Пока Тесла создавал модели для своей многофазной системы, профессор Генрих Герц в 1887 году подверг теорию Максвелла экспериментальной проверке в диапазоне волн длиной в несколько метров. Такие волны он создавал с помощью искрового разряда индукционной катушки, а также собирал эти волны из пространства и преобразовывал их в небольшой разряд на некотором расстоянии от катушки.
Работа Герца подтвердила теорию Теслы о том, что почти каждая нота всего диапазона вибраций между уже известными вибрациями электрического тока и вибрациями света таит в себе интересное открытие. Тесла был уверен, что если он сможет постоянно повышать частоту электрических вибраций, пока она не сравняется с частотой света, он получит высокоэффективный процесс непосредственной выработки света вместо крайне неэкономичного процесса, использовавшегося в лампах накаливания Эдисона, в котором полезные световые волны являлись лишь малой частью тех волн, что терялись при выработке бесполезного тепла, оставляя потребителю только пять процентов электрической энергии.
Свои исследования Тесла начал с постройки роторных генераторов переменного тока, доведя в них число фаз до 384, и с этим оборудованием смог получать токи с астотой до 10000 герц. Он обнаружил, что эти высокочастотные токи дают больше интересных возможностей для эффективной передачи энергии на расстояние, чем его весьма практичная многофазная система с 60 герцами. Поэтому параллельно он занялся конструированием трансформаторов для повышения и понижения напряжения таких токов.
На основе высокочастотных генераторов переменного тока, сходных с теми, что в 1890 году задумал Тесла, Ф.У. Александерсон разработал впоследствии радиопередатчики большой мощности, которые более чем через два десятилетия поставили трансатлантическую радиосвязь на столь практичную основу, что правительство не выпустило контроль за ним за пределы государства и сохранило за Соединенными Штатами господствующее положение в мировой радиосвязи.
Разработанные Теслой высокочастотные трансформаторы работали просто замечательно. В них не применялось ни грамма железа, которое, как выяснилось, только мешало их работе. Они имели воздушный сердечник и состояли лишь из концентрических первичных и вторичных обмоток. С помощью этих трансформаторов, которые стали известны как трансформаторы Теслы, он смог получать очень высокое напряжение. В первых экспериментах он достигал потенциалов, пробивавших воздух пятисантиметровой искрой, но уже очень скоро он достиг огромного прогресса, и разряды получались уже в виде пламени. Работая с такими напряжениями, он столкнулся с трудностями с изоляцией своих аппаратов и разработал способ изолирования, который применяется теперь в высоковольтных устройствах во всем мире: устройство погружается в масло, в результате чего воздух из катушек полностью устраняется. Это изобретение имело огромное коммерческое значение.
Был, однако, определенный предел, выше которого использование роторных генераторов высокочастотных токов становилось непрактичным, поэтому Тесла приступил к конструированию генератора нового вида. В идее, которую он положил при этом в основу, не было ничего нового. В роторном генераторе ток вырабатывается при вращении провода, который последовательно перемещается через ряд магнитных полей. Того же эффекта можно добиться, если перемещать провод вперед-назад в колебательном движении в одном магнитном поле. Никто, однако, до тех пор не создал еще возвратно-поступательный генератор, Тесле же удалось создать его, причем весьма практичный для его конкретной цели. Но больше он нигде применяться не мог, и позднее Тесла пришел к выводу, что мог бы с гораздо большей пользой потратить потерянное на него время. Это была оригинальная одноцилиндровая машина без клапанов, способная приводиться в действие сжатым воздухом или паром и имевшая два окна, как у двухтактного судового двигателя. С обеих сторон к поршню присоединялся шток, проходивший сквозь головку цилиндра, а на каждом конце штока плашмя крепилась катушка, которая при возвратно-поступательном движении поршня совершала такое же движение в поле электромагнита. А магнитное поле своим смягчающим действием служило маховиком.
Тесле удалось добиться частоты в 20000 герц и такой замечательной стабильности в работе генератора, что он предложил поддерживать столь же постоянную частоту и в своей многофазной системе в 60 герц с синхронными двигателями, где с помощью редуктора она снижается до нужной величины, как в часах, показывающих правильное время при подключении к переменному току. Эта идея и легла в основание современных электронных часов. Как и во многих других случаях его практичных и полезных новаций, он не позаботился о патенте и не получил никакой финансовой выгоды из своего предложения.
*
Работая над своей многофазной системой, Тесла хорошо понял ту роль, что играют в цепях переменного тока два таких фактора, как емкость и индуктивность: первую можно уподобить пружине, вторую бензобаку. Его расчеты показывали, что при токах достаточно высокой частоты можно получать резонанс при относительно небольших значениях индуктивности и емкости. Резонанс получается в колебательном электрическом контуре, а посредством получения резонанса производится электрическая настройка цепи. В качестве механического аналога электрическому резонансу можно привести постепенное раскачивание маятника, которое производится очень легкими ударами через равные по длительности промежутки времени, заставляющими его совершать все более широкие колебания; или разрушение моста марширующими по нему солдатами. Каждая легкая вибрация усиливает предыдущую, и процесс идет по нарастающей.
В колебательном электрическом контуре роль емкости играет конденсатор, а индуктивности -проволочная катушка. Обычно конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин (обкладок), отделенных друг от друга тонким диэлектриком. Каждая обкладка соединена с одним из концов катушки индуктивности. Емкость конденсатора и размер катушки определяются частотой тока. В электрическом контуре при протекании тока может возникнуть резонанс. Выглядит это так: ток течет в одну из обкладок конденсатора, пока не заполнит его емкость целиком, а затем плавно перетекает обратно в катушку, которая накапливает энергию в создаваемом ею магнитном поле. Таким образом вся энергия конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. Далее благодаря свойствам катушки энергия магнитного поля переходит в ток, который поступает в другую обкладку конденсатора и перезаряжает его. Процесс повторяется снова. Для создания резонанса нужно, чтобы частота питающего тока совпала с частотой колебаний в контуре. Каждый раз, когда это происходит, питающий ток дает добавочное напряжение, и амплитуда колебаний возрастает до весьма значительных величин.
Несколько лет спустя, рассуждая в своей лекции о колебательном электрическом контуре, Тесла сказал:
Первый вопрос, на который надо ответить, это возможность получения эффектов чистого резонанса. Теория и эксперимент показывают, что природа не допускает такой возможности, поскольку, чем сильнее становятся колебания, тем быстрее растут потери в самих вибрирующих телах и окружающей среде. В результате колебания неизбежно затухают, но без этих потерь они продолжали бы расти до бесконечности. К счастью, чистый резонанс недостижим, иначе трудно сказать, какая опасность может ждать невинного экспериментатора.
Но в какой-то степени резонанса все же можно добиться, но он будет ограничен проводимостью и упругостью среды, или, грубо говоря, потерями на трение. Чем меньше эти потери, тем больше резонанс.
Тесла приложил принципы электрического резонанса к своим катушкам и стал получать такой резонанс, что смог поднимать напряжение до очень высоких значений. Благодаря исследованию им в 1890 году принципов резонанса стало возможным современное радио и развитие его предшественника-«беспроводной связи». Он работал с этими принципами и демонстрировал их раньше тех, кого потом стали считать пионерами в изучении электричества.
Ища новый источник высокочастотных токов, более высоких, чем можно было получить с помощью механических аппаратов, Тесла воспользовался открытием, сделанным в 1856 году - в год его рождения -в Англии лордом Кельвином, которое дотоле не находило применения. До открытия Кельвина считалось, что при разряде конденсатора энергия перетекает с одной обкладки на другую, подобно воде, вытекающей из стакана, и в результате устанавливается равновесие. Кельвин же показал, что процесс, который при этом происходит, гораздо интереснее и сложнее и больше напоминает подпрыгивание растянутой пружины с грузом, когда ее отпускают. Энергия устремляется с одной обкладки на другую, затем обратно, и это продолжается до тех пор, пока весь накопленный заряд не израсходуется из-за потерь на преодоление сопротивления. Перетекание происходит с огромной частотой - в сотни миллионов герц -в сотни миллионов периодов в секунду.
Процессы в разряжающемся конденсаторе и резонансном контуре легли в основу нового направления в электротехнике, столь же важного, как и многофазная система Теслы. Он разработал удивительно простые способы автоматической зарядки конденсаторов низким напряжением (постоянного и переменного токов) и их разрядки через бессердечниковые трансформаторы, или трансформаторы Тесла, для получения токов очень высоких напряжений и чрезвычайно высоких частот. Свойства этих токов отличались от всего, что было тогда известно. И вновь Тесла был первооткрывателем совершенно новой области с самыми широкими возможностями. Он лихорадочно работал в своей лаборатории и, отправляясь ночью на свои пять часов отдыха, лишь два из которых отводил на сон, уже обдумывал новые эксперименты.
В 1890 году Тесла объявил о тепловом воздействии высокочастотных токов на организм и предложил использовать их в лечебных целях. Здесь он тоже был пионером, но скоро и в Америке, и в других странах у него появились подражатели, заявлявшие о своем приоритете в этой области. Он же не сделал ничего, чтобы защитить свое открытие и пресечь дальнейшие покушения на свои авторские права. Когда тридцатью пятью годами позже то же наблюдение было сделано в лабораториях, где в качестве источников токов высокой частоты использовались ламповые генераторы, это провозгласили новым открытием и причислили к современным чудесам науки. Однако первоначальное открытие Теслы составляет основу огромного ряда самых последних разработок в области электротехники с применением высокочастотных токов для получения тепла в промышленных целях.
На первой лекции на данную тему для Американского института инженеров-электриков в Колумбийском университете (Columbia College) в мае 1891 года он демонстрировал пятисантиметровые искровые разряды с потенциалом около 100000 вольт, но, что еще важнее, показывал такие явления, как огненная электрическая стена, а также несколько новых осветительных приборов - электрических ламп, подобных которым мир еще не видел и о которых, даже в самых диких своих фантазиях, не мечтал ни один экспериментатор.
Лекция стала сенсацией в электротехнических кругах. Тесла уже был известен в этой области за свои поразительные откровения, сделанные в той же организации еще раньше, когда он описывал там свою многофазную систему переменного тока. Она представляла собой изумительное интеллектуальное достижение, впечатлявшее своим невероятным коммерческим потенциалом. Эксперименты с высокочастотными токами высоких напряжений, однако, представляли собой весьма эффектное зрелище: треск высоковольтных искр, вспышки высоковольтных стен электрического пламени; яркие лампы и трубки с электрическим огнем; удивительные физические эффекты с новыми токами - все это производило глубокое эмоциональное впечатление на пораженных зрителей.
Человек, которому за два года удалось сделать две разработки, открывавшие невиданные дотоле перспективы, должен был быть необыкновенным гением! Весть об этом новом достижении быстро облетела мир, и слава Теслы покоилась теперь на двойном основании.
Всемирная известность вызывала у него в этот раз чувство сожаления. Тесла был бы поистине небожителем, если бы не получал огромного удовлетворения от преклонения и лести, с какими теперь встречали его. А ведь всего лишь пять лет назад он голодный и без гроша в кармане бродил по нью-йоркским улицам, соперничая с толпами таких же голодных безработных, как и сам, за редкие рабочие места, где требовалась грубая рабочая сила, хотя голову его переполняли важнейшие изобретения, которые он страстно желал подарить миру. Но никто тогда не хотел слушать его, а теперь вся интеллектуальная элита страны смотрела на него как на гения, которому нет равных.
*
В 1891 году Тесла был яркой фигурой в Нью-Йорке. Высокий, темноволосый, красивый, статный человек, одевавшийся со вкусом и элегантным великолепием, говоривший на прекрасном английском, но привносивший с собой атмосферу европейской культуры, перед которой благоговели в то время, - он представлялся выдающейся личностью всем, кто встречался с ним. Но за его спокойными, скромными манерами и крайней застенчивостью, доходившей до чрезмерной стеснительности, скрывался гениальный ум, совершавший электрические чудеса, которые воспламеняли всеобщее воображение и превосходили понимание большей части людей. Кроме того, Тесла был молод, он не перешагнул еще свой тридцатипятилетний рубеж, имел недавно полученный миллион и был холост.
Холостяк с миллионом долларов, образованный и знаменитый, не мог не притягивать к себе внимания в Нью-Йорке в начале радостных девяностых годов девятнадцатого века. Многие мамаши, имевшие дочерей на выданье и мечтавшие устроить их судьбу, с надеждой поглядывали на столь завидную партию;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46