Telefonul și radioul: cum au apărut comunicațiile la distanță

Comunicațiile la distanță au apărut în trei pași mari: telegraful a trimis semne prin fir, telefonul a trimis vocea prin fir, iar radioul a trimis semnale prin aer, cu ajutorul undelor electromagnetice. Toate trei s-au născut în secolul al XIX-lea, după ce fizicienii au înțeles legătura dintre electricitate și magnetism, iar fiecare a avut mai mulți inventatori care au lucrat aproape simultan.

În acest articol afli cum funcționează un telefon și un aparat de radio, cine sunt oamenii din spatele lor, de ce disputele de prioritate au fost atât de aprinse și cum s-a ajuns de la centralele cu operatoare la telefonul mobil. Vei vedea și câteva repere românești, de la primele emisiuni ale radioului public la autoritatea care gestionează azi frecvențele.

Înainte de electricitate: semnale vizibile

Înainte de telegraful electric, mesajele rapide se transmiteau prin semnale vizibile: focuri, fum, steaguri și turnuri cu brațe mobile. Viteza era limitată de vizibilitate, iar ceața sau noaptea opreau totul.

Telegraful optic

La sfârșitul secolului al XVIII-lea, francezul Claude Chappe a construit o rețea de turnuri cu brațe articulate, așezate la distanță de câțiva kilometri unul de altul. Operatorii citeau cu luneta poziția brațelor din turnul vecin și o repetau. Un mesaj scurt putea traversa Franța în câteva ore în loc de câteva zile, dar sistemul era scump, avea nevoie de mulți oameni și funcționa doar pe vreme bună.

Telegraful electric și codul Morse

Telegraful electric trimite impulsuri de curent printr-un fir, iar la capătul celălalt un electromagnet le transformă în semne pe hârtie sau în sunete. A fost primul sistem care a făcut comunicarea practic instantanee pe distanțe mari.

Cum a apărut

• În 1820 s-a descoperit că un curent electric deviază acul unei busole, prima legătură clară între electricitate și magnetism. Despre câmpul magnetic citești în articolul despre magneți și busolă.
• În anii 1830, William Cooke și Charles Wheatstone au construit în Anglia un telegraf cu ace, folosit pe căile ferate.
• Samuel Morse și colaboratorul său Alfred Vail au creat în Statele Unite un sistem simplu, cu un singur fir, și un cod de puncte și linii.
• În 1844 s-a transmis primul mesaj pe linia Washington–Baltimore.

Codul Morse

Codul Morse reprezintă fiecare literă printr-o combinație de semnale scurte (puncte) și lungi (linii). Literele frecvente au coduri scurte: „E” este un singur punct. Cel mai cunoscut mesaj este SOS: trei puncte, trei linii, trei puncte.

Cablul transatlantic

În 1858 a funcționat câteva săptămâni primul cablu telegrafic sub Atlantic, după care s-a defectat. Abia în 1866 o legătură durabilă a unit Europa și America. Știrile care traversau oceanul în zece zile cu vaporul ajungeau acum în câteva minute.

Telefonul: vocea transformată în curent

Telefonul transformă vibrațiile sunetului în variații ale unui curent electric, le transmite prin fir și apoi le transformă înapoi în sunet. Principiul pare simplu, dar cerea un microfon și o cască destul de sensibile.

Cum funcționează

1. Vorbești, iar aerul vibrează; despre undele sonore afli mai multe în articolul despre propagarea sunetului.
2. Vibrațiile pun în mișcare o membrană subțire din microfon.
3. Mișcarea membranei modifică un curent electric, care urmează fidel forma undei sonore.
4. Curentul variabil ajunge prin fir la celălalt aparat.
5. În cască, curentul trece printr-un electromagnet care trage și eliberează o membrană, reproducând sunetul.

Cine a inventat telefonul

Important: Disputa despre cine a inventat telefonul nu are un răspuns simplu. Bell a obținut brevetul și succesul comercial, dar Meucci, Reis și Gray au lucrat la idei apropiate. Este un exemplu tipic de invenție simultană, descris și în ghidul despre invențiile care au schimbat lumea.

Centralele telefonice

Primele telefoane erau legate în perechi. Pentru ca oricine să poată suna pe oricine, au apărut centralele telefonice, unde operatoare conectau manual firele printr-un panou cu fișe. La sfârșitul secolului al XIX-lea a apărut centrala automată, iar mai târziu discul rotativ cu cifre, care trimitea impulsuri pentru fiecare cifră formată.

Undele radio: de la teorie la experiment

Radioul există pentru că lumina, căldura radiantă și undele radio sunt toate unde electromagnetice, doar cu lungimi de undă diferite. Această idee a fost prezisă matematic înainte de a fi observată.

Pașii științifici

1. În anii 1860, fizicianul scoțian James Clerk Maxwell a formulat ecuațiile electromagnetismului și a arătat că ar trebui să existe unde electromagnetice care se propagă cu viteza luminii.
2. Între 1886 și 1888, fizicianul german Heinrich Hertz a produs și a detectat aceste unde în laborator. Unitatea de frecvență, hertzul, îi poartă numele.
3. În anii 1890, mai mulți cercetători, printre care Édouard Branly, Oliver Lodge și Aleksandr Popov, au construit detectoare tot mai sensibile.

Natura luminii și a culorilor, rude apropiate ale undelor radio, este explicată în articolul despre lumină. Pentru imaginea de ansamblu asupra fizicii undelor, vezi ghidul de fizică pe înțeles.

Radioul: comunicare fără fir

Radioul transmite informație modificând o undă electromagnetică emisă de o antenă, numită undă purtătoare, iar receptorul extrage din ea informația. La început s-au transmis doar semnale Morse, apoi vocea și muzica.

Guglielmo Marconi și pionierii

Tânărul italian Guglielmo Marconi a depus în 1896, în Marea Britanie, o cerere de brevet pentru telegrafia fără fir și a mărit treptat distanța de transmisie. În decembrie 1901 a anunțat recepționarea, peste Atlantic, a literei „S” în cod Morse. A primit Premiul Nobel pentru fizică în 1909, împreună cu germanul Ferdinand Braun. Nikola Tesla a avut și el brevete importante în domeniu, iar contribuțiile lui au fost recunoscute ulterior într-o hotărâre a Curții Supreme a SUA din 1943.

Tuburile electronice și radiodifuziunea

• Dioda cu vid (1904) și trioda (1906) au permis detectarea și, mai ales, amplificarea semnalelor slabe.
• Din anii 1920, posturile de radiodifuziune au început să transmită regulat știri și muzică pentru public.
• În România, radioul public a început emisiunile oficiale la 1 noiembrie 1928, la București.

AM și FM

În Europa, radiodifuziunea FM folosește banda 87,5–108 MHz. În România, frecvențele radio și licențele sunt gestionate de ANCOM, Autoritatea Națională pentru Administrare și Reglementare în Comunicații.

Sfat: Un aparat de radio FM portabil cu baterii este util în trusa pentru situații de urgență. Când rețelele de telefonie sau curentul cad, radioul poate transmite în continuare informații oficiale.

De la telefonul fix la telefonul mobil

Telefonul mobil este, în esență, un aparat de radio cu emițător și receptor, legat la o rețea de antene, care preia apelul de la o antenă la alta pe măsură ce te miști. A unit cele două mari invenții ale secolului al XIX-lea: telefonul și radioul.

Etapele principale

1. Radiotelefoanele pentru mașini și nave, de la mijlocul secolului XX, voluminoase și cu puține canale.
2. Primul apel de pe un telefon mobil portabil, în 1973, în Statele Unite, de pe un aparat de mărimea unei cărămizi.
3. Rețelele celulare analogice (1G), de la sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980.
4. Rețelele digitale GSM (2G), din anii 1990, care au adus SMS-ul.
5. Rețelele 3G, 4G și 5G, care au adăugat internetul mobil și viteze tot mai mari.

De ce „celular”

Teritoriul este împărțit în zone numite celule, fiecare deservită de o antenă. Celulele vecine folosesc frecvențe diferite, iar celulele aflate la distanță pot refolosi aceleași frecvențe. Astfel, un număr limitat de frecvențe deservește milioane de utilizatori.

Ce au schimbat telefonul și radioul

Telefonul și radioul au schimbat afacerile, politica, salvarea vieților și viața de familie, pentru că au eliminat întârzierea dintre un eveniment și aflarea lui. Efectele seamănă cu cele ale tiparului, descris în articolul despre tiparul lui Gutenberg, dar s-au produs mult mai rapid.

Câteva efecte concrete

• Siguranța pe mare: navele au putut cere ajutor prin radio, iar după naufragiul Titanicului, în 1912, regulile privind ascultarea permanentă a semnalelor radio au devenit mult mai stricte.
• Știrile în timp real: radioul a adus informația direct în case, inclusiv în satele fără ziare.
• Educația și cultura: concerte, teatru radiofonic, emisiuni pentru școli.
• Urgențele: numărul unic de urgență 112 funcționează pe aceeași infrastructură de telefonie fixă și mobilă.
• Știința: radioastronomia, care ascultă undele radio venite din spațiu, s-a născut din tehnica radio.

Pentru alți pionieri ai tehnicii, inclusiv români, citește ghidul despre inventatori români.

Rezumatul ghidului

Comunicațiile la distanță au evoluat de la turnurile de semnalizare la telegraful electric, apoi la telefon și la radio, iar în final la telefonul mobil. Fiecare pas s-a sprijinit pe fizică: legătura dintre electricitate și magnetism, ecuațiile lui Maxwell și experimentele lui Hertz. Ca la multe invenții, meritele se împart între mai mulți oameni care au lucrat în paralel.

De reținut:

• telegraful electric, din anii 1830–1840, a făcut posibile mesajele instantanee prin fir;
• Bell a obținut în 1876 brevetul pentru telefon, dar Meucci, Reis și Gray au lucrat la idei asemănătoare;
• Hertz a demonstrat undele electromagnetice, iar Marconi a dezvoltat telegrafia fără fir;
• radioul public din România a început emisiunile oficiale la 1 noiembrie 1928;
• telefonul mobil este un radio emițător-receptor legat la o rețea de celule.