7.2: Сажа - від копіювання до зв'язку

Це загальноприйнята помилка, що Джеймс Ватт (рис.\(\PageIndex{1}\)) був винахідником парової машини. Ця насправді честь належить Томасу Ньюкомену (рис.\(\PageIndex{2}\)). Фактичним досягненням Ватта було вдосконалення конструкції парового насоса Newcomen. Поки Ватт працював у ремонтній майстерні в Університеті Глазго, він фіксував насос Newcomen, коли розробив кілька ключових удосконалень оригінального дизайну.

Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): Шотландський винахідник і інженер механік Джеймс Ватт ФРС (1736—1819).

Ілюстрація\(\PageIndex{2}\): Англійський продавець заліза і винахідник парової машини Томас Ньюкомен (1664 - 1729).

Причиною успіху Уотта було те, що Британія переживала великий промисловий бум і потребувала значної кількості сировини, включаючи вугілля. Багато вугільні шахти, особливо ті, що знаходяться в Девоні, були схильні до повені. На жаль, двигун Ньюкомена (який насправді був паровим насосом) не міг викачувати воду досить швидко, тоді як двигун Ватта був досить потужним, щоб зливати шахти. В результаті кар'єра Ватта як виробника була забезпечена. Однак Уотт не побачив повного потенціалу свого винаходу, це було залишено його співробітнику, Вільяму Мердоку (рис.\(\PageIndex{3}\)), чий винахід зубчастого зачеплення дозволив використовувати паровий двигун для живлення машин.

Ілюстрація\(\PageIndex{3}\): Шотландський інженер і винахідник Вільям Мердок (1754 - 1839).

Одним з результатів, який Ватт знайшов у своєму збільшеному бізнесі, було збільшення паперової роботи! Поки він жив у Редруті, Корнуолл, недалеко від місця, де знаходилися багато шахт, він сказав другові, що у нього виникають «надмірні труднощі з пошуком розумних керівних клерків». У 1780 році Ватт вирішив свої проблеми з оформленням документів, винайшовши перший спосіб виготовлення копій. Це було предметом патенту під назвою «Новий метод копіювання листів та оперативного написання». Винахід Ватта включав виготовлення чорнила з гуміарабік і сажі.

Примітка

Гуміарабік, також відомий як камедь акації, - це натуральна камедь, виготовлена з затверділого соку, взятого з двох видів дерева акації; акація сенегал і акація сеял. Сажа - це форма аморфного вуглецю, який має високе співвідношення площі поверхні до об'єму, який зазвичай виробляється при неповному згорянні важких нафтопродуктів, таких як кам'яновугільна смола.

Чорнило Ватта залишатиметься вологим протягом 24 годин. Написання чорнилом, а потім натискання результату на інший аркуш паперу створило копію. Спочатку був великий опір копіювального паперу. Зокрема банки вважали, що така форма копіювання може призвести до підробок. Однак до кінця свого першого року продажу Ватт продав понад 200 прикладів. Справжній комерційний поштовх стався після того, як Уатт продемонстрував свій процес до Палати парламенту. Виникла в результаті занепокоєння серед членів парламенту призвела до того, що їм довелося нагадати, що парламент все ще знаходиться на засіданні! До 1785 екземплярів були в загальному вжитку, проте найбільший прогрес зробив Кір П.Далкін в 1823 році. За допомогою суміші сажі та гарячого парафіну задню частину аркуша паперу було покрито. Сажа була перенесена на інший аркуш паперу під тиском пера. Далкін створив копірні копії. І Ральф Веджвуд в Англії, і Пеллегріно Туррі в Італії розробили форми копірки між 1806 і 1808 роками, але саме версія копіювального паперу Далкіна знайшла використання.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Сучасна копірка.

Спочатку майже не було ринку для цього нового копіювального паперу, поки в 1868 році, коли американець Леббеус Роджерс говорив про участь у підйомі на повітряній кулі. Роджерс був власником компаній з виробництва печива та зелених виробників, і був заінтригований, коли репортер Associated Press, який брав інтерв'ю у нього, використовував копірку Далкіна. Роджерс відмовився від свого бісквітного бізнесу і заснував фірму з продажу копірного паперу. У 1873 році він поспілкувався з Е. Ремінгтоном і Sons виробником друкарської машинки, і саме ця програма створила успіх у бізнесі копірки.

Примітка

Термін «CC», який сьогодні зазвичай використовується в програмах електронної пошти, виріс від використання копірки і означає копірку.

Цікаво, що сажа і сьогодні використовується в сучасних фотокопіювальних апаратах і лазерних принтерах. Одним з атрибутів, що дозволяють його використовувати, є здатність частинок сажі ставати зарядженими. Це пов'язано з іншим застосуванням сажі в ранніх комунікаціях: її здатністю проводити електрику, і змінами, які відбуваються в залежності від зовнішнього тиску.

Хоча Олександр Грем Белл був першим, хто отримав патент США на електричний телефон у березні 1876 року, це був винахід Томаса Едісона (рис.\(\PageIndex{5}\)), який забезпечив значні поліпшення. Ранні телефони спиралися на металеву діафрагму, яка була прикріплена до електромагніту. Виступаючи в металеву діафрагму, викликало її вібрацію, яка в крячку вібрувала електромагнітна і, отже, створювала струм. На жаль, струм був дуже низьким, а подальша ясність була поганою. Між 1877 і 1878 роками Едісон досліджував методи підвищення чіткості сигналу. Ключовою розробкою став вуглецевий мікрофон (рис.\(\PageIndex{6}\)).

Ілюстрація\(\PageIndex{5}\): Американський винахідник, вчений і бізнесмен Томас Альва Едісон (1847—1931).

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Схема простого карбонового «кнопкового» мікрофона.

Вуглецевий мікрофон, також відомий як вуглецевий кнопковий мікрофон, що складається з двох металевих пластин, розділених гранулами вуглецю. Одна пластина звернена назовні і виконує роль діафрагми. При ударі звукових хвиль по цій пластині змінюється тиск на гранули, що в свою чергу змінює електричний опір між пластинами. З однієї пластини на іншу пропускається постійний струм, а змінюється опір призводить до зміни струму, який можна пропускати через телефонну систему. Вуглецевий мікрофон використовувався у всіх телефонах до 1980-х років.

Це був один з дослідників Едісона, Едвард Ачесон (рис.\(\PageIndex{7}\)), відкриття якого дозволило розширити спілкування в глобальному масштабі. Намагаючись зробити штучні алмази, Ачесон почав змішувати глину і кокс (вуглець) при дуже високих температурах. В електропечі при високих температурах він виявив гексагональні кристали карбіду кремнію (SiC), прикріплені до вуглецевого електрода. Він назвав цей матеріал карборундом. Коли він помилково перегрів суміш до 4150° C, він виявив, що кремній випаровується (температура кипіння 3265° C), залишаючи чистий і висококристалічний вуглець: графіт.

Ілюстрація\(\PageIndex{7}\): Американський хімік Едвард Гудріх Ачесон (1856 — 1931 рр.).

Графіт - природний мінерал, який зазвичай асоціюється з іншими мінералами, хоча в Камбрії, Англія, було виявлено величезне родовище графіту, яке місцеві жителі виявили дуже корисним для маркування овець! Графіт був названий Авраамом Вернером (рис.\(\PageIndex{8}\)) у 1789 році від грецького graphin означає малювати/писати завдяки його використанню в олівцях. Однак його використання було обмежено через вартість. Можливість виготовлення графіту високої чистоти зумовила його використання в електродах, динамо-щітках та акумуляторах. Найбільш жахливе застосування графіту було в результаті матеріальної проблеми, пов'язаної з ракетою V-2, побудованою Німеччиною під час Другої світової війни.

Ілюстрація\(\PageIndex{8}\): Німецький геолог Абрахам Готтлоб Вернер (1749 —1817).

Ракети V-2 або Vergeltungswaffen-2 (зброя помсти 2) були 47 футів в довжину і досягли 3600 миль/год з висотою 300 000 футів (рис.\(\PageIndex{9}\)). Для того щоб контролювати напрямок польоту V-2 керувався чотирма зовнішніми рулями на хвостових плавниках, і чотирма внутрішніми лопатками на виході з струменя (рис.\(\PageIndex{10}\)). Ці лопатки були виготовлені з графіту, це єдиний матеріал, який витримав би екстремальні температури.

Малюнок\(\PageIndex{9}\): Ракета V-2 в музеї Пенемюнде.

Малюнок\(\PageIndex{10}\): Вид ракети V-2 із зображенням графітових лопатей для керування напрямком.

Звичайно, саме в результаті тих же німецьких вчених, які працювали над V-2, працюючи на NASA, дозволили ракетам достатньої потужності уникнути гравітаційного тяги Землі і відправити людину на Місяць, і позиціонувати багато супутників, які зараз є життєво важливими для глобального спілкування.