El coherer era una forma primitiva de detector de señales de radio utilizada 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 diez años siguientes. El dispositivo consta de 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 metálicas se adherirían o se "coherirían", reduciendo la alta resistencia inicial del dispositivo, permitiendo así que fluya una corriente directa mucho mayor a través de él. En un receptor, la corriente activaría una campana o una grabadora de papel Morse para registrar la señal recibida. Las limaduras de metal en el cohesor permanecieron conductoras después de que terminó la señal (pulso), por lo que el cohesor tuvo que ser "descoherido" golpeándolo con una badaja accionada por un electroimán, cada vez que se recibía una señal, restaurando así el cohesor a su estado original. estado. Los Coherers se mantuvieron en uso generalizado 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 jarra de Leyden. [3] En 1850, Pierre Guitard descubrió que cuando el aire polvoriento se electrificaba, las partículas tendían a acumularse en forma de hilos. La idea de que las partículas podían reaccionar a la electricidad se utilizó en el puente relámpago de 1866 del ingeniero inglés Samuel Alfred Varley , un pararrayos conectado a líneas telegráficas que constaba de un trozo de madera con dos púas 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 sí 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 en 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 pegaban y se volvían conductoras cuando les aplicaba voltaje. También descubrió que otros tipos de limaduras de metal tendrían la misma reacción a las chispas eléctricas que se producen a distancia, un fenómeno que pensó que podría usarse para detectar 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 cargas eléctricas diminutas sobre el metal y muchos tipos de limaduras metálicas. En un tipo de circuito, las limaduras se colocaban en un tubo de vidrio o ebonita, sostenido entre dos placas de metal. Cuando se produjo una descarga eléctrica en las proximidades del circuito, se observó una gran desviación en la aguja del galvanómetro adjunto . Observó que las limaduras del tubo reaccionarían a la descarga eléctrica incluso cuando el tubo se colocara en otra habitación a 20 metros de distancia. Branly ideó 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 transportada por el aire que el físico alemán Heinrich Hertz demostró que existe (más tarde llamadas ondas de radio). ).
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En 1893, el físico WB Croft expuso los experimentos de Branly en una reunión de la Sociedad de Física de Londres. Croft y otros no tenían claro si las limaduras del tubo Branly reaccionaban a las chispas o a la luz de las chispas. George Minchin notó 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 forma de construir un detector de ondas hertzianas muy mejorado. El 1 de junio de 1894, pocos meses después de la muerte de Heinrich Hertz, Oliver Lodge pronunció una conferencia conmemorativa sobre Hertz en la que demostró las propiedades de las "ondas hertzianas" (radio), incluida su transmisión a corta distancia, utilizando una versión mejorada de El tubo de limaduras de Branly, al que Lodge había llamado "cohesor", 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 que utiliza ondas hertzianas (radio), basado en un cohesor.
El cohesor fue reemplazado en los receptores por detectores electrolíticos y de cristal, más simples y sensibles , alrededor de 1907, y quedó obsoleto.
Un uso menor del coherer en los tiempos modernos fue el del fabricante japonés de juguetes de hojalata Matsudaya Toy Co., quien a partir de 1957 utilizó un transmisor de chispas y un receptor basado en coherer en una gama de juguetes controlados por radio (RC), llamados Radicon ( abreviatura de juguetes radiocontrolados). Se vendieron comercialmente varios tipos diferentes que utilizaban el mismo sistema RC, incluido un Radicon Boat (muy raro), un Radicon Oldsmobile Car (poco común) y un Radicon Bus (el más popular). [7] [8]
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 ( on-off keying ) . para producir pulsos de diferentes longitudes de señal de onda portadora no modulada , "puntos" y "guiones", que deletreaban mensajes de texto en código Morse . Como resultado, los primeros aparatos receptores de radio simplemente 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 coherer 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 . Específicamente, a medida que las partículas metálicas se unen (se adhieren), conducen la electricidad mucho mejor después de ser sometidas a electricidad de radiofrecuencia . La señal de radio de la antena se aplicó directamente a través de los electrodos del cohesor. Cuando llegaba la señal de radio de un "punto" o "guión", 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 sonda de telégrafo , o una marca en una cinta de papel, para registrar la señal. Desafortunadamente, la reducción en la resistencia eléctrica del cohesor persistió después de que se eliminó la señal de radio. Esto era un problema porque el cohesor tenía que estar listo inmediatamente para recibir el siguiente "punto" o "rayón". Por lo tanto, se agregó un mecanismo decohesor para aprovechar el cohesor, perturbando mecánicamente las partículas para restablecerlo al estado de alta resistencia. Si se transmite un guión, entonces la frecuencia de radio todavía se recibe cuando se produce el toque, y el cohesor inmediatamente vuelve a ser conductor y todo el proceso se repite para otra marca en la cinta. Como resultado, el guión se marca en la cinta como múltiples puntos muy juntos. [9]
La coherencia de las partículas mediante ondas de radio es un fenómeno oscuro que aún hoy no se comprende bien. Experimentos recientes con cohesionadores de partículas parecen haber confirmado la hipótesis de que las partículas se cohesionan mediante un fenómeno de microsoldadura causado por electricidad de radiofrecuencia que fluye a través de la pequeña área de contacto entre las partículas. [10] [3] El principio subyacente de los llamados cohesores de "contacto imperfecto" tampoco se comprende bien, pero puede implicar una especie de túnel 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 aproximadamente hasta la mitad con limaduras de metal cortadas con precisión, a menudo en parte plata y en parte níquel . Los electrodos de plata hicieron contacto con las partículas metálicas en ambos extremos. En algunos cohesores, los electrodos estaban inclinados de modo que la anchura del espacio ocupado por las limaduras podía variarse girando el tubo alrededor de su eje longitudinal, ajustando así su sensibilidad a las condiciones predominantes.
En funcionamiento, el cohesor está incluido en dos circuitos eléctricos separados. Uno es el circuito antena-tierra que se muestra en el siguiente diagrama del circuito del receptor no sintonizado. El otro es el circuito del relé de la sirena de la batería, que incluye la batería B1 y el relé R en el diagrama. Una señal de radio del circuito antena-tierra "enciende" el cohesor, permitiendo el flujo de corriente en el circuito batería-sonda, activando la sirena , S. Las bobinas, L , actúan como inductores de RF para evitar que la potencia de la señal de RF se escape 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 . También se conecta a los dos electrodos una combinación en serie de una batería , B1 , y un relé, R. Cuando se recibe la señal de un transmisor de chispas , las limaduras tienden a adherirse entre sí, lo que reduce 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 , emitiendo un clic audible. En algunas aplicaciones, un par de auriculares sustituyeron a la sonda del telégrafo, que era mucho más sensible a las señales débiles, o a una grabadora Morse que registraba los puntos y rayas de la señal en una cinta de papel.
El problema de que las limaduras siguieran adhiriéndose y conduciéndose 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 elevando la resistencia del cohesor al valor original. Este aparato se llamó decoherer . Este proceso se denominó "descoherencia" del dispositivo y estuvo sujeto a muchas innovaciones 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 receptores prácticos posteriores, el decoherer era un badajo similar a una campana eléctrica, operado por un electroimán alimentado por la propia corriente del coherer. Cuando la onda de radio encendió el cohesor, la corriente continua de la batería fluyó a través del electroimán, tirando del brazo para darle un toque al cohesor. Esto devolvió el cohesor al estado no conductor, cortando la corriente del electroimán y el brazo saltó hacia atrás. Si la señal de radio todavía estaba presente, el cohesor se encendía inmediatamente de nuevo, tirando de la claqueta para darle otro toque, lo que lo apagaba nuevamente. El resultado fue un "temblor" constante del badajo durante el período en que estuvo encendida la señal de radio, durante los "puntos" y "guiones" de la señal del código Morse.
Un sistema de frenado automático para locomotoras ferroviarias, patentado en 1907, utilizaba un cohesor para detectar oscilaciones eléctricas en una antena continua que recorría la vía. Si el bloque delante del tren estaba ocupado las oscilaciones se interrumpían y el cohesor, actuando a través de un relé, daba un aviso y aplicaba los frenos. [11]
Existen varias variaciones de lo que se conoce como cohesor de unión imperfecta. Es posible que sea menos probable que el principio de funcionamiento (microsoldadura) sugerido anteriormente para el cohesionador de limaduras se aplique a este tipo porque no hay necesidad de decohesión. Marconi utilizó una variación de hierro y mercurio de este dispositivo para el primer mensaje de radio transatlántico. Jagdish Chandra Bose inventó una forma anterior en 1899. [12] El dispositivo consistía en una pequeña copa metálica que contenía un charco de mercurio cubierto por una película aislante muy delgada de aceite ; sobre la superficie del aceite, se suspende un pequeño disco de hierro . Por medio de un tornillo de ajuste se hace que el borde inferior del disco toque 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 comprende bien. La acción de detección ocurre cuando la señal de radiofrecuencia de alguna manera rompe la película aislante de aceite, permitiendo que el dispositivo conduzca, operando la sirena receptora conectada en serie. Esta forma de coheredor se restaura a sí misma y no necesita descohesión.
En 1899, Bose anunció el desarrollo de un " cohesor de hierro-mercurio-hierro con detector telefónico " en un artículo presentado en la Royal Society de Londres. [13] Posteriormente 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 cohesores tenían dificultades para discriminar entre las señales impulsivas de los transmisores de chispas y otros ruidos eléctricos impulsivos: [14]
Este dispositivo [el cohesor] fue publicitado como maravilloso, y era maravillosamente errático y malo. No funcionó cuando debería y trabajó horas extras cuando no debería.
—Robert Marriot
Todo eran peces que llegaban a la red coherer, y la grabadora anotaba combinaciones de puntos y rayas de manera bastante imparcial para señales legítimas, perturbaciones estáticas, un carrito 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 frecuentemente una brillante imaginación.
Los coherentes también eran quisquillosos a la hora de adaptarse y poco sensibles. Otro problema fue que, debido al engorroso mecanismo mecánico de "descodificación", el codificador estaba limitado a una velocidad de recepción de 12 a 15 palabras por minuto en código Morse, mientras que los operadores de telégrafos podían enviar a velocidades de 50 palabras por minuto y las máquinas de cinta de papel a 100 palabras por minuto. [15] [16]
Lo más importante para el futuro es que el cohesor no pudo detectar transmisiones AM (radio). Como un simple interruptor que registraba la presencia o ausencia de ondas de radio, el cohesor podía detectar la activación y desactivación de transmisores de telegrafía inalámbrica , pero no podía rectificar ni demodular las formas de onda de las señales radiotelefónicas AM , con las que se empezó a experimentar en el siglo XIX. primeros años del siglo XX. Este problema se resolvió mediante la capacidad de rectificación del pasador 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 Tubo Audion ( triodo ) de Lee De Forest .
Peter Samuel Munk af Rosenschold profesor asistente de química en la Universidad de Lund nació en Lund en 1804 y murió en 1860.
