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 casi cerrado (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 bruscamente 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 disminución 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 arduos estudios se ha llegado a la conclusión de que responde a alguna extraña cualidad de los contactos imperfectos..."
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 mucha 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.
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 formen arcos eléctricos 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 níquel-plata de Marconi
Entre la información de los distintos tipos de cohesores
que he encontrado, destaca la del modelo Marconi de níquel-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 Branly, 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 (Ver siguiente imagen, haz clic en ella para ampliarla).
En efecto. Si está con la posición de los electrodos separados hacia arriba, las limaduras están concentradas en la parte baja, donde las armaduras están más cerca, y por lo tanto el conjunto tiene más sensibilidad. Si en cambio lo giramos 180 grados las limaduras se quedarán entre los contactos muy separados, con lo que la sensibilidad será menor.
Otro detalle de este cohesor es su hermeticidad, ya que se le ha practicado un vacío parcial en su interior para estabilizar los metales utilizados frente a una posible oxidación que cambiaría sus características.
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Fabricación de cohesores de distintos metales
Estos días he fabricado varios cohesores más, de diversos
materiales y tipos de construcción (haz click en imagen para ampliar):
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 comporta
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 pegamento 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 gasargón procedente de una bombona de soldadura TIG, con lo que se asegura una buena estabilidad por mucho tiempo.
11) Se tapa el tubo introduciendo la segunda armadura, procurando que ámbas formen un bisel en V y que en la parte más cercana los contactos se queden a 1 mm. uno del otro, mientras que las más separadas se quedarán a unos 6 mm.
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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