microsoldadura causado por la electricidad de radiofrecuencia que fluye a través de la pequeña área de contacto entre partículas. [11] [3] El principio subyacente de los llamados cohesores de "contacto imperfecto" tampoco se entiende bien, pero puede implicar una especie de tunelización de portadores de carga a través de una unión imperfecta entre conductores.
El cohesor utilizado en los receptores prácticos era un tubo de vidrio, a veces al vacío , que estaba lleno hasta la mitad con limaduras de metal cortadas con precisión, a menudo en parte de plata y en parte de níquel . Los electrodos de plata hacían contacto con las partículas de metal en ambos extremos. En algunos cohesores, los electrodos estaban inclinados de modo que el ancho del espacio ocupado por las limaduras se podía variar girando el tubo sobre su eje largo, ajustando así su sensibilidad a las condiciones predominantes.
En funcionamiento, el coherer está incluido en dos circuitos eléctricos separados. Uno es el circuito de tierra de la antena que se muestra en el diagrama del circuito del receptor no sintonizado que aparece a continuación. El otro es el circuito del relé de la sonda de la batería que incluye la batería B1 y el relé R en el diagrama. Una señal de radio del circuito de tierra de la antena "enciende" el coherer, lo que permite el flujo de corriente en el circuito de la sonda de la batería, lo que activa la sonda, S . Las bobinas, L , actúan como estranguladores de RF para evitar que la potencia de la señal de RF se filtre a través del circuito del relé.
Un electrodo, A , del cohesor, ( C , en el diagrama de la izquierda) está conectado a la antena y el otro electrodo, B , a tierra . Una combinación en serie de una batería , B1 , y un relé, R , también está conectada a los dos electrodos. Cuando se recibe la señal de un transmisor de chispa , las limaduras tienden a adherirse entre sí, reduciendo la resistencia del cohesor. Cuando el cohesor conduce mejor, la batería B1 suministra suficiente corriente a través del cohesor para activar el relé R , que conecta la batería B2 a la sonda telegráfica S , dando un clic audible. En algunas aplicaciones, un par de auriculares reemplazaron a la sonda telegráfica, siendo mucho más sensibles a las señales débiles, o una grabadora Morse que grababa los puntos y rayas de la señal en una cinta de papel.
El problema de que las limaduras continuaran adheridas y conduciendo después de la eliminación de la señal se resolvió golpeando o agitando el cohesor después de la llegada de cada señal, agitando las limaduras y aumentando la resistencia del cohesor al valor original. Este aparato se llamó decoherer . Este proceso se denominó "descoherizar" el dispositivo y fue objeto de mucha innovación durante la vida del uso popular de este componente. Tesla , por ejemplo, inventó un cohesor en el que el tubo giraba continuamente a lo largo de su eje.
En los receptores prácticos posteriores, el decoherer era un badajo similar a una campana eléctrica, operado por un electroimán alimentado por la corriente del propio coherer. Cuando la onda de radio activaba el coherer, la corriente continua de la batería fluía a través del electroimán, tirando del brazo para darle un golpecito al coherer. Esto devolvía al coherer al estado no conductor, apagando la corriente del electroimán y el brazo volvía a saltar hacia atrás. Si la señal de radio todavía estaba presente, el coherer se encendía de inmediato de nuevo, tirando del badajo para darle otro golpecito, que lo apagaba de nuevo. El resultado era un "temblor" constante del badajo durante el período en que la señal de radio estaba activa, durante los "puntos" y "rayas" de la señal del código Morse.
Un sistema de frenado automático para locomotoras de ferrocarril, patentado en 1907, utilizaba un cohesor para detectar oscilaciones eléctricas en una antena continua que recorría la vía. Si el bloque que se encontraba delante del tren estaba ocupado, las oscilaciones se interrumpían y el cohesor, actuando a través de un relé, mostraba una advertencia y aplicaba los frenos. [12]
Existen varias variantes de lo que se conoce como el cohesor de unión imperfecta. El principio de funcionamiento (microsoldadura) sugerido anteriormente para el cohesor de limaduras puede tener menos probabilidades de aplicarse a este tipo porque no hay necesidad de descoherir. Marconi utilizó una variante de este dispositivo con hierro y mercurio para el primer mensaje de radio transatlántico. Jagdish Chandra Bose inventó una forma anterior en 1899. [13] El dispositivo consistía en una pequeña taza metálica que contenía un depósito de mercurio cubierto por una película aislante muy fina de aceite ; sobre la superficie del aceite, se suspendía un pequeño disco de hierro . Por medio de un tornillo de ajuste, se hacía que el borde inferior del disco tocara el mercurio cubierto de aceite con una presión lo suficientemente pequeña como para no perforar la película de aceite. Su principio de funcionamiento no se entiende bien. La acción de detección se produce cuando la señal de radiofrecuencia rompe de algún modo la película aislante de aceite, lo que permite que el dispositivo conduzca, haciendo funcionar la sonda receptora conectada en serie. Esta forma de cohesor se autorrestaura y no necesita descoherencia.
En 1899, Bose anunció el desarrollo de un " coherer hierro-mercurio-hierro con detector telefónico " en un artículo presentado en la Royal Society , Londres. [14] Más tarde también recibió la patente estadounidense 755.840 , " Detector de perturbaciones eléctricas " (1904), para un receptor electromagnético específico .
Debido a que son detectores de voltaje de umbral, los coherers tenían dificultades para discriminar entre las señales impulsivas de los transmisores de chispa y otros ruidos eléctricos impulsivos: [15]
Este dispositivo [el cohesor] se publicitó como maravilloso, pero era maravillosamente errático y malo. No funcionaba cuando debía y trabajaba horas extras cuando no debía.
—Robert Marriott
Todo lo que llegaba a la red del cohesor era pescado, y el registrador anotaba combinaciones de puntos y rayas con bastante imparcialidad para señales legítimas, perturbaciones estáticas, un tranvía que se deslizaba a varias cuadras de distancia e incluso el encendido y apagado de las luces del edificio. La traducción de la cinta requería con frecuencia una imaginación brillante.
Los cohesores también eran difíciles de ajustar y no muy sensibles. Otro problema era que, debido al engorroso mecanismo mecánico de "descoherencia", el cohesor estaba limitado a una velocidad de recepción de 12 a 15 palabras por minuto de código Morse, mientras que los operadores de telégrafo podían enviar a velocidades de 50 palabras por minuto y las máquinas de cinta de papel a 100 palabras por minuto. [16] [17]
Más importante para el futuro, el coherer no podía detectar transmisiones AM (radio). Como un simple interruptor que registraba la presencia o ausencia de ondas de radio, el coherer podía detectar la activación y desactivación de transmisores de telegrafía inalámbrica , pero no podía rectificar ni demodular las formas de onda de las señales de radiotelefonía AM , con las que se empezó a experimentar en los primeros años del siglo XX. Este problema se resolvió con la capacidad de rectificación del barretero de alambre caliente y el detector electrolítico , desarrollados por Reginald Fessenden alrededor de 1902. Estos fueron reemplazados por el detector de cristal alrededor de 1907, y luego alrededor de 1912-1918 por tecnologías de tubos de vacío como la válvula de oscilación de Fleming y el tubo Audion ( triodo ) de Lee De Forest .
Peter Samuel Munk af Rosenschold, profesor adjunto de química en la Universidad de Lund, nació en Lund en 1804 y murió en 1860.
