Un poco de historia
En 1887, Heinrich Hertz había conseguido por primera vez generar y detectar ondas electromagnéticas de manera consciente. En su caso, el detector estaba formado por un aro metálico (conocido como Aro de Hertz) cuyos extremos se aproximaban hasta casi tocarse. Y si el dispositivo se aproximaba a una fuente electromagnética suficientemente intensa, en este punto saltaban pequeñas chispas. Sin embargo, el Aro de Hertz sólo respondía a altísimas intensidades de campo, dejando de chispear cuando se separaba unos metros del emisor.
Por este motivo, a partir de que Hertz hiciera público que había conseguido demostrar la existencia de las ondas predecidas por James C. Maxwell, muchos científicos iniciaron una frenética búsqueda de un sistema detector de mayor sensibilidad. En este contexto, el médico y científico francés Edouard Désiré Branly, recordó una experiencia anterior del maestro italiano Calzecchi Onesti sobre el extraño comportamiento de las limaduras metálicas en presencia de chispas eléctricas, y fabricó el que a partir de entonces se llamó el Cohesor de Branly.
El cohesor de Branly constaba de un tubo aislante de pocos centímetros de longitud, relleno de limaduras metálicas y con un terminal conductor en cada extremo.
En su estado normal, las limaduras presentan una alta resistencia la paso de la corriente, normalmente cercana al megaohmio. Pero tal resistencia cae brúscamente a sólo unas decenas de ohms si el cohesor recibe entre sus bornes la excitación de una señal alterna suficiente potente. A partir de este momento, el cohesor permanece en estado de conducción hasta que las limaduras son sacudidas mediante un golpe sobre el tubo contenedor.
Información en Internet
En mi caso, las primeras informaciones prácticas que encontré sobre la fabricación de cohesores fueron en la web http://home.earthlink.net/~lenyr/coherer.htm, aunque eché en falta datos más precisos sobre su historia y funcionamiento. Por este motivo, inicié una pequeña investigación sobre este tema, para entender no solamente el porqué del fenómeno que afecta a las limaduras, sino también medidas y materiales concretos que utilizaron en su día Branly, Lodge, Popoff, Tesla y Marconi.
Del primer asunto, de cuál es la causa del fenómeno de caída brusca de la resistencia, encontré poca cosa, ya que en realidad nunca ha sido explicado satisfactoriamente. Los expertos hablan desde microsoldaduras causadas por diminutas chispas entre las puntas de las limaduras, hasta una manifestación del fenómemo cuántico de Efecto Tunel. La explicación más curiosa (y política) que encontré decía: "...después de árduos estudios se ha llegado a la conclusión de que responde a alguna extraña cualidad de los contactos imperfectos..."
Los distintos tipos de cohesor que existieron entre 1889 y 1910, cuando prácticamente dejaron de usarse, los he reflejado en mi historia "Los Orígenes de la Radio", a la que se puede acceder desde la página principal de esta web.
Construcción del primer cohesor
Mi primer cohesor fue construido a partir de un tubo de plástico transparente de bolígrafo BIC, cerrado en ambos extremos por las cabezas de dos tornillos galvanizados que atravesaban dos pequeños tapones de plástico, también del bolígrafo BIC. Para intentar mejorar el posible contacto, las cabezas habían sido limadas hasta dejarlas planas.
Las limaduras las obtuve de otro tornillo de hierro normal, procurando apartar las que tuvieran un tamaño sensiblemente mayor que las demás. En el tubo del cohesor, ajusté los contactos para que dejaran entre ellos una distancia de unos 4 mm, rellenando dicho espacio con la cantidad de limaduras necesaria para que cubriera un poco más de la mitad del diámetro del tubo.
Una vez acabado el cohesor, conecté entre sus contactos un tester en la escala de ohmios X 1000 y pude comprobar como la resistencia se mantenía altísima, superior a 10 megaohmios. Al no disponer aún de ningún emisor a chispas, arranqué en sus cercanías una pequeña bobina de Tesla, que como todo el mundo sabe, representó uno de los primeros generadores electronagnéticos disponibles, y mi sorpresa fue grande al ver que la resistencia del cohesor caía instantáneamente hasta unos 50 ohmios. Después, con un pequeño golpe sobre el tubo de plástico, observé como el valor regresaba al inicial.
El primer montaje para probar los cohesores, que también muestro en "Receptor a cohesor de Branly" fue el siguiente:
Primeras conclusiones
En mis primeras pruebas con los cohesores de Branly he podido observar que los cohesores son
bastante “sordos”, y en muchos casos sólo detectan la radiofrecuencia
con un valor superior a los 10 volts pico a pico. Yo de momento no he podido
comprobar experimentalmente tal medida, pero sí que estos dispositivos
necesitan un carro de excitación para dispararse.
Esto nos plantea una pregunta ¿Entonces, cómo podían utilizarse en
1900 para comunicaciones inalámbricas a cientos de kilómetros, con los deficientes trasmisores a
chispa de la época?
Creo que la respuesta está en la misma pregunta. Precisamente
porque los trasmisores utilizaban chispas y no circuitos de oscilación
mantenida. Las chispas producen picos altísimos
de RF, aunque su duración y por tanto su valor medio pueda parecer
muchísimo más bajo. Como anécdota se puede decir que el trasmisor Marconi que se instaló inicialemte en Poldhu, tenía una potencia media de 25 kw. pero que se calcula su potencia de pico superaba los 20 megawatios, más o menos la que tenía el famoso radar ruso de los años 70 apodado el "pájaro carpintero", por la interferencia en forma de golpeteo que producía en los receptores de onda corta.
Comprobación de características eléctricas
Para comprobar un poco más seriamente el comportamiento del cohesor, construyo dos más, también de limaduras de hierro y los conecto en la salida de una fuente de alimentación variable con un microamperímetro insertado en el circuito. Pongo la
tensión a cero y le doy un buen golpe “descohertizador”.
En este momento, y siempre sin excitación externa de radiofrecuencia, comienzo a incrementar progresivamente el voltaje,
y la intensidad, que es del orden de pocos microamperes, comienza a
crecer de forma bastante lineal. Ya que la resistencia del cohesor en
este estadio inicial es altísima, superior incluso al megahom. Pero al
llegar a una cierta tensión comienza a manifestarse un fenómeno del que
no he encontrado referencias en Internet y que yo he llamado de
"avalancha autocontenida". Es decir, que sin nuevos incrementos de
tensión, la intensidad aumenta durante unos segundos y se estabiliza
poco después en un valor algo superior. En este punto permanece más o
menos estable, con oscilaciones que parecen seguir un patrón caótico de
baja amplitud.
3) Si seguimos aumentando la tensión, estas avalanchas tardan cada
vez más en contenerse, hasta que llega un punto en que la intensidad se
dispara de golpe en una curva exponencial que sube rápidamente hasta el
estado de corte de dispositivo (normalmente con una resistencia final
de entre 30 y 50 Ohms).
En los tres cohesores que he construído hasta ahora, esta tensión
de "avalancha final" oscila entre los 10 volts del Nº3 y los 20 volts
del Nº1. Y, siempre utilizando limaduras de hierro, parece depender
tanto de la distancia entre los electrodos internos como del porcentaje
de superficie de los mismos que esté cubiertos por las limaduras.
Repito lo que ya dije anteriormente: Es conveniente utilizar
tensiones de polarización inferiores a 20 volts, ya que a partir de
esta tensión es frecuente que se forme un arco eléctrico entre las
limaduras, que acaba soldándolas o incluso vaporizándolas en el
interior del tubo.
Probando la reacción del cohesor a una excitación de radiofrecuencia en diferentes estadios de conducción, observo lo siguiente: Estando en la zona baja de conducción, y si la excitación es
insuficiente para alcanzar la zona de avalancha final, el cohesor parece poseer una cierta "memoria" de la radiofrecuencia de
cierto nivel recibida desde el último golpe "descohertizante". De tal
manera, que a cada tren de ondas el cohesor "salta" en escalones
ascendentes a un estadio superior de conducción, manifestando en cada
estado el efecto anterior de "avalancha autocontenida". Hasta que por
fin, un último impulso lo dispara definitivamente.
La curiosa forma del cohesor niquel-plata de Marconi
Entre la información de los distintos tipos de cohesores que he
encontrado, destaca la del modelo Marconi de niquel-plata (en proporciones del 95% y 5% respectivamente), sobre todo por la extraña forma biselada que tienen los electrodos
internos, que también son de plata.
En un principio pensé que era de forma caprichosa para diferenciarlo del de otros investigadores, o bien para que las limaduras se compactaran en
la parte baja con una cierta presión debida a su peso, pero en realidad sirve para variar la
sensibilidad del cohesor, simplemente girándolo.
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Fabricación de cohesores de distintos metales
Estos días he fabricado varios cohesores más, de diversos materiales y tipos de construcción:
Los tres primeros son de limaduras de hierro, y funcionan más o menos
igual. Son estables y se descohertizan facilmente, adquiriendo una
resistencia máxima superior al megahomio. Mantienen bien una tensión de
polarización de 18 volts, sin sufrir avalanchas, lo cual redunda en una
buena sensilibilidad conjunta, pues al dispararse activan muy bien el
relé de 4 volts colocado en serie con ellos.
El Nº 1 aparece aquí con la bobina de 150 espiras del potenciador
"booster" magnético (véase detalles del "booster" en Receptor a cohesor de Branly), lo que lo convierte en el más sensible de los
tres.
El Nº 4 es de níquel obtenido por abrasión mediante un rodillo de
lija y un Dremel. Presenta una resistencia altísima, mayor de 6
megahomios, por lo que necesitaría una tensión de polarización muy
alta. La sensibilidad que presenta a la RF no es nada del otro mundo.
El Nº 5 es de cobre. Todo lo contrario del anterior. La
polarización no puede subir de 4 volts porque se produce la avalancha.
La sensibilidad a la RF es alta, pero es inestable y difícil de llevar
al estado de máxima resistencia.
El Nº 6 es de latón. Promete bastante, yo diría que es más sensible
que el de hierro, aunque no admite los 18 volts de éste. Una vez
montado en el receptor, no había manera de descohertizarlo a esta
tensión y el relé de desactivación no paraba de golpearlo.
El Nº 7 es de inox. La sorpresa ha sido que se porta casi como el níquel Nº 4. Altísima resistencia y poca sensibilidad a la RF.
El Nº 8 es de plata. ¡Buf...!, conduce demasiado y se dispara con
sólo mirarlo (es un decir, naturalmente), no puedo polarizarlo con una
tensión superior a los 2 volts sin que se produzca la avalancha. Es muy
sensible a la radiofrecuencia, pero muestra mucha inestabilidad.
El Nº 9 es de niquel obtenido a base de lima, ya que la altísima
resistencia del Nº 4, de este mismo material, me hizo sospechar que
dependiendo de las características mecánicas del metal, la abrasión con
el Dremel puede producir una temperatura tan alta en las partículas que
las oxida instantaneamente, especialmente en las de muy pequeño tamaño.
La sospecha se confirma. El comportamiento de este "niquel" no
tiene nada que ver con el Nº 4. Se polariza bien a 15 volts y muestra
bastante sensibilidad.
El Nº 10 es de inox, también obtenido a lima. Igual que el
anterior, muy buen comportamiento y nada que ver con el Nº 7. Alta
resistencia en reposo, buena sensibilidad y se descohertiza fácilmente.
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Método constructivo
El método constructivo más rápido es utilizando tubo de PVC tipo
"cristal". El único problema es que al ser algo flexible, el golpe
descohertizante llega algo más amortiguado a las limaduras. En todo
caso es un buen método para pruebas, ya que se construye en 20 segundos
y podemos modificar el contenido o variar la distancia entre electrodos en el mismo tiempo.
Conclusión de la comparación entre cohesores
Hasta ahora, todos los cohesores que he construído han funcionado más o menos
bien para detectar la presencia de radiofrecuencia. Pero hasta que no
disponga de un generador de RF que me proporcione al menos 30 volts
pico a pico, no voy a poder ofrecer características más concretas de
los diversos cohesores, como las curvas de sensibilidad.
Estas curvas variarán no sólo con el material, su granulometría y
grado de oxidación (que en muchos metales, como el hierro o el cobre, aumenta rápidamente), si no también con la superficie real de contacto
entre las dos armaduras y la distancia entre las mismas. A priori, en
este momento, ya puedo adivinar un "abanico de margen de impedancias"
que aconsejarían cada uno de ellos para un determinada carga y tensión
de polarización.
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Construcción de un cohesor de muy buenas características
¿Vosotros sois supersticiosos?... Yo no lo era, al menos hasta que he probado mi COHESOR Nº 13.
Es un INOX-PLATA de composición 5:1, y posee la característica de
sensibilidad variable del cohesor de Marconi, es decir, está construido
con armaduras de plata en forma de V, por lo que dependiendo de la
posición en que esté, es posible hacer que se active con más o menos
señal.
Para las medidas he utilizado mi nuevo Generador de impulsos amortiguados que permite obtener trenes de ondas amortiguadas con valores de pico iniciales de 0 a 95 volts, en dos escalas de 25 y 95 volts.
En este caso, la sorpresa ha sido que, en posición de V hacia
arriba, se activa con SÓLO 2 VOLTIOS DE RF... INCREIBLE
(30 veces más sensible que mi cohesor patrón de HIERRO Nº 1, que se activaba con 60) y cinco
veces más que el que utilizaba Nikola Tesla en su laboratorio de
Colorado Springs. Naturalmente, si lo giramos 180 grados, la
sensibilidad disminuye a 18-20 volts.
En cuanto al comportamiento, es extraordinariamente estable, fácil de descohertizar y como todos los cohesores que he fabricado hasta ahora, la construcción es sencillísima y a precio de saldo:
Materiales para fabricar el cohesor:
1) Un par de centímetros de tubo de PVC tipo “cristal” de 5 mm de diámetro interno.
2) Seis centímetros de hilo de cobre de 1,2 mm, obtenido del “vivo” de un trozo de cable de antena de TV normal.
3) Dos trocitos de aislante de plástico del mismo cable (el que separa el vivo de la malla)
4) Un trozo de plancha de plata de 0,5 mm. de grosor y de 5 x 5 cm.
(que se puede encontrar en cualquier taller de joyería por unos 3 o 4
euros y va a servir para fabricar treinta o cuarenta cohesores)
5) Una pequeña cantidad de limaduras de Inox (obtenidas con lima de grado medio de un tornillo cualquiera de A4 316)
6) Una pequeña cantidad de limaduras de plata (obtenidas de la misma plancha)
El procedimiento para construirlo es el siguiente:
1) Se cortan dos trozos de hilo de cobre, de unos 3 centímetros de longitud.
2) Con unas tijeras, se cortan dos trozos de plancha de plata de 0,5 x 0,5 cm.
3) Con un soldador de punta fina y estaño se sueldan cada uno de los extremos de los hilos de cobre en el centro de sus respectivos trozos de plancha, procurando que quede entre ellos un ángulo de 45 grados (aunque no es crítico).
4) Se cortan dos trozos de 1,5 cm. de aislante, con un extremo recto y el otro más o menos también a 45 grados.
5) Se prepara una pequeña cantidad de a Araldit rápido, y se unta la parte trasera de las planchas, es decir, la parte que tiene el hilo de cobre y la soldadura.
6) Se introduce el hilo con la planchita soldada en el trozo de aislante, procurando que el ángulo coincida, y se deja endurecer.
7) Se lima con cuidado el exceso de plancha de plata para que no sobresalga del diámetro del aislante, con lo que las armaduras quedan acabadas.
8) Se introduce una de las armaduras en el tubo de PVC cristal, hasta la mitad.
9) Se prepara el contenido mezclando cinco partes de
limaduras de inox con una parte de limaduras de plata, y se introducen en el
tubo en una cantidad suficiente para que una vez cerrado con la otra armadura,
y en posición horizontal, ocupe aproximadamente la mitad del diámetro interno
(unos 0,2 cm cúbicos)
10) Para suplir el vacío parcial con que Marconi y
Chandra Bose evitaban la oxidación de las limaduras, antes de cerrarlo se
introduce un poco de gas argón procedente de una bombona de soldadura TIG, con
lo que se asegura una buena estabilidad por mucho tiempo.
En cuanto a la tensión de polarización, las pruebas me dan como satisfactorios unos 3 volts, que pueden suministrarse con 2 pilas de 1,5 en serie. Naturalmente, un valor tan bajo no permitirá que el relé de activación sea de 4 o de 6 v. Por ello he tenido que desarrollar unos relés de altísima sensibilidad, cuyas características y construcción explico en Construcción de relés y solenoides.
Y nuestro Nª 13 ya está acabado... Sólo queda conectarlo al circuito correcto y
practicar el morse (por ejemplo ti-ti-ti-te-te-te-ti-ti-ti = ... _ _ _
... = S.O.S ) de una habitación a otra, o si el emisor no es un juguete de demostración y se dispone de una buena antena, seguro que un par de
cientos de metros o incluso kilómetros más allá...
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