Переменный ток – род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Постоянный способен изменяться по амплитуде, направление прежнее. В противном случае получаем переменный ток. Трактовка радиотехников противоположна школьной. Ученикам говорят – постоянный ток одной амплитуды.
Как образуется переменный ток
Начало переменному току положил Майкл Фарадей, читатели подробнее узнают ниже по тексту. Показано: электрическое и магнитное поля связаны. Ток становится следствием взаимодействия. Современные генераторы работают за счет изменения величины магнитного потока через площадь, охватываемую контуром медной проволоки. Проводник может быть любым. Медь выбрана из критериев максимальной пригодности при минимальной стоимости.
Статический заряд преимущественно образуется трением (не единственный путь), переменный ток возникает в результате незаметных глазу процессов. Величина пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, охваченную контуром.
История открытия переменного тока
Впервые переменным токам стали уделять внимание ввиду коммерческой ценности после появления на свет изобретений, созданных Николой Тесла. Материальный конфликт с Эдисоном отметил сильным отпечатком судьбы обоих. Когда американский предприниматель забрал назад обещания перед Николой Тесла, потерял немалую выгоду. Выдающемуся ученому не понравилось вольное обращение, серб выдумал двигатель переменного тока промышленного типа (изобретение сделал намного раньше). Предприятия пользовались исключительно постоянным. Эдисон продвигал указанный вид.
Тесла впервые показал: переменным напряжением можно достичь гораздо больших результатов. В особенности, когда энергию приходится передавать на большие расстояния. Использование трансформаторов без труда позволяет повысить напряжение, резко снижая потери на активном сопротивлении. Приемная сторона параметры вновь возвращает к исходным. Неплохо сэкономите на толщине проводов.
Сегодня показано: передача постоянного тока экономически выгоднее. Тесла изменил ход истории. Придумай ученый преобразователи постоянного тока, мир выглядел бы иначе.
Начало активному использованию переменного тока положил Никола Тесла, создав двухфазный двигатель. Опыты передачи энергии на значительные расстояния расставили факты по своим местам: неудобно переносить производство в район Ниагарского водопада, гораздо проще проложить линию до места назначения.
Школьный вариант трактовки переменного и постоянного тока
Переменный ток демонстрирует ряд свойств, отличающих явление от постоянного. Вначале обратимся к истории открытия явления. Родоначальником переменного тока в обиходе человечества считают Отто фон Герике. Первым заметил: заряды природныедвух знаков. Ток способен протекать в разном направлении. Касательно Тесла, инженер больше интересовался практической частью, авторские лекции упоминают двух экспериментаторов британского происхождения:
- Вильям Споттисвуд лишен странички русскоязычной Википедии, национальная часть – замалчивает работы с переменным током. Подобно Георгу Ому, ученый – талантливый математик, остается сожалеть, что с трудом можно узнать, чем именно занимался муж науки.
- Джеймс Эдвард Генри Гордон намного ближе практической части вопроса применения электричества. Много экспериментировал с генераторами, разработал прибор собственной конструкции мощностью 350 кВт. Много внимания уделял освещению, снабжению энергией заводов, фабрик.
Считается, первые генераторы переменного тока созданы в 30-е годы XIX века. Майкл Фарадей экспериментально исследовал магнитные поля. Опыты вызывали ревность сэра Хемфри Дэви, критиковавшего ученика за плагиат. Сложно потомкам выяснить правоту, факт остается фактом: переменный ток полвека просуществовал невостребованным. В первой половине XIX-го века выдуман электрический двигатель (авторство Майкла Фарадея). Работал, питаемый постоянным током.
Никола Тесла впервые догадался реализовать теорию Араго о вращающемся магнитном поле. Понадобились две фазы переменного тока (сдвиг 90 градусов). Попутно Тесла отметил: возможны более сложные конфигурации (текст патента). Позднее изобретатель трехфазного двигателя, Доливо-Добровольский, тщетно силился запатентовать детище плодотворного ума.
Продолжительное время переменный ток оставался невостребованным. Эдисон противился внедрению явления в обиход. Промышленник боялся крупных финансовых потерь.
Никола Тесла изучал электрические машины
Почему переменный ток используется чаще постоянного
Ученые доказали недавно: передавать постоянный ток выгоднее. Снижаются потери излучения линии. Никола Тесла перевернул ход развития истории, правда восторжествовала.
Никола Тесла: вопросы безопасности и эффективности
Никола Тесла посетил конкурирующую с эдисоновской компанию, продвигая новое явление. Увлекся, часто ставил эксперименты на себе. В противовес сэру Хемфри Дэви, который укоротил жизнь, вдыхая различные газы, Тесла добился немалого успеха: покорил рубеж 86 лет. Ученый обнаружил: изменение направления течения тока со скоростью выше 700 раз в секунду делает процесс безопасным для человека.
Во время лекций Тесла брал руками лампочку с платиновой нитью накала, демонстрировал свечение прибора, пропуская через собственное тело токи высокой частоты. Утверждал: явление безвредно, даже приносит пользу здоровью. Ток, протекая по поверхности кожи, одновременно очищает. Тесла говорил, экспериментаторы прежних дней (смотрите выше) пропускали удивительные явления по указанным причинам:
- Несовершенные генераторы механического типа. Вращающееся поле использовалось в прямом смысле: при помощи двигателя раскручивался ротор. Подобный принцип бессилен выдать токи высокой частоты. Сегодня проблематично, невзирая на нынешний уровень развития технологии.
- В простейшем случае применялись ручные размыкатели. Вовсе нечего говорить о высоких частотах.
Сам Тесла использовал явление заряда и разряда конденсатора. Подразумеваем RC-цепочку. Будучи заряжен до определённого уровня, конденсатор начинает разряжаться через сопротивление. Параметров элементов определяют скорость процесса, протекающего согласно экспоненциальному закону. Тесла лишен возможности использовать методы управления контуров полупроводниковыми ключами. Термионные диоды были известны. Рискнем предположить, Тесла мог использовать изделия, имитируя стабилитроны, оперируя с обратимым пробоем.
Однако вопросы безопасности лишены почетного первого места. Частоту 60 Гц (общепринятая США) предложил Никола Тесла, как оптимальную для функционирования двигателей собственной конструкции. Сильно отличается от безопасного диапазона. Проще сконструировать генератор. Переменный ток в обоих смыслах выигрывает у постоянного.
Через эфир
Поныне безуспешно ведутся споры, касаемо первооткрывателя радио. Прохождение волны через эфир обнаружил Герц, описав законы движения, показав, сродство оптическим. Сегодня известно: переменное поле бороздит пространстве. Явление Попов (1895 год) использовал, передавая первое Земное сообщение «Генрих Герц».
Видим, ученые мужи дружны между собой. Сколько уважения демонстрирует первое сообщение. Дата остается спорной, каждое государство первенство хочет присвоить безраздельно. Переменный ток создает поле, распространяющееся через эфир.
Сегодня общеизвестны диапазоны вещания, окна, стены атмосферы, различных сред (вода, газы). Важное место отводится частоте. Установлено, каждый сигнал можно представить суммой элементарных колебаний-синусоид (согласно теоремам Фурье). Спектральный анализ оперирует простейшими гармониками. Суммарный эффект рассматривается, как равнодействующая элементарных составляющих. Произвольный сигнал раскладывается преобразованием Фурье.
Окна атмосферы определяются аналогичным образом. Увидим частоты, проходящие сквозь толщу хорошо и плохо. Не всегда последнее оказывается негативным эффектом. Микроволновые печи используют частоты 2,4 ГГц, ударно поглощаемые парами воды. Для связи волны бесполезны, зато хороши кулинарными способностями!
Новичков тревожит вопрос распространения волны через эфир. Обсудим подробнее неразрешенную поныне учеными загадку.
Вибратор Герца, эфир, электромагнитная волна
Взаимосвязь электрического, магнитного полей впервые продемонстрировал в 1821 году Майкл Фарадей. Чуть позднее показали: конденсатор пригоден для создания колебаний. Нельзя сказать, чтобы связь двух событий немедленно осознали. Феликс Савари разряжал лейденскую банку через дроссель, сердечником которому служила стальная игла.
Неизвестно доподлинно, чего добивался астроном, результат оказался любопытным. Иногда игла оказывалась намагниченной в одном направлении, иногда – противоположном. Ток генератора одного знака. Ученый правильно сделал вывод: затухающий колебательный процесс. Толком не зная индуктивных, емкостных реактивных сопротивлений.
Теорию процесс подвели позже. Опыты повторены Джозефом Генри, Вильямом Томпсоном, определившим резонансную частоту: где процесс продолжался максимальный период времени. Явление позволило количественно описать зависимости характеристик цепи от элементов составляющих (индуктивность и емкость). В 1861 году Максвелл вывел знаменитые уравнения, одно следствие особенно важно: «Переменное электрическое поле порождает магнитное и наоборот».
Возникает волна, векторы индукции взаимно перпендикулярны. Пространственно повторяют форму породившего процесса. Волна бороздит эфир. Явление использовал Генрих Герц, развернув обкладки конденсатора в пространстве, плоскости стали излучателями. Попов догадался закладывать информацию в электромагнитную волну (модулировать), что используется сегодня повсеместно. Причем в эфире и внутри полупроводниковой техники.
Где используется переменный ток
Переменный ток лежит в основе принципа действия большинства известных сегодня приборов. Проще сказать, где применяется постоянный, читатели сделают выводы:
- Постоянный ток применяется в аккумуляторах. Переменный порождает движение – не может храниться современными устройствами. Потом в приборе электричество преобразуется в нужную форму.
- КПД коллекторных двигателей постоянного тока выше. По этой причине выгодно применять указанные разновидности.
- При помощи постоянного тока действуют магниты. К примеру, домофонов.
- Постоянное напряжение применяется электроникой. Потребляемый ток варьируется в некоторых пределах. В промышленности носит название постоянного.
- Постоянное напряжение применяется кинескопами для создания потенциала, увеличения эмиссии катода. Случаи назовем аналогами блоков питания полупроводниковой техники, хотя иногда различие значительно.
В остальных случаях переменный ток выказывает весомое преимущество. Трансформаторы – неотъемлемая составляющая техники. Даже в сварке далеко не всегда господствует постоянный ток, но в любом современном оборудовании этого типа имеется инвертор. Так гораздо проще и удобнее получить достойные технические характеристики.
Хотя исторически первыми получены были статические заряды. Вспомним шерсть и янтарь, с которыми работал Фалес Милетский.
«Человек, который изобрёл 20 век!» - так Теслу называют современные биографы, и делают они это без каких-либо преувеличений. Свою известность он получил благодаря прогрессивным взглядам и умению доказывать их состоятельность. Тесла проводил опаснейшие эксперименты во имя науки, и в определённых кругах считается фигурой, связанной с мистикой. В последнем случае, скорее всего, мы имеем дело с домыслами, но что известно точно, так это то, что изобретения Николы Теслы способствовали прогрессу во всём мире.
Наследие Николы Теслы
Сначала рассмотрим важные с научной точки зрения изобретения, но редко встречающиеся в повседневной жизни современного человека.
Речь пойдёт об одном из самых известных и зрелищных изобретений Николы. Катушка Теслы является разновидностью резонансной трансформаторной схемы. Использовалось это приспособление для производства высокого напряжения высокой частоты .
Катушка Теслы была одним из инструментов изучения природы электрического тока и возможностей его использования Тесла задействовал катушки во время проведения инновационных экспериментов в области:
- электрического освещения;
- фосфоресценции;
- рентгеновской генерации;
- высокочастотного переменного тока;
- электротерапии;
- радиотехники;
- передачи электрической энергии без проводов.
Кстати, Никола Тесла был одним из тех людей, кто предсказал появление Интернета и современных гаджетов.
Катушка Теслы является ранним предшественником (наряду с индукционной катушкой) более современного устройства, называемого трансформатором обратного хода. Он обеспечивает напряжение, необходимое для питания электронно-лучевой трубки телевизоров и компьютерных мониторов. Версии этой катушки широко используются сегодня в радио, телевидении и другом электронном оборудовании.
В всей красе катушку можно увидеть в научных музеях или на специальных шоу.
Катушка Теслы в действии – это всегда зрелище:
Эта конструкция, известная также как Башня Теслы, была построена с целью осуществления беспроводной телекоммуникации и демонстрации возможности передачи электроэнергии без проводов .
По задумке Теслы Башня Ворденклиф должна была стать шагом к созданию Всемирной беспроводной системы . В его планах было установить несколько десятков приемо-передающих станций по всему миру. Таким образом, отпала бы необходимость использования высоковольтных линий электропередач. То есть фактически мы получили бы одну всемирную электростанцию. К слову, Тесле удавалось передавать электричество «по воздуху» от одной катушке к другой, так что его амбиции были небезосновательны.
Сегодня Ворденклиф – закрытый объект Проект Ворденклиф требовал больших капиталовложений и на начальных этапах получил поддержку влиятельных инвесторов. Однако, когда работа над строительством башни была практически завершена, Тесла лишился финансирования и оказался на гране банкротства. А всё потому, что Ворденклиф могла быть предпосылкой к бесплатным поставкам электричества по всему миру, а это могло разорить некоторых инвесторов, чей бизнес был завязан на продаже электроэнергии.
Любители различных теорий заговоров связывают падение Тунгусского метеорита в Сибири и эксперименты Теслы с Башней.
Рентгеновские лучи
Вильгельм Рентген 8 ноября 1895 года официально открыл излучение, названное в честь его. Но фактически это явление первым наблюдал Никола Тесла. Ещё в 1887 году он начал проводить исследования с использованием вакуумных трубок. В ходе экспериментов Тесла фиксировал «особые лучи», способные «просвечивать» предметы . Поначалу учёный не предавал особого значения этому явлению, учитывая, что длительное воздействие рентгеновских лучей опасно для человека.
Никола Тесла первым обратил внимание на опасность рентгеновского излучения Однако Тесла продолжал исследования в этом направлении и даже провел несколько экспериментов до открытия Вильгема Рентгена, включая фотографирование костей его руки.
К сожалению, в марте 1895 года в лаборатории Теслы произошёл пожар, и записи об этих исследованиях были утрачены. После открытия Рентгена, Никола, используя устройство с вакуумными трубками, сделал снимок своей ноги и отправил коллеге вместе с поздравлениями. Рентген похвалил Теслу за качественную фотографию.
Тот самый снимок ноги в ботинке Вопреки расхожему мнению, Вильгем Рентген не был знаком с работами Теслы и к своему открытию пришёл самостоятельно, чего не скажешь о Гульельмо Маркони…
Радио и дистанционное управление
Инженеры разных стран работали над технологией радиосвязи, при этом исследования были независимыми друг от друга. Самый яркий пример: советский физик Александр Попов и итальянский инженер Гульельмо Маркони, которые в своих странах считаются изобретателями радио. Однако Маркони получил большую мировую известность, впервые установив радиосвязь между двумя материками (1901 г.) и получив патент на изобретение (1905 г.). Поэтому считается, что он в развитие радиосвязи внёс наибольший вклад. Но причём тут Тесла?
Радиоволны сегодня повсюду Как выяснилось, первым природу радиосигналов выявил именно он и в 1897 году запатентовал передатчик и приёмник . Маркони взял за основу технологию Теслы и совершил свою знаменитую демонстрацию в 1901 году. Уже в 1904 году Патентное бюро лишает патента на радио Николу, а через год присуждает его Маркони. Судя по всему, тут не обошлось без финансового влияния Томаса Эдисона и Эндрю Карнеги, которые были в конфронтации с Теслой.
В 1943 году, уже после смерти Николы Теслы, Верховный суд США разобрался в ситуации и признал более значительный вклад этого учёного в качестве изобретателя радиотехнологий.
Отмотаем немного назад. В 1898 году на электротехнической выставке в Мэдисон-Сквер-Гарден Тесла продемонстрировал изобретение, которое он назвал «телеавтоматикой». Фактически это была модель лодки, перемещением которой можно управлять дистанционно через пульт.
Так выглядела радиоуправляемая лодка Теслы Никола Тесла на деле показал возможности использования технологии передачи радиоволн. Сегодня дистанционное управление сплошь и рядом, начиная от телевизионного пульта и заканчивая полётами беспилотников.
Асинхронный двигатель и электромобиль Теслы
В 1888 году Тесла получил патент на электрическую машину, в которой под воздействием переменного тока создаётся вращение.
Не будем вдаваться в технические особенности работы асинхронного двигателя – те, кому это интересно, могут ознакомиться с соответствующим материалом на Википедии . О чём нужно знать, так это о том, что двигатель имеет простую конструкцию, не требует высоких затрат на изготовление и надёжен в эксплуатации.
Тесла намеревался использовать своё изобретение как альтернативу двигателям внутреннего сгорания . Но так уж случилось, что в этот период никто в подобных инновациях не был заинтересован, да и финансовое положение самого учёного не позволяло ему особо разгуляться.
Интересный факт! В Силиконовой долине великому изобретателю установлен памятник. Символично, что он раздаёт бесплатный Wi-Fi.
Нельзя не упомянуть и об окутанном тайной электромобиле Теслы . Именно из-за сомнительности этой истории не будем выводить её отдельным пунктом. Тем более, что тут не обошлось без электродвигателя.
1931 год, Нью-Йорк. Никола Тесла провёл демонстрацию работы автомобиля, в котором якобы вместо двигателя внутреннего сгорания был установлен двигатель переменного тока мощностью 80 л.с. Учёный колесил на нём около недели, разгоняясь до 150 км/ч. А загвоздка в следующем: двигатель работал без видимого источника питания , да и на подзарядку машина якобы никогда не ставилась. Единственное, к чему мотор был подключён, это коробочка, собранная из лампочек и транзисторов, которые Тесла купил в ближайшем магазине радиоэлектроники.
Для демонстрации был использован автомобиль Pierce Arrow1931 года На все расспросы Никола отвечал, что энергия берётся из эфира. Газетные скептики начали обвинять его чуть ли не в чёрной магии, и раздосадованный гений, забрав свою коробочку, вообще отказался что-либо комментировать и объяснять.
Подобное событие в биографии Теслы действительно имеет место, но всё же эксперты ставят под сомнение, что он нашёл способ получать энергию для авто из «воздуха». Во-первых, в записях учёного нет и намёка на двигатель, работавший от эфира, а во-вторых, есть предположения, что Никола таким образом одурачил общественность, чтобы привлечь внимание к самой идее электрических автомобилей. А непосредственно для передвижения данного прототипа мог использоваться либо скрытый аккумулятор, либо ДВС с модернизированной системой выхлопа.
В наше время преимущества переменного тока кажутся более чем очевидными, но в 80-х годах XIX века из-за вопроса, какой ток лучше и как выгоднее передавать электрическую энергию, разразилось острое противостояние. Главными фигурантами этой нешуточной битвы стали две конкурирующие фирмы — Edison Electric Light и Westinghouse Electric Corporation. В 1878 году гениальный американский изобретатель Томас Алва Эдисон основал свою собственную компанию, которая должна была решить проблему электрического освещения в быту. Задача стояла простая: вытеснить газовый рожок, но для этого электрический свет должен был стать более дешевым, ярким и доступным для всех.
Предвосхищая свои будущие открытия, Эдисон написал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешевым, что только богачи будут жечь свечи». Вначале ученый разработал план центральной электростанции, начертил схемы подводки линий электропередач к домам и фабрикам. В то время электричество получали с помощью динамо-машин, приводящихся в движение паром. Затем Эдисон приступил к усовершенствованию электрических лампочек, стремясь продлить их действие с имевшихся тогда 12 часов. Перебрав более 6 тысяч различных образцов для нити накаливания, Эдисон наконец остановился на бамбуке. Его будущий коллега Никола Тесла иронично отметил: «Если бы Эдисону пришлось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять время на то, чтобы определить ее более вероятное местонахождение. Напротив, он немедленно, с лихорадочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не отыскал бы искомое». 27 января 1880 года Эдисон получил патент на свою лампу, срок жизни которой был поистине фантастическим — 1200 часов. Чуть позже ученый запатентовал всю систему производства и распространения электроэнергии в Нью-Йорке.
Эдисон. (Pinterest)
В тот год, когда Эдисон занялся освещением американского мегаполиса, Никола Тесла поступил на философский факультет Пражского университета, но проучился там всего один семестр — на дальнейшее обучение не хватило денег. Затем он поступил в Высшее техническое училище в Граце, где стал изучать электротехнику и начал задумываться о несовершенстве электродвигателей постоянного тока. В 1882 году Эдисон запустил две электростанции постоянного тока — в Лондоне и Нью-Йорке, наладив производство динамо-машин, кабелей, лампочек и осветительных приборов. Спустя два года американский изобретатель создает новую корпорацию — Edison General Electric Company, куда вошли десятки компаний Эдисона, разбросанные по всей Америке и Европе.
В том же году Тесла придумал, как использовать явление вращающегося электромагнитного поля, а значит он мог попытаться сконструировать электродвигатель переменного тока. С этой идеей ученый отправился в парижское представительство Continental Edison Company, но в тот момент компания была занята выполнением крупного заказа — сооружения электростанции для железнодорожного вокзала Страсбурга, в ходе выполнения которого возникли многочисленные ошибки. Теслу отправили спасать ситуацию, и в требуемые сроки электростанция была достроена. Сербский ученый отправился в Париж, чтобы получить обещанную премию в 25 000 долларов, однако компания отказалась выплачивать деньги. Оскорбленный Тесла решил больше не иметь ничего общего с предприятиями Эдисона. Он поначалу хотел даже отправиться в Петербург, ведь Россия славилась в то время своими научными открытиями в области электротехники, в частности изобретениями Павла Николаевича Яблочкова и Дмитрия Александровича Лачинова. Однако, один из работников Континентальной компании уговорил Теслу отправиться в США и дал ему рекомендательное письмо к Эдисону: «Было бы непростительной ошибкой дать возможность уехать в Россию подобному таланту. Я знаю двух великих людей: один из них Вы, второй — этот молодой человек».
Edison General Electric Company. (Pinterest)
Прибыв в Нью-Йорк в 1884 году, Тесла приступает к работе в компании Edison Machine Works в качестве инженера по ремонту двигателей — генераторов постоянного тока. Тесла сразу же поделился с Эдисоном своими мыслями насчет переменного тока, но американского ученого идеи сербского коллеги не вдохновили — он очень неодобрительно отозвался и посоветовал Тесле заниматься на работе сугубо профессиональными делами, а не личными изысканиями. Год спустя Эдисон предлагает Тесле конструктивно улучшить машины постоянного тока и за это обещает премию в 50 тысяч долларов. Тесла тут же принялся за работу и очень скоро предоставил 24 варианта новых машин Эдисона, а также новый коммутатор и регулятор. Эдисон работу одобрил, но деньги платить отказался, пошутив при этом, что эмигрант плохо понимает американский юмор. С этого момента Эдисон и Тесла стали непримиримыми врагами.
На счету Эдисона значилось 1093 патента — такого количества изобретений не было ни у кого в мире. Неутомимый экспериментатор, он однажды провел в лаборатории 45 часов, не желая прерывать опыт. Эдисон был к тому же весьма умелым предпринимателем: все его компании приносили прибыль, правда богатство как таковое его мало интересовало. Деньги были нужны для работы: «Мне не нужны успехи богачей. Мне не нужно ни лошадей, ни яхт, на все это у меня нет времени. Мне нужна мастерская!» Однако, в 1886 году у корпорации Эдисона появился очень мощный конкурент — компания Westinghouse Electric Corporation. Первую 500-вольтную электростанцию переменного тока Джордж Вестингауз запустил в 1886 году в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс.
Так, монополии Эдисона пришел конец, ведь преимущества новых электростанций были очевидны. В отличие от американского изобретателя-любителя, Вестингауз основательно знал физику, поэтому прекрасно понимал слабое звено электростанций постоянного тока. Все изменилось, когда он познакомился с Теслой и его изобретениями, выдав сербу патент на счетчик переменного тока и многофазный электромотор. Это были те самые изобретения, с которыми в свое время Тесла обращался в парижскую компанию Эдисона. Теперь Вестингауз выкупил у сербского ученого в общей сложности 40 патентов и заплатил 32-летнему изобретателю 1 миллион долларов.
Электрический стул. (Pinterest)
В 1887 году в США уже работало более 100 электростанций постоянного тока, однако процветанию компаний Эдисона должен был наступить конец. Изобретатель понимал, что находится на грани финансового краха, а потому решил подать в суд на Westinghouse Electric Corporation за нарушение патентных прав. Однако, иск был отклонен, и тогда Эдисон развернул антипропагандистскую кампанию. Его главным козырем был тот факт, что переменный ток очень опасен для жизни. Вначале Эдисон занялся публичной демонстрацией убийств животных электрическими разрядами, а потом ему подвернулся очень удачный случай: губернатор Нью-Йорка захотел найти гуманный способ казни, альтернативу повешенью — Эдисон тут же заявил, что самой человечной считает смерть от переменного тока. Хотя лично он выступал за отмену смертной казни, тем не менее решить проблему удалось.
Для создания электрического стула Эдисон нанял инженера Гарольда Брауна, который приспособил для карательных целей генератор переменного тока Вестингауза. Ярый оппонент Эдисона был категорически против смертных казней и отказался продавать свое оборудование тюрьмам. Тогда Эдисон купил три генератора через подставных лиц. Вестингауз нанял приговоренным к смерти самых лучших адвокатов, одного из преступников удалось спасти: смертную казнь ему заменили пожизненным заключением. Нанятый Эдисоном журналист опубликовал огромную разоблачительную статью, обвиняя Вестингауза в тех мучениях, которые претерпел казненный.
Westinghouse Electric Corporation. (Pinterest)
«Черный пиар» Эдисона принес свои плоды: ему удалось отсрочить поражение, правда ненадолго. В 1893 году Вестингауз и Тесла выиграли заказ на освещение Чикагской ярмарки — 200 тысяч электрических лампочек работали от переменного тока, а спустя три года тандем ученых смонтировал на Ниагарском водопаде первую гидросистему для непрерывного питания переменным током города Баффало. Кстати, электростанции постоянного тока строились в Америке еще 30 лет, вплоть до 1920-х годов. Затем их строительство было прекращено, но эксплуатация продолжалась вплоть до начала XXI века. Тесла и Вестингауз выиграли «войну токов». А Эдисон отреагировал так: «Я никогда не терпел поражений. Я просто нашел 10 000 способов, которые не работают».
Печатающий телеграф (слева), фонограф (справа), лампа накаливания и еще более тысячи изобретений, защищенных патентами…
…сделали Томаса Эдисона королем изобретателей
Генератор переменного тока, ставший основой современной электроэнергетики и экзотическая высоковольтная высокочастотная катушка — изобретения другого «электрического» гения…
Телефон и фонограф, системы радиолокации и кинокамера, диктофон и электрогенераторы, телеуправляемые механизмы, высокочастотная техника, паровые турбины и магнитный способ сепарации железной руды — буквально ко всему два этих великих изобретателя — Томас Эдисон и Никола Тесла — приложили свои руки и головы. Но, пожалуй, главная их заслуга — свет на улицах и в домах. Они заложили основы всей системы электрификации, от электростанций и до ламп накаливания, от генераторов и до небольших остроумных деталей — цоколей, патронов, предохранителей и счетчиков. Именно электрические устройства стали полем битвы двух гениев.
Сверхчеловек
Родившийся в Хорватии Никола Тесла довольно рано проявил признаки своего научного гения: уже в детстве его переполняли самые фантастические грезы. Он читал запоем, и герои книг будили в нем желание стать сверхчеловеком: в распорядке дня на сон отводилось не более четырех часов, Тесла изнурял себя учебой, уделяя внимание не только техническим наукам, но и профессионально разбирался в музыке, лингвистике, философии, свободно общался на нескольких языках. Со стороны он, впоследствии названный Резерфордом «пророком электричества», походил на одержимого: таким и счел его профессор Пражского университета Пешль, которому 24-летний студент изложил свою идею генератора переменного тока. Пешль пренебрежительно пожал плечами, но авторитеты для молодого изобретателя перестали существовать. Распродав все свое имущество, он отправился в Америку, к легендарному «королю изобретателей» Томасу Эдисону.
Король изобретателей
Будучи старше Теслы на девять лет, Эдисон уже гремел по всему миру. Он был самоучкой: после того, как однажды учитель назвал Томаса «полным тупицей», возмущенная мать забрала его из школы, и тот продолжил образование самостоятельно. Томас много читал и, не имея достаточно средств на восхитительные игрушки, которыми обладали сверстники, конструировал их сам, попутно дорабатывая и совершенствуя механизмы. На всю жизнь он сохранит такой подход к работе: беря за основу уже существующие принципы и изобретения, улучшать их, доводя до ума.
Гульельмо Маркони признан новатором в радио, Александр Белл сконструировал первый телефон, Луи Жан и Огюст Люмьеры — киноаппарат, но коммерческую выгоду от этих изобретений сумел получить только Томас Альва Эдисон, усовершенствовав их, сделав удобными, популярными и продаваемыми.
Эдисон усовершенствовал телеграфный аппарат и «мимеограф», самопишущее электронное перо: специальная игла наносила на лист бумаги едва заметные отверстия, а типографский валик оттискивал по этому трафарету необходимое число копий. В наши дни этот механизм используется в машинках для татуировок, а во времена Эдисона мимеограф, «дедушка ксерокса», был чрезвычайно популярен среди бизнесменов. Это позволило молодому инженеру не только встать на ноги, но и организовать собственную лабораторию в Менло-Парке, в короткий срок превратив ее в настоящую «фабрику изобретений», на которой трудились десятки ученых и техников. Патенты на микрофон, динамо-машину и другие изобретения сыпались, как из рога изобилия.
Переменный и постоянный
Сюда и направился Никола буквально прямиком с борта трансатлантического лайнера. В те годы Эдисон, уже запатентовавший лампу накаливания и генератор постоянного тока, совершенствовал свою систему электрификации города, опытная модель которой успешно действовала в деловой части Манхэттена. Изучив проект Теслы, Эдисон решил отложить его «под сукно», тем временем предложив молодому сербу поработать над его системой на основе постоянного тока. Тот согласился, однако в тайне продолжил работу над совершенствованием собственного генератора переменного тока и уже через год получил на него патент. Но ревнивый начальник развернул против проекта Теслы настоящую войну, и Тесле пришлось покинуть Менло-Парк.
Тормозные деньги
К счастью, известный промышленник и изобретатель Джордж Вестингауз оказался более сметливым человеком. Присутствуя на одном из докладов Теслы, он сразу оценил его идеи и, потратив миллион долларов, выкупил у него патенты на генераторы, электродвигатели, трансформаторы и другие механизмы. Вскоре принадлежавшая фирме Вестингауза Ниагарская ГЭС начала генерировать переменный ток. Казалось бы, успех полный, однако Эдисон не оставил попыток одолеть строптивого «ученика».
Потерпев фиаско в доказательстве экономической нецелесообразности использования переменного тока, он обратился к другим аргументам — создавал образ смертельной опасности, которой подвергает себя всякий, кто рискнет воспользоваться приборами и механизмами, питающимися переменным электричеством. Действительно, вопрос стоял нешуточный — прежде всего, с финансовой стороны.
Собачьи аргументы
Как раз в те годы парламентом штата Нью-Йорк была создана специальная комиссия для выбора «наиболее гуманного способа приведения в исполнение смертных приговоров». Воспользовавшись моментом, Эдисон устроил показательную демонстрацию: нескольких кошек и собак при большом стечении народа заманили на металлическую пластину, находящуюся под напряжением в 1000 вольт (разумеется, переменным). Пресса подробно живописала смерть несчастных животных.
В борьбу включились и «птенцы гнезда Эдисононова», бывшие и нынешние работники Менло-Парка: инженеры Браун и Питерсон пропустили через собаку постоянный ток напряжением до 1000 вольт — собака мучилась, но не умирала, но переменный ток даже 330 вольт убивал ее мгновенно. Вестингауз использовал все свое влияние, пытаясь опротестовать такие «показательные выступления». В New York Times он опубликовал открытое письмо, в котором обвинил Брауна в том, что тот действует «в интересах и на средства» принадлежащей Эдисону компании — но было уже поздно. Джозеф Шапл стал первым в истории преступником, приговоренным к смертной казни на электрическом стуле, а Эдисон, по слухам, лично сконструировал первый такой аппарат, работавший от генераторов «убийственного» переменного тока компании Westinghouse. Приговор был приведен в исполнение в августе 1890 года. «Топором бы у них получилось лучше», — резюмировал Вестингауз.
Человек-молния
Но неутомимый Никола Тесла придумал эффектный ответный ход. Через несколько лет его представление, состоявшееся на Всемирной выставке в Чикаго, потрясло весь мир. С совершенно спокойным видом он пропускал через себя переменный ток напряжением в миллионы вольт — молнии плясали на поверхности его кожи, но сам он оставался невредимым. А когда объятый электрическими разрядами «сумасшедший» брал в руки не подключенные ни к каким проводам лампы накаливания, они послушно загорались в его руках. Это казалось настоящим волшебством. И вскоре Эдисону пришлось пойти на перемирие: эдисоновская компания General Electric вынуждена была приобрести лицензии на электрическое оборудование у компании Westinghouse.
Сумасшедший гений
Если за Эдисоном с годами все больше закреплялась репутация «изобретателя-предпринимателя», то Никола Тесла приобретал славу сумасшедшего гения. Он мог часами в одиночестве прохаживаться по парку, декламируя наизусть «Фауста», в гостиничную комнату соглашался вселиться лишь в том случае, если ее номер был кратен трем, а микробов боялся панически. Большинство своих изобретений он совершал в голове, так говоря об этом: «Когда появляется идея, я начинаю дорабатывать ее в своем воображении: меняю конструкцию, усовершенствую и «включаю» прибор, чтобы он зажил у меня в голове. Мне совершенно все равно, подвергаю ли я тестированию свое изобретение в лаборатории или в уме». Но на практике не все проходило гладко. Однажды в ходе одного из экспериментов Теслы на расстоянии нескольких километров от его лаборатории в Нью-Йорке стены окружающих домов принялись вибрировать — и только вмешательство полиции спасло их от обрушения. «Я мог бы обрушить Бруклинский мост за час», — признавался позже изобретатель. Но современники с готовностью прощали ему и не такие «шалости». Ведь то, что он делал, действительно далеко опережало все, что умела тогда наука.
В 1915 году New York Times сообщила, что Николе Тесле и Томасу Эдисону могут присудить Нобелевскую премию в области физики. Но ни один из них так и не стал нобелевским лауреатом. Оба великих изобретателя отказались получать эту престижную премию: они не смогли простить друг другу прошлых обид.
В этой большой обзорной статье мы поговорим о том, что изобрёл Никола Тесла, выдающийся изобретатель и учёный. Мы постараемся описать все наиболее важные из его изобретений, а также расскажем о тех, о которых вы могли и не знать.
Никола Тесла — это, пожалуй, один из в мире наравне с или , чей вклад в мировую науку крайне трудно переоценить. Родился и вырос Тесла в Сербии, где и получил образование. Уже со студенческих лет он проявлял самостоятельность мышления и тягу к изобретательству. Позже он переезжает во Францию, а затем в США, где и проживает большую часть своей жизни, занимаясь изобретательством. Количество его патентов включает в себя более 150 изобретений и различных усовершенствований. Некоторые даже считают, что именно Никола Тесла изобрёл 20-й век, так как он был не просто практиком, но и теоретиком.
Интересы Теслы лежали в основном в сфере радиотехники и электротехники, а также в области изучения свойств электромагнетизма и передачи электричества на большие расстояния. Основные его изобретения связаны с переменным током и электрическими машинами, использующим его. Также в нашей статье мы поговорим об изобретениях Теслы в области беспроводного освещения и беспроводной передачи электроэнергии.
Жизнь Теслы в целом была трудной и порой крайне неудачной. Далеко не все его изобретения были коммерчески успешными, он часто становился банкротом или жертвой обмана (Эдисон кинул его на большую сумму) или обстоятельств (например, известный пожар в его лаборатории уничтожил множество прототипов).
Безусловно, что теоретический вклад Теслы огромен, но нас в этой статье будут интересовать прежде всего практические реализации его идей и задумок, поэтому давайте посмотрим на список изобретений Николы Тесла. Для удобства навигации по статье предоставляем небольшое содержание:
Переменный ток
DC — постоянный ток, AC — переменный ток
Прежде чем научиться использовать переменный ток, его необходимо сначала получить. В общем-то о переменном токе физики знали уже давно (со времён открытия электромагнитной индукции) и Тесла его как таковой не открывал, но тогда все полагали, что переменный ток — это попросту «мусор», который вряд ли как-то получится использовать. Тесла же был другого мнения и сразу увидел весь потенциал переменного тока.
Постоянный ток непрерывно течёт в одном направлении; переменный ток меняет своё направление 50 или 60 раз в секунду и у него можно изменять напряжение до высоких уровней, минимизируя при этом потери мощности на больших расстояниях. Позже напряжение переменного тока можно понижать, чтобы использовать его на заводах или в жилых домах. Тесла понял, что будущее принадлежит переменному току.
Тесла описал свои двигатели и электрические системы в статьей «Новая система двигателей переменного тока и трансформаторов», которую он презентовал в Американском институте инженеров-электриков в 1888 году. Именно тогда Джордж Вестингауз заинтересовался разработками Теслы, и однажды он посетил его лабораторию и поразился увиденному. Никола Тесла построил модель многофазной системы из понижающих и повышающих трансформаторов переменного тока, а также двигателя переменного тока. Так началось партнёрство Ветсингауза и Теслы. Позже Никола Тесла получил 40 патентов на свои изобретения в США, а Вестингауз выкупил их все, чтобы обеспечить себя богатством, а Америку переменным током.
Ниже мы как раз и поговорим об этих машинах и о том, как в США внедрялась многофазная система электроснабжения.
Генератор переменного тока
Генератор переменного тока — это электрическая машина, которая является составной частью полифазной системы электроснабжения Теслы, о которой речь пойдёт ниже. Генератор создаёт переменный ток, используя механическую работу (например, генераторы, установленные на дамбах, использующие падающую на их лопасти воду).
Мы не будем объяснять принцип работы генератора. Посмотрите видео ниже, если хотите понять подробнее.
Альтернатор Теслы (другое название генератора переменного тока) превосходил все другие по той простой причине, что он был действительно эффективен на практике. Свой генератор Тесла изобрёл ещё будучи на 2 курсе и уже тогда обращался к своим преподавателям с идеей использования переменного тока, но от его идей все отмахивались, как от бредовых. Некоторые профессора даже просто смеялись над его изобретениями.
В 1882 году Тесла работает в Париже и создаёт первый рабочий прототип своего генератора.
Приехав в 1884 году в США, Тесла направился к тогда уже известному изобретателю и коммерсанту в области электричества Томасу Эдисону и устроился к нему на работу. Попутно Тесла предлагал Эдисону свои идеи по использованию переменного тока, но Эдисон считал, что он сошёл с ума, раз думает, что переменный ток можно хоть как-то использовать. Дошло даже до того, что Тесла, не поняв сарказма Эдисона, подумал, что получит большую сумму от Эдисона, если сделает несколько десятков определённых изобретений на заказ. Тесла их сделал, а Эдисон сказал, что пошутил, а Тесле рекомендовал научиться понимать американский юмор.
В 1891 году Тесла получает в США патент на первый в мире альтернатор.
Многофазный генератор Теслы мощностью 500 л.с. (около 370 кВт) на выставке Вестингауза
Двигатель переменного тока
Двигатель переменного тока или асинхронная машина — это ещё один этап в развитии идей применения переменного тока. Генератор переменного тока мы уже обсудили, значит электричество мы получаем, но что с ним делать дальше? У нас ведь нет машин, которые бы работали от переменного тока! Вот Тесла их и изобрёл.
Патент Теслы на электрический двигатель 1888 года
В 1880-е года множество изобретателей пыталось изобрести рабочие варианты двигателей переменного тока, но сделать этого не удавалось. Галилео Феррарис занимается теоретическим исследованием создания двигателей переменного тока и приходит к ошибочному выводу, что они попросту не могут быть эффективными и коммерчески успешными. Это добавило мотивации изобретателям всего мира, это звучало как вызов — создать эффективный двигатель переменного тока. Тесла отвечает на этот вызов и демонстрирует в 1887 году свой первый вариант двигателя, работающего на переменном токе, а в 1887 году совершенствует свою модель, выпуская вторую машину.
Один из оригинальных электрических моторов Теслы 1888 года.
Основная причина, по которой рациональное использование двигателей переменного тока казалось невозможным, заключалась в том, что они были однофазовыми. Тесла же обосновал теоретически и доказал практически, что можно не ограничиваться одной фазой, а делать две или больше фаз.
На картинке ниже показано схематически устройство двух- и трёхфазных двигателей переменного тока:
Позже Тесла изобретает и патентует множество модифицированных моторов и двигателей переменного тока. Все эти патенты, как писалось выше, Тесла продаёт Вестингаузу.
Двухфазный электрический двигатель переменного тока из коллекции Вестингауза.
4-х фазный электрический двигатель переменного тока из коллекции Вестингауза.
Полифазный электрический двигатель переменного тока из коллекции Вестингауза.
Многофазная система электроснабжения
Тесла обратил внимание, что электрические станции постоянного тока Эдисона неэффективны, а Эдисон уже застроил ими всё Атлантическое побережье США. Чтобы преодолеть недостатки постоянного тока, надо было, по идее Теслы, использовать переменный ток. Многофазной такая система называется потому, что двигатели и генераторы имеют несколько фаз (см. пояснения выше).
Лампы Эдисона были слабыми и неэффективными при использовании постоянного тока. Вся эта система имела один большой недостаток в том, что она не могла транспортировать электричество на расстояние более 3 км из-за неспособности изменять напряжение до высокого уровня, необходимого для передачи на большие расстояния. Поэтому электростанции постоянного тока устанавливались с интервалом в 3 км.
Схема работы многофазных систем электроснабжения
Переменный ток, как писалось выше, мог достигать больших напряжений и поэтому его можно было передавать на огромные расстояния (выйдите из дома и посмотрите на ближайшие высоковольтные линии электропередач, это оно самое).
Когда Эдисон узнал, что у него появился столь мощный конкурент, он понял, что может потерять свою империю постоянного тока. Именно так и началась война между Вестингауза вместе с Теслой против Эдисона, которую назовут войной токов. Эдисон начал усиленно пытаться дискредитировать изобретение Теслы, показывая, что переменный ток более опасен для жизни, чем постоянный.
Стоит также отметить, что когда Тесла приехал в США, то сначала он предложил свои разработки Эдисону, но он назвал всё это вздором и сумасшествием.
Эдисон бил переменным током животных на публике, чтобы привести их в ярость и доказать, что этот вид тока опасен. Однажды Эдисон узнал об идее одного врача, об использовании переменного тока для умерщвления людей. Реализация не застала себя ждать. Так был изобретён электрический стул, который впервые применили к Уильяму Кеммлеру, виновному в убийстве своей любовницы.
Эдисон долго не мог придумать для своего нового изобретения название, но ему больше всего нравилось слово «увестингаузить», правда ни один из них, как мы теперь видим, не прижился.
Тесла тоже не сидел без дела и отвечал на все попытки дискредитации Эдисона. Он стремился наоборот показать, что переменный ток не опасен и показывал это, при помощи скин-эффекта.
Австралийский любитель электрического эксгибиционизма Питер Террен бьёт себя в течение 15 секунд током в 200 000 вольт при помощи катушки Тесла, демонстрируя скин-эффект.
Как мы знаем, Тесла и Вестингауз в конечном итоге победили, поэтому переменный ток стал повсеместным явлением. Понадобилась целая экономическая и юридическая война, чтобы обеспечить Америку и весь мир более прогрессивным изобретением.
Катушка или трансформатор Теслы
Тесла изобрёл свою катушку примерно в 1891 году. В то время он повторял эксперименты Герниха Герца, который обнаружил электромагнитное излучение тремя годами ранее. Тесла решил запустить его устройство вместе с высокоскоростным генератором переменного тока, который он разрабатывал в рамках улучшения системы дугового освещения, но он обнаружил, что ток высокой частоты перегревает стальной сердечник и плавит изоляцию между первичной и вторичной обмотками в катушке Румкорфа, которая использовалась по умолчанию в экспериментах Герца. Для устранения этой проблемы Тесла решает изменить конструкцию таким образом, чтобы образовался воздушный зазор между первичной и вторичной обмотками, вместо изоляционного материала. Тесла сделал так, что сердечник мог быть перемещён в различные положения в катушке. Тесла также установил конденсатор, который обычно используются в таких установках между генератором и его первичной катушкой обмотки, чтобы избежать выгорания катушки. Экспериментируя с настройками катушки и конденсатора, Тесла обнаружил, что он мог бы воспользоваться возникающим резонансом между ними для достижения более высоких частот.
В катушке трансформатора Теслы конденсатор, после пробивания короткой искры, подключался к катушке из нескольких витков (первичная катушка), формируя таким образом резонансный контур с частотой колебания, как правило, 20-100 кГц, определяемый ёмкостью конденсатора и индуктивностью катушки.
Конденсатор заряжался до напряжения, которое необходимо для пробоя воздушного искрового промежутка, при входном линейном цикле, что достигает примерно 10 киловольтам при использовании линейного трансформатора, который подключён через воздушный зазор. Линейный трансформатор был спроектирован так, чтобы иметь более высокую, чем обычно, индуктивность рассеяния (параметр, отражающий неидеальность трансформатора), чтобы выдерживать короткое замыкание, возникающее в то время, когда зазор оставался ионизированным, или в течение нескольких миллисекунд, пока ток высокой частоты не исчезал.
Искровой разрядник настраивался таким образом, чтобы его пробой происходил при напряжении, которое несколько меньше пикового выходного напряжения трансформатора, чтобы максимизировать напряжение на конденсаторе. Внезапный ток, проходящий через искровой промежуток, вызывает резонанс первичной резонансной цепи на её резонансной частоте. Кольцевая первичная обмотка магнитно соединяет энергию с вторичной обмоткой в течение нескольких радиочастотных циклов, пока вся энергия, которая первоначально была в первичной обмотке, не перенесётся на вторичную. В идеале зазор затем прекращает проведение тока (гашение), захватывая всю энергию в колебательный вторичный контур. Обычно промежуток снова начинает расти, а энергия вторичных передач возвращается к первичной цепи в течение ещё нескольких радиочастотных циклов. Цикл энергии может повторяться несколько раз, пока искровой промежуток окончательно не ослабнет. Как только зазор прекратит проводить ток, трансформатор начнёт заряжать конденсатор. В зависимости от напряжения пробоя искрового промежутка, он может срабатывать много раз на протяжении всего цикла переменного тока.
Применение можно разделить на практическое и чисто декоративное. Практическое применение тока катушки Тесла нашли в радиоуправлении, радио и беспроводной передачи энергии для питания различных устройств (например, лампочек). Генератор Теслы обнаружил и неожиданное применение в медицине. Арсен Д’Арсонваль применил токи, создаваемые генератором, для физиотерапевтического воздействия на поверхность кожи и слизистые различных органов человека. Ток проходил по поверхностным слоям кожи и оказывал тонизирующий и оздоровляющий эффект. Также катушки Тесла применяются для работы газоразрядных лапм и обнаружения течи внутри вакуумных систем.
Но гораздо большую распространённость катушки Тесла получили в сфере спецэффектов и декораций, ведь разряды, создающиеся трансформатором Тесла выглядят крайне эффектно и красиво.
Пример работы катушки Тесла можете посмотреть на видео:
Интересно также понаблюдать и за музыкальными свойствами данных катушек, которые достигаются за счёт изменения частоты:
Интересно, что в своё время в 20-м веке пытались продавать катушки Теслы, как эффективный способ защитить вашу машину от угона:
Также подобные катушки используются в различных центрах, чтобы развлечь посетителей и попытаться увлечь молодёжь красотой физических эффектов, а также в аттракционах:
Беспроводное освещение
В 1891 году Тесла усовершенствовал передатчик волн, изобретённый Герцом, который был необходим для радиочастотного снабжения энергией, переделав его в систему освещения, состоящую из газоразрядных ламп.
В этом же году он продемонстрировал в Колумбийском колледже своё изобретение.
Когда мы говорим о том, что освещение беспроводное, не имеются в виду радиоволны, речь идёт об электростатической индукции.
В руках у Теслы две длинные трубки Гейсслера, которые похожи на неоновые лампы.
В 1893 году в Чикаго проходит всемирная выставка, где Тесла демонстрирует своё изобретение. Лампы были не только беспроводными, но и люминесцентными.
В 1894 году новое достижение. Удаётся зажечь фосфорную лампу накаливания в своей лаборатории, используя резонансный метод взаимоиндукции.
Правда широкого коммерческого применения такая лампа найти не смогла, но резонансный метод индуктивной связи сейчас применяется повсеместно в электронике.
Башня Теслы
Тесла не остановился на беспроводной системе освещения и пошёл дальше. Он решил, что можно в принципе не использовать высоковольтные провода для передачи тока и передавать всю электроэнергию посредством воздуха. Для этого он хотел построить огромную экспериментальную установку в Нью-Йорке, известную как башня Теслы или башня Ворденклиф. Позже, проводя свои эксперименты и наблюдения над молниями, Тесла пришёл к ошибочному выводу, что может использовать весь земной шар, чтобы проводить ток.
Одна из страниц патента на башню Теслы
Деньги на строительство от получил от известного в то время финансиста Дж. П. Моргана, которому он сообщил, что башня будет использоваться для трансатлантической беспроводной телефонии и вещания, на чём Морган планировал заработать. По сути это была первая подобная башня в своём роде.
В 1901 году началось строительство башни и продолжалось до 1903 года. Вторую башню-приёмник планировалось построить около Ниагарского водопада. Когда первую башню в Ворденклифе почти достроили, Морган понял, что беспроводная передача электроэнергии может привести к обрушению всего рынка, в котором он имел вложения (ему принадлежала Ниагарская ГЭС), то он прекратил финансирование проекта Теслы. В мае 1905 года Тесла также потерял свой доход от патентов по истечению срока, поэтому он оказался банкротом и завершить строительство второй башни так и не удалось.
Как устроена башня Теслы
Башня в Ворденклифе представляла из себя огромную катушку Теслы высотой около 60 метров, на верхушки которой была большая медная сфера. Башня генерировала молнии длиной до 40 метров, а гром от высвобождаемой электроэнергии порождал гром, который можно было услышать за 24 километра от башни. Вес башни достигал 55 тонн, а диаметр 21-го метра.
Башня Уорденклифф изнутри
В 1905 году был произведён тестовый пуск, который произвёл шокирующий эффект. В газетах писалось, что Тесла сумел зажечь небо над океаном на тысячи миль. Вокруг же самой башни лошади получали удары током и даже крылья бабочек наэлектризовались до такой степени, что вокруг них можно было видеть «Огни Святого Эльма» (коронный разряд).
К сожалению, башню снесли в 1917-м году.
Изобретение радио и радиоуправления
Тесла демонстрирует свою радиоуправляемую лодку
20-й век крайне богат на различные изобретения и технические новинки. Многие изобретались параллельно в различных вариациях, при этом кто-то патентовал свои изобретения, а кто-то это сделать не мог или не хотел по каким-то причинам. Поэтому достаточно сложно установить, кто же первым изобрёл радио. Так, например, в США считают, что радио изобрели Дэвид Хьюз, Томас Эдисон и Никола Тесла, которые сделали соответствующий технический вклад для этого изобретения; в Германии полагают, что радио изобрёл Генрих Герц, а во Франции - Эдуард Бранли; В Белоруссии в изобретатели радио записывают Якова Наркевича-Иодку; В Бразилии полагают, что изобретателем радио был Ландель де Муру; в Англии - Оливер Джозеф Лоджа; в СССР же общепринятым было считать изобретателем радио Александра Степановича Попова и так далее ещё для многих стран. Гульермо Маркони же следует считать не изобретателем радио, как технологии или законченной системы, а как создателем первой успешной в коммерческом плане реализации системы радио.
Все их патенты и изобретения появлялись в промежутке 1880-1895 годов и все они занимались исследованием радиоволн. Попросту говоря, они все были изобретателями радио в той или иной степени, делая свой вклад в развитие теории передачи информации.
Но что же сделал Тесла? А он сделал тоже не мало. Он описал принципы, по которым можно было передавать радиосигнал на большие расстояния, провёл ряд собственных экспериментов по передаче сигналов, а также создал первую радиоуправляемую лодку, которую продемонстрировал на электротехнической выставке в 1898 году. Правда он не считал, что при помощи радиоволн возможно общение.
Радиоуправляемая лодка Николы Теслы
Одна из страниц патента на радиоуправляемую лодку Николы Тесла
На видео вы можете посмотреть лодку, которую собрали в 2015 году по подобию той, что была у Теслы:
Лодка контролировалась при помощи радиоуправления. Тесла продемонстрировал эту лодку в 1898 году на выставке электротехнике в Мэдисон Сквер Гарден. Там она произвела фурор. Представьте себе людей того времени, которые не понимали, каким образом Тесла управляет лодкой, приказывая ей плыть в то или иное место. Кроме слова «магия» здесь сложно что-то было подобрать для обывателя того времени.
Хотя газетчики того времени сразу начали называть изобретение Теслы «радиоуправляемой торпедой» (видимо, из-за того, что в то время Томас Эдисон пытался изобрести подобную торпеду и продать военным), сам же Тесла не нацеливался на войну. В 1900 году журнал Centure взял интервью у изобретателя, где тот сообщил, что целью его изобретения является попытка создать «искусственный интеллект», так как современные автоматы попросту заимствуют разум человека и откликаются только на его приказы. Тесла полагал, что однажды люди сумеют создать машину со своим собственным разумом. Что же, спустя более чем 100 лет мы пока можем утверждать, что такой машины мы не создали.
Позже во время Второй мировой войны нацисты догадаются использовать радиоуправления для создания дистанционно управляемых танков.
Безлопастная турбина Теслы
Турбина Теслы из музея
Эту турбину Тесла запатентовал в 1913 году. Изобретение турбины без лопастей по сути было вынужденным, так как для изготовления турбины с лопастями не было подходящих технологий, да и аэродинамическая теория ещё не была создана, поэтому Тесла решил использовать эффект пограничного слоя, а не давление вещества на лопатки, как сейчас широко распространено в традиционных турбинах.
Часто можно встретить утверждения, что КПД его турбины может теоретически достигать 95%, но на практике на заводах Вестингауза такая турбина показала КПД в районе 20%. Хотя позже различные модификации турбины другими изобретателями доводили КПД до 40% и более.
Очень хорошо принципы работы турбины Тесла на английском языке объяснены в этом видео:
По состоянию на 2016 год турбина Теслы так и не нашла широкого коммерческого использования с момента своего изобретения. Пока что ей удалось найти узкое применение в насосах. Связано это в первую очередь с тем, что диски внутри турбины сильно деформируются во время работы и это сказывается на общей эффективности применения турбины. Хотя сейчас продолжаются технологические поиски, чтобы решить все возникающие проблемы. Сравнительно недавно вопрос о деформации дисков частично был решён с использованием новых материалов, таких как углеродное волокно.
Клапан Тесла
Данный клапан был изобретён Теслой в 1920 году и почему-то многие даже не слышали об этом интересном изобретении. Суть в том, что этот однонаправленный клапан не имеет подвижных частей . Затор в клапане создаётся за счёт того, что основной поток ветвится и его ответвления направляются обратно, что постепенно замедляет основной поток.
Когда газ или жидкость течёт в прямом направлении, они слегка отклоняют и текут как бы по зигзагу, но не находя большого сопротивления. Можете посмотреть это на видео ниже, где для наглядности в поток добавлены шарики:
Однако, когда поток течёт в обратном направлении, то он ветвится таким образом, что ответвлённый поток направляется против основного, что вызывает сопротивление. И так повторяется на каждом ответвлении, из-за чего поток останавливается. Этот принцип вы можете наблюдать на видео ниже:
Конечно, нужно понимать, что данный клапан не предназначен для того, чтобы быть пробкой для бутылки или что-то в этом роде, так как он плохо работает при низком давлении потока. Однако, стоит начать использовать высокое давление, как соотношение давления между основным и ответвлённым потоком выравниваются.
Тесла изобрёл клапан, когда разрабатывал бесступенчатую турбину. Но так оказалось, что клапан стал самостоятельным изобретением, так как Тесла понял, что турбина лучше взаимодействует с ламинарным потоком, а клапан лучше работает с импульсным.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ …
Загрузка...
