Wie funktioniert ein Telefon?

Das Telefon entstand durch die gegenseitige Befruchtung zweier Studienrichtungen – Elektrizität und Akustik. Obwohl die Erfindung des Telefons normalerweise Alexander Graham Bell zugeschrieben wird, arbeiteten viele Erfinder in den 1860er und 1870er Jahren an dem Problem, allen voran Elisha Gray, die nur wenige Stunden nach Bell eine Patentanmeldung für dasselbe Gerät einreichte. Obwohl die Grundlagen der Elektrizität in den 1830er Jahren bekannt waren, schlug bis 1854 niemand vor, Sprache elektrisch zu übertragen. Das Telefon wurde schließlich am 10. März 1876 erfunden. In es wurden die berühmten Worte gesprochen: „Mr. Watson, komm her, ich will dich sehen.“

Das Telefon funktioniert nach einfachen Prinzipien. Ein Telefonmundstück enthält eine dünne metallische Beschichtung, die von einer Elektrode durch eine dünne Barriere (heute verwenden wir Kunststoff) getrennt ist, die mit einem stromführenden Draht verbunden ist. Wenn eine Person in das Mundstück spricht, drücken die akustischen Schwingungen ihrer Sprache die metallische Beschichtung etwas näher an die Elektrode, was zu Spannungsschwankungen und damit zu einer schnellen Umwandlung von akustischer in elektrische Energie führt. Die elektrischen Impulse werden über einen Draht zum Lautsprecher am anderen Ende geleitet, wo elektrische Impulse wieder in akustische Energie umgewandelt werden.

Die Umwandlung von Sprache in elektrische Energie vor der Übertragung ist weitaus effizienter als die Übertragung von Sprache durch einen mechanischen Kanal, zum Beispiel ein Metallrohr, da die Wände der mechanischen Kanäle einen großen Teil der akustischen Energie absorbieren, während sie sich fortbewegt. Gut isolierte Drähte schützen jedoch die elektrische Energie wirksam davor, sich zu verteilen, bevor sie ihr Ziel erreicht. Elektrische Pulse breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, während akustische Pulse durch die Schallgeschwindigkeit begrenzt sind. In seinem Buch New Utopia von 1627 verwies Francis Bacon auf die Möglichkeit eines Fernnetzes von Röhren, um menschliche Sprache zu übertragen. Viele Historiker halten dies für den ersten Hinweis auf so etwas wie ein Telefon. Leider fehlten ihm die wissenschaftlichen Kenntnisse, um zu verstehen, warum dies unpraktisch sein sollte.

Drei kritische Entwicklungen waren notwendige Vorläufer der Erfindung des Telefons. Zuerst wurde verstanden, dass ein elektrischer Strom ein magnetisches Feld und damit mechanische oder akustische Energie erzeugen kann. Dies wird dem dänischen Physiker Christian Oersted im Jahr 1820 zugeschrieben, der zeigte, dass eine Kompassnadel manipuliert werden kann, indem ein elektrischer Draht darüber geführt wird. Zweitens war das Verständnis, dass das Gegenteil möglich ist – elektrische Induktion – das heißt, einen Strom zu erzeugen, indem ein beweglicher Magnet neben einem Draht platziert wird. Diese Erkenntnis wird dem Erfinder Michael Faraday im Jahr 1821 zugeschrieben. Die letzte notwendige Entwicklung war die der Batterie, eines chemischen Geräts, das eine kontinuierliche Stromquelle erzeugen kann. Die erste sehr grobe Batterie war das „Leydener Glas“, ein 1746 von zwei Holländern erfundenes Gerät zur Speicherung statischer Elektrizität. Volta und andere entwickelten im Laufe des 18. und 19. Jahrhunderts komplexere Batterien.

Das Telefon, das oft nur nach der Druckmaschine an zweiter Stelle für die Revolutionierung der menschlichen Kommunikation angesehen wurde, ermöglichte es, Menschen ohne Abhängigkeit vom Postdienst mit anderen zu verbinden. Jeder Bereich menschlicher Angelegenheiten, vom Geschäft bis zum täglichen Leben, wurde radikal und dauerhaft verändert. Weltweit hat das Telefon der Menschheit Billionen Dollar an Kommunikationskosten gespart. Das grundlegende Design des Telefons hat sich seit seiner ersten Erfindung nicht geändert.