LE COMUNICAZIONI ELETTRICHE DALL’OTTOCENTO AL NOVECENTO Leonardo Calandrino ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTÀ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA INFORMATICA E SISTEMISTICA ACCADEMIA DELLE SCIENZE DELL’ISTITUTO DI BOLOGNA e.mail [email protected] 29 maggio 2008 1 SOMMARIO ¾ Dall’antica Grecia alla fine del Settecento: comunicazioni digitali, elettricità e magne- tismo. ¾ Ottocento: Gli studi sui campi elettrici e ma- gnetici sono seguiti in tempo reale dalle loro applicazioni alle comunicazioni che diventa- no “elettriche”. ¾ Ottocento: Le Comunicazioni Elettriche na- scono digitali, poi hanno origine anche quel- le analogiche. ¾ Novecento: Crescita e decadenza delle co- municazioni analogiche. Si ritorna ad un con- testo completamente digitale. 2 La necessità di comunicare nello spazio (cioè rendere disponibile un messaggio in un punto fisicamente distinto da quello in cui è stato generato) e nel tempo (ossia memorizzare un messaggio per renderlo disponibile nel pro- sieguo del tempo) si è manifestata in ogni civiltà ed in ogni epoca. Comunicare deriva dal greco, precisamente dall’aggettivo κοινóς (comune), da cui i verbi κοινóω, κοινωνέω (metto in comune, comuni- co). 3 Dalla tragedia “Agamennone” di Eschilo (1/3) …………………………… CORO Chi è il corriere che così di volo arriva da Troia? CLITENNESTRA Il Dio della fiamma Efesto che dall'Ida scagliò un fulgido raggio. Un falò passava il segnale all'altro falò fin qui: staffetta di fuoco. Dall'Ida via verso lo scoglio Ermeio in Lemno: da quest'isola riceve per terzo la torcia possente il picco di Athos sacro dominio di Zeus. Eccola ora altissima sulla curva del mare di slancio la fiamma viaggiatrice esultante... vampa di resina - un sole diresti - che uno splendore trasmette come oro fulgente alla scolta lassù del Macisto. Non è lenta la guardia e non cede incosciente al sopore: e non scorda il suo compito di messaggera. Un gran balzo e il bagliore del rogo alto sull'onda dell'Euripo precipita sulle vedette messapie e reca l'annuncio. 4 Dalla tragedia “Agamennone” di Eschilo (2/3) Fanno specchio le guardie al lampo in arrivo - una scintilla al fascio già pronto di erica secca - e trasmettono oltre il messaggio. Fiorisce la fiamma, non s'offusca il fulgore e al di là della valle in cui scorre l'Asopo rimbalza - chiarore di luna serena - fino al massiccio del Citerone: qui accende un nuovo passaggio un'altra scorta di fuoco. La vedetta non lascia cadere quel raggio di luce già da tanto in cammino e attizza un incendio più vivo degli altri. Guizza il riverbero oltre la palude Gorgòpide, balena sui massi dell'Egiplancto e scuote il servizio del fuoco che non tardi al suo impegno. E gli addetti fiamme su fiamme senza misurare lo slancio scagliano in cielo una lama possente di fuoco a varcare la vetta affacciata sul golfo Sarònico... raggiante; irrompe la luce e tocca l'erta Aracnea il posto di guardia vicino ormai nei sobborghi. L'ultimo lancio ed eccola là sulla torre scintilla la fiamma sorta dal capostipite rogo acceso sull'Ida. 5 Dalla tragedia “Agamennone” di Eschilo (3/3) Così si successero in ordine le mie staffette compiendo ciascuna il suo tratto e passando la torcia: vince la prima scattando e chi tocca il traguardo. Questa è la prova, vi dico, l'atteso se- gnale che a me lo sposo ha lanciato da Troia. CORO Anch'io benedirò gli dèi, regina……. (Traduzione da http://www.readme.it/libri/Classici%20Greci/Agamennone.shtml) Alcune date: Eschilo: Eleusi, 525 a.C. – Gela, 456 a.C. Guerra di Troia (se davvero fatto storico): fine dell‘età del Bronzo, intorno 1300-1200 a.C. 6 LE COMUNICAZIONI NELLO SPAZIO PRIMA DELL’OTTOCENTO • Comunicazioni ottiche (falò, segnali di fumo, telegrafia ottica). Caratteristiche: sorgente con codifica manuale, propaga- zione nello spazio libero, ricevitore occhio umano. • Comunicazioni acustiche mediante sia strumenti a fiato (corni) che a percussione (tamburi, tam-tam). 7 1793 Telegrafo ottico di Claude Chappe Da Wikipedia. 8 SEGNALI ANALOGICI E SEGNALI DIGITALI Segnale analogico (tempo-continuo e con- tinuo nei valori). L’infor- mazione è recata da una forma d’onda. Segnale digitale (tempo-discreto e di- screto nei valori: 0÷1V). L’informazione è recata da una suc- cessione di simboli. 9 Nelle comunicazioni ottiche e acustiche prima menzionate l’in- formazione viene recata da una successione di simboli di un al- fabeto finito, cioè da un segnale tempo-discreto e discreto nei valori (segnale digitale): LE COMUNICAZIONI NASCONO DIGITALI. 10 LE COMUNICAZIONI NEL TEMPO PRIMA DELL’OTTOCENTO • Vari tipi di alfabeto: – Alfabeto cuneiforme (Sumeri, circa 3.500 anni a.C.) – Alfabeto geroglifico (Egizi, terzo millennio a.C.) – …………………………………………… – Alfabeto greco (VIII secolo a.C.) – Alfabeto latino • Supporti dell’informazione (memorie) – Tavolette di argilla –Papiri – Tavolette di cera –Carta 11 ELETTRICITÀ E MAGNETISMO PRIMA DELL’OTTOCENTO (1/2) Già ai tempi di Talete (Mileto, 640/624 a.C.– circa 574 a.C.) era noto che: Un frammento di ambra, Un minerale di ferro (magneti- se strofinato, attira a sé te) ha la proprietà di attrarre la delle piume (da cui il ter- limatura di ferro. mine elettricità dal greco ηλεκτρον = ambra). In origine i due tipi di attrazione vengono confusi fra loro. 12 ELETTRICITÀ E MAGNETISMO PRIMA DELL’OTTOCENTO (2/2) Passi successivi: netta distinzione fra attrazione elettrica e attrazione magnetica Viene evidenziata l’esi- Vengono introdotti il con- stenza di due tipi di elet- cetto e la terminologia dei trizzazione: quella vetrosa due poli, Nord e Sud, della o positiva e quella resi- calamita. nosa o negativa. L’Elettrostatica moderna Fino al 1820 (Oersted, v. nasce nella seconda metà Ottocento) il magnetismo del Settecento (v. legge di conosciuto ero solo quello Coulomb - 1785). dei magneti di ferro e della Vengono proposti tele- magnetite. grafi elettrostatici ad u- no o più fili. 13 LUIGI GALVANI E ALESSANDRO VOLTA Nell’ultimo decennio del secolo nuovi feno- meni elettrici studiati da L. Galvani (Acca- demia delle Scienze dell’Istituto di Bolo- gna) e A. Volta (Università di Pavia) im- pongono una radicale revisione della teo- ria dell’elettricità e segnano il passaggio dall’Elettrostatica all’Elettrodinamica. 14 SOMMARIO 9 Dall’antica Grecia alla fine del Settecento: comunicazioni digitali, elettricità e magne- tismo. ¾ Ottocento: Gli studi sui campi elettrici e ma- gnetici sono seguiti in tempo reale dalle loro applicazioni alle comunicazioni che diventa- no “elettriche”. ¾ Ottocento: Le Comunicazioni Elettriche na- scono digitali, poi hanno origine anche quel- le analogiche. ¾ Novecento: Crescita e decadenza delle co- municazioni analogiche. Si ritorna ad un con- testo completamente digitale. 15 L’OTTOCENTO Vedremo che: • Gli studi sui fenomeni elettrici e magnetici danno origine all’Elettromagnetismo e ad un nuovo ca- nale di comunicazione mediante propagazione di un’onda elettromagnetica sia guidata (linee metalliche) che libera (radiocomunicazioni). • L’onda viene modulata dal segnale in trasmis- sione e demodulata in ricezione. HANNO INIZIO LE COMUNICAZIONI ELETTRICHE 16 LA SCOPERTA DELLA PILA • Con lettera autografa in data 20 marzo 1800 (www.scienceandsociety.co.uk) Alessandro Volta informa la Royal Society di Londra della sua scoperta. • Il nuovo secolo si apre con la possibilità di mantenere una corrente elettrica continua in un circuito. • Iniziano gli esperimenti sugli effetti della corrente elettrica, destinati a trasformare profondamente in breve tempo sia la Fisica che la Chimica … e il mondo delle comunicazioni. 17 ELETTROMAGNETISMO (1/5) • 1820 Dopo una serie di esperienze Hans Christian Oersted scopre che una corrente elettrica genera un campo magnetico. • 1820 André-Marie Ampère esprime quantitati- vamente il contributo di un elemento di corrente all’induzione magnetica. Nel mondo delle comunicazioni … 1820 A. M. Ampère e J. Cummings studiano la fattibilità di un telegrafo elettrodinamico a 25 fili percorsi da corrente e disposti in modo da far deviare in ricezione altrettanti aghi ma- gnetici. 18 ELETTROMAGNETISMO (2/5) • 1831 Michael Faraday scopre l’induzione elettromagnetica. Per interpretare i risultati sperimentali introduce i concetti di campo elettrico e campo magnetico con una de- scrizione geometrica mediante “linee di forza”. • Joseph Henry mette in evidenza l’auto- induzione. Realizza un elettromagnete, a cui segue l’ideazione di un relè. 19 ELETTROMAGNETISMO (3/5) Nel mondo delle comunicazioni … • Samuel Morse realizza un telegrafo elettromagnetico codificando l’informa- zione (codice di Morse) e usando il relè di Henry. • Meucci/Bell trasformano un segnale so- noro in variazioni di una corrente elet- trica (microfono) e viceversa (altopar- lante). Si arriva così all’invenzione del telefono. 20 ELETTROMAGNETISMO (4/5) • 1864 James Clerk Maxwell presenta alla Royal Society la memoria “A dynamical Theory of the Electromagnetic Field” che predice l’esistenza di onde elettromagne- tiche. Vengono unificati i fenomeni elettrici, magnetici ed ottici. • 1886 Heinrich Hertz dimostra sperimental- mente l’esistenza delle onde elettroma- gnetiche. 21 ELETTROMAGNETISMO (5/5) • 1889 Le esperienze di Augusto Righi a Bologna confermano che le onde elettromagnetiche pre- sentano gli stessi fenomeni di riflessione, rifra- zione, diffrazione e polarizzazione delle onde luminose, confermando l'identità della natura dei due tipi di radiazione. • Altre doverose citazioni: Oliver J. Lodge e Alexander S. Popov. Nel mondo delle comunicazioni … 1895 Iniziano gli esperimenti di Guglielmo