Os Pioneiros da TSF – Karl Braun


Os cientistas e técnicos que contribuíram para a aventura da TSF foram muitos. Nesta série de apontamentos a minha intenção era realçar os maiores contributos para o arranque desta tecnologia desde a sua descoberta até ao estabelecimento dos primeiros serviços regulares, num período temporal que vai desde 1865 (teorização das ondas electro-magnécicas por Maxwell) até cerca de 1907 (estabelecimento da 1ª ligação regular transatlântica). Referi os nomes que considerei mais importantes nesta evolução, embora muitos  outros tenham dado também o seu contributo, como é o caso do inglês Oliver Lodge e do espanhol Julio Cervera Baviera.

Parece-me chegada a hora de encerrar esta rubrica fazendo referência aos dois homens que acabaram por receber, em conjunto, o prémio Nobel da Física, em 1909, pela sua contribuição para o desenvolvimento da TSF: Karl Ferdinand Braun e Guglielmo Marconi.

Como vimos anteriormente, sobretudo no artigo dedicado a Tesla, a atribuição deste prémio levantou alguma controvérsia facilmente compreensível se atendermos às importantes contribuições que tantos cientistas, alguns referidos nesta rubrica, deram para a evolução da rádio.

Compreende-se que o Comité Nobel tenha premiado estes dois homens numa altura em que a TSF “explodia” em realizações, capacidade e perspectivas de futuro, tendo ambos contribuído, na prática, para isso.

Karl Ferdinand Braun

foto_braunNasceu a 6 de Junho de 1850, em Fulda, na Alemanha. Embora tenha feito toda a sua vida na Alemanha, acabou por falecer em Nova Iorque,  a 20 de Abril de 1918, onde havia sido chamado para testemunhar numa disputa de patentes e onde acabou por ficar devido à eclosão da I Guerra Mundial.

Estudou nas universidades de Marburg e Berlim, onde obteve o doutoramento com uma tese sobre “oscilações em cordas elásticas”.

Recebeu, conjuntamente com Marconi, o 9º prémio Nobel da Física, em 1909, “em reconhecimento das suas contribuições para  o desenvolvimento da Telegrafia Sem Fios”.

Inventou o Tubo de Raios Catódicos (CRT na sigla inglesa), também denominado “tubo de Braun”,  que esteve na base dos ecrãs de radar e dos receptores de televisão desde o seu aparecimento, em 1934, até aos nossos dias, em que está a ser substituído pelas tecnologias de ecrãs planos de cristais líquidos (LCD) e de plasma.

Tubo Braun

Tubo de Raios Catódicos inventado por Braun (Foto: Deutsches Museum, Munich)

Em 1897 utilizou o Tubo de Raios Catódicos na construção do osciloscópio, também por si inventado, que constituiu uma preciosa ajuda nas suas investigações sobre as ondas electromagnéticas.  Na sua conferência do Prémio Nobel afirmou: – “Devo lembrar um acessório que foi de grande utilidade para mim e outros experimentadores. Falo do tubo de raios catódicos que descrevi em 1897. Ele forneceu uma figura visual das formas de onda da corrente e tensão até 100Kc/s, e foi o meio pelo qual puderam ser feitas investigações do período, forma de onda, intensidade, amortecimento e relações de fase”.

oscilogramas

Imagens no osciloscópio apresentadas pelo próprio Braun na sua Conferência do Nobel

Em 1874, quando estudava a condutividade de electrólitos e cristais, descobriu que num contacto entre um fio metálico fino e um cristal de galena (sulfureto de chumbo) a corrente eléctrica fluía muito mais facilmente num sentido que no outro. Estava descoberto o díodo rectificador. Fez uma apresentação da sua descoberta em Leipzig, a 4 de Novembro de 1876, mas não lhe anteviu nenhuma utilidade. Foi Jagadiz Chandra Bose que acabou por apresentar, em 1901, uma patente que lhe foi concedida em 1904  que incluía, entre outros, este dispositivo como receptor de rádio (patente US 755840).

No campo da TSF Braun destaca-se pela introdução de duas técnicas que vieram revolucionar a sua evolução:

– Introdução de circuitos ressonantes acoplados à antena.

– Agregados de antenas com fase ajustada (phased array antennas).

O interesse de Braun na área da TSF começou em 1898 quando lhe foi pedido para estudar e melhorar um sistema de telegrafia sem fios pela água, que havia sido inventado por três técnicos sem base científica. Isto levou-o a interessar-se pelos esforços que outros, dos quais sobressaía Marconi, estavam a fazer nesta área. Soube que Marconi, desde 1895, tinha feito experiências na transmissão de ondas electromagnéticas com base num emissor rudimentar de faísca com a bobina ligada directamente à antena, tentando alcances cada vez maiores exclusivamente à custa de aumentar a tensão no emissor, mas sem grandes resultados pois grandes aumentos de tensão conduziam a pequenos ganhos de alcance.

Sabendo da grande redução de perdas de energia que se observa num circuito ressonante, lembrou-se de adoptar tal circuito, constituído por uma bobina e um condensador, no circuito originador da faísca, e acoplá-lo à antena através de um transformador.

Com esta inovação obtiveram-se 3 efeitos altamente benéficos para o incremento da energia radiada:

– menos perdas no circuito originador da faísca;

– redução do espectro de frequências geradas para quase uma frequência única: a de ressonância do circuito.

– possibilidade de ajustar o acoplamento da antena (adaptação de impedância), permitindo que esta recebesse e radiasse uma maior quantidade de energia, jogando com a relação do transformador.

Após o êxito da aplicação do circuito ressonante no emissor, Braun utilizou-o também no receptor, obtendo grande ganho de eficiência.

a - Emissor inicial de Marconi (Fonte: rlandell.tripod.com/histradio.html) b - Emissor de Braun (Fonte: Karl Braun - Nobel Lecture)

a – Emissor inicial de Marconi (Fonte: rlandell.tripod.com/histradio.html)
b – Emissor de Braun (Fonte: Karl Braun – Nobel Lecture)

A introdução desta inovação permitiu, para além do aumento de alcance, ultrapassar a limitação que o sistema anterior tinha: numa dada zona só era possível utilizar um único canal pois o emissor comportava-se como um autentico gerador e ruído branco, emitindo em quase todo o espectro de frequências e interferindo em qualquer outro sistema que estivesse no seu raio de alcance. Com a nova técnica era possível estabelecer uma infinidade de canais, separados pela frequência, sem interferências mútuas.

Em 24 de Setembro de 1900, utilizando o equipamento inventado por Braun, foi possível enviar um telegrama de Helgoland para Cuxhaven, numa distância de 62 Km muito superior aos cerca de 15Km conseguidos, até então, para ligações fiáveis.

A sua segunda grande inovação na área da TSF está também associada à necessidade de reduzir a energia consumida pelo emissor. Dedicou-se ao estudo das antenas concluindo que a sua directividade era um elemento essencial na obtenção de ganhos de eficiência e alcance.

Foi o primeiro a utilizar um agregado constituído por três antenas situadas nos vértices de um triângulo equilátero ABC (figura abaixo), sendo a altura CD um quarto de comprimento de onda, em que as antenas situadas em A e B emitiam na mesma fase e a antena situada em C emitia um quarto de ciclo adiantada, obtendo assim uma radiação predominantemente no sentido CD. A demonstração desta invenção  foi realizada nas proximidades de Estrasburgo na primavera de 1905.

Disposição das antenas no "array"( Fonte: Karl Braun - Nobel Lecture)

Disposição das antenas no “array” e indicação do sentido da radiação ( Fonte: Karl Braun – Nobel Lecture)

Montagem do "array" de tres antenas (fonte: Karl Braun - Nobel Lecture)

Montagem do “array” de tres antenas (fonte: Karl Braun – Nobel Lecture)

Braun, juntamente com outros sócios, fundou duas empresas: uma dedicada a aparelhagem  de medida e de laboratório, a “Hartman & Braun”, e outra dedicada à exploração da TSF, a “Telebraun”. Esta última, depois de várias junções e alterações, deu origem à célebre “Telefunken”.

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Um comentário a “Os Pioneiros da TSF – Karl Braun

  1. Em relação a mais este excelente post do MGen Carlos Alves apenas pretendo apresentar duas breves notas:
    A primeira é para assinalar que considerei a frase “parece chegada a hora de encerrar esta rubrica” fazendo referência a Karl Braun e a Marconi, como significando que, como no post apenas se refere o primeiro, ainda teremos o prazer de ler um post relativo a Marconi.
    A segunda é para lembrar a ideia que transmiti no comentário que fiz ao post, nesta rubrica, dedicado a Popov, das vantagens que me parecia haver em a CHT encarar a publicação de posts dedicados aos pioneiros da TSF na área das transmissões militares, logo que esta rubrica termine.

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