W 1844 roku Samuel Morse wystukał z Waszyngtonu do Baltimore słynne zdanie „What hath God wrought" i wiadomość, która wcześniej jechała konno kilka dni, dotarła w ułamku sekundy. Cała magia telegrafu sprowadza się do jednego: zamknięcia i otwarcia obwodu elektrycznego. Możesz to sprawdzić samodzielnie — wystarczy bateria, brzęczyk, kawałek drutu i klucz zrobiony z dwóch kawałków blachy.

Co nam będzie potrzebne?

  • bateria 9 V (wraz ze złączem lub krokodylkami)
  • brzęczyk elektryczny na 6–12 V
  • drut elektryczny w izolacji, ok. 2 m
  • dwa kawałki cienkiej blachy lub duże spinacze biurowe (klucz Morse’a)
  • krokodylki lub taśma izolacyjna do łączenia
  • kawałek drewna lub tekturki jako podstawka klucza
  • kartka z tabelą alfabetu Morse’a (do wydrukowania lub przepisania)
  • nożyczki lub szczypce do ściągania izolacji

Jak wykonać doświadczenie?

Krok 1: Przygotowanie przewodów. Pokrój drut na trzy odcinki: dwa po ok. 40 cm i jeden dłuższy, ok. 1 m. Z obu końców każdego odcinka ściągnij około centymetra izolacji, tak żeby odsłonić błyszczący metal. Uważaj, żeby nie przeciąć samych żyłek miedzi — wystarczy delikatnie naciąć plastik i go zsunąć.

Krok 2: Budowa klucza. Przymocuj do podstawki dwa paski blachy tak, aby jeden był sztywno przytwierdzony do drewna, a drugi, nieco odgięty ku górze, wisiał nad nim jak dźwignia. Gdy naciśniesz górny pasek palcem, powinien dotknąć dolnego; po puszczeniu sprężyście wraca w górę i przerywa kontakt. To właśnie jest klucz telegraficzny — najprostszy możliwy przełącznik. Do każdego paska przymocuj jeden przewód, najlepiej krokodylkiem lub ciasno owiniętym drutem i taśmą.

Krok 3: Złożenie obwodu. Połącz biegun dodatni baterii z jednym zaciskiem brzęczyka (zwykle oznaczonym czerwonym przewodem). Drugi zacisk brzęczyka podłącz do jednego paska klucza. Drugi pasek klucza połącz długim przewodem z biegunem ujemnym baterii. Obwód jest teraz otwarty — brzęczyk milczy, bo prąd nie ma drogi przez szczelinę między paskami blachy.

Krok 4: Pierwszy sygnał. Naciśnij klucz. Blachy się stykają, obwód się zamyka i brzęczyk natychmiast zaczyna dźwięczeć. Puść — cisza. Jeśli brzęczyk milczy mimo naciśnięcia, sprawdź, czy przewody mają dobry kontakt z metalem, oraz czy brzęczyk jest podłączony zgodnie z biegunowością (większość modeli ma oznaczony plus).

Krok 5: Nadawanie i odbiór. Wydrukuj tabelę alfabetu Morse’a i wystukaj prostą wiadomość, na przykład SOS: trzy krótkie sygnały, trzy długie, trzy krótkie. Umowna zasada mówi, że kreska trwa trzy razy dłużej niż kropka, przerwa między literami to trzy jednostki czasu, a między wyrazami siedem. Poproś kogoś, żeby słuchał z drugiego pokoju — przedłużając przewód, zbudujesz prawdziwą linię telegraficzną.

Wyjaśnienie naukowe

Telegraf to w istocie zdalny przełącznik. Bateria wytwarza różnicę potencjałów, która wymusza ruch elektronów w zamkniętym obwodzie, a brzęczyk jest odbiornikiem zamieniającym energię elektryczną na drgania i dźwięk. Klucz pełni rolę zaworu: gdy blachy się stykają, opór obwodu jest niski i płynie prąd rzędu kilkunastu miliamperów; gdy się rozchodzą, powietrze izoluje obwód i prąd spada praktycznie do zera. Informacja nie jest zatem zapisana w natężeniu prądu, lecz w czasie jego trwania — to jedna z pierwszych praktycznych form kodowania cyfrowego, bo sygnał jest albo „jest", albo „nie ma". Podobną logikę włączania i wyłączania ścieżki prądu znajdziesz w doświadczeniu obwód elektryczny z grafitowych ścieżek .

Pierwsze telegrafy elektryczne wykorzystywały zjawisko odkryte kilkanaście lat wcześniej: prąd płynący w cewce wytwarza pole magnetyczne. Odbiornik Morse’a stanowił właśnie elektromagnes , który przyciągał metalowe ramię z rylcem i odciskał kropki oraz kreski na przesuwającej się taśmie papierowej. Z czasem telegrafiści przeszli na odbiór „na słuch", ponieważ doświadczeni telegrafiści rozpoznawali kod po samym stukocie przekaźnika szybciej, niż dało się go odczytać z papieru. Rozwój techniki wymagał też rozwiązania problemu oporu długich linii, dlatego w drodze co kilkadziesiąt kilometrów stawiano przekaźniki, czyli elektromagnetyczne wzmacniacze, które przy słabnącym prądzie zamykały nowy obwód z własną baterią.

Kod Morse’a został zaprojektowany sprytnie: najczęstsze litery mają najkrótsze znaki. Litera E to pojedyncza kropka, T — jedna kreska, natomiast rzadko używane Q czy J wymagają czterech sygnałów. Dzięki temu przeciętna wiadomość jest krótsza, co stanowi zaczątek teorii kompresji danych. Telegrafia przetrwała wiele dekad: w 1866 roku położono pierwszy trwały kabel transatlantycki, a do dziś kod Morse’a wykorzystują krótkofalowcy, piloci przy identyfikacji radiolatarni oraz ratownicy w sygnale SOS. Baterię 9 V możesz zastąpić nietypowym źródłem prądu, jak w doświadczeniu bateria z cytryn — wtedy brzęczyk zadziała, jeśli połączysz szeregowo kilka ogniw.

Warianty

Wariant 1: Żarówka zamiast brzęczyka. Zastąp brzęczyk małą żarówką latarkową 3,5 V i zasil ją dwiema bateriami AA. Otrzymasz telegraf optyczny, w którym kropki i kreski widać jako błyski. To zasada działania lampy sygnalizacyjnej na statkach i w wojsku, gdzie ciszę trzeba zachować.

Wariant 2: Telegraf dwustronny. Zbuduj dwie stacje połączone dwoma przewodami, każdą z kluczem i brzęczykiem w obwodzie szeregowym. Obie osoby mogą teraz nadawać i odbierać, o ile jedna z nich czeka, aż druga skończy — dokładnie tak jak na dawnych liniach telegraficznych.

Wariant 3: Pomiar prędkości nadawania. Ustal z kolegą, ile słów na minutę potraficie nadać i odebrać. Zawodowi telegrafiści osiągali 25–30 słów na minutę, a mistrzowie nawet ponad 40. To świetne ćwiczenie pamięci i koncentracji.

Często zadawane pytania

Dlaczego brzęczyk nie działa, mimo że klucz jest wciśnięty? Najczęstszą przyczyną jest zły kontakt: izolacja nie została dokładnie zdjęta, krokodylek ślizga się po lakierze albo blacha jest zaśniedziała. Drugi powód to odwrócona biegunowość, ponieważ wiele brzęczyków ma wbudowaną diodę lub elektronikę, która przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku. Wymień baterię, jeśli napięcie spadło poniżej około 6 V, i przetestuj obwód, dotykając końcami przewodów bezpośrednio do brzęczyka.

Jak długi może być przewód, żeby telegraf nadal działał? W domowych warunkach możesz bezpiecznie rozciągnąć przewód na kilkanaście metrów, bo opór cienkiej miedzi jest wówczas wciąż niewielki. Przy kilometrowych liniach opór rośnie tak, że prąd słabnie i potrzebne są przekaźniki lub wyższe napięcie. Dlatego historyczne linie telegraficzne używały napięć rzędu kilkudziesięciu woltów, a na długich trasach stawiano stacje pośrednie.

Czy kod Morse’a jest jeszcze do czegoś potrzebny? Tak, i to w zaskakująco wielu dziedzinach. Używają go radioamatorzy, ponieważ sygnał telegraficzny przebija się przez zakłócenia lepiej niż mowa, a w lotnictwie służy do potwierdzania nazw radiolatarni. Jest również uznawany w sytuacjach kryzysowych — osoby z niepełnosprawnościami ruchowymi potrafią za jego pomocą porozumiewać się mrugnięciem lub dotknięciem przełącznika.