Меню

Как тесла придумал переменный ток

Никола Тесла и его забытые изобретения

28510
9 минут на чтение

Поделиться в Facebook

Добавить в Twitter

Поделиться ВКонтакте

Никола Тесла и его забытые изобретения

Гениальные люди — это метеоры, призванные сгореть, чтобы озарить свой век.

Наполеон

В практической жизни от гения проку не больше, чем от телескопа в театре.

Артур Шопенгауэр

Переменный ток, электродвигатели, флуоресцентный свет, беспроводная передача энергии, дистанционное управление, лечение высокочастотными токами… Человек, получивший более 300 патентов на изобретения, без которых наша жизнь сейчас была бы попросту невозможна, лишь вскользь упоминается в учебниках физики. Одна из самых противоречивых фигур в истории мировой науки — то ли величайший гений 19-20 века, то ли шизофреник и шарлатан, Никола Тесла прожил весьма бурную, и, надо сказать, не слишком счастливую жизнь.

Учёный не гнался за славой и не умел распоряжаться деньгами. Подавляющая часть его открытий не дошла до потомков. Легенды о создаваемых им приборах до сих пор возбуждают любопытство — если хотя бы часть из них является правдой, то человечество потеряло реальную возможность сделать гигантский шаг вперёд — шаг, который полностью изменил бы облик нашей планеты и ускорил развитие науки.

Путь к успеху

Отец Тесла

Милутин Тесла, отец Николы

Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны (Хорватия). Ребёнок посещал гимназию в Карлштате, хорошо учился, но рос слабым и нерешительным. Уже тогда у него стали проявляться некоторые странности в восприятии окружающей действительности. При взгляде на жемчуг у Теслы случалось некое подобие приступа, персики приводили его к лихорадке. Стоило ему посмотреть на то, как в воду опускают прямоугольные листы бумаги, как во рту появлялся странный привкус.

Отец Николы — Милутин Тесла, сербский православный священник, мечтал о духовной карьере для своего сына. Последний, напротив, испытывал необъяснимую тягу к естественным наукам. Понимая это, отец строго-настрого запретил мальчику поступать в политехнический институт в Граце. Вскоре Никола тяжело заболел. Врачи сообщили отцу, что ребёнок может не выжить. Убитый горем Милутин, желая ободрить сына, официально разрешил ему поступить в институт. Некоторое время спустя юный Тесла выздоровел. Вернее, не совсем. После перенесённой болезни у него стали появляться видения, сопровождавшиеся вспышками света.

Сильные вспышки света покрывали картины реальных объектов и попросту заменяли мои мысли…

Из дневников Н. Теслы

Позднее Тесла признавался, что благодаря этим видениям он может «сконструировать» любой прибор у себя в голове и там же проверить его работоспособность, не прибегая к каким-либо реальным экспериментам.

В 1878 году Тесла окончил институт в Граце, в 1880 году — Пражский университет. После этого он работал на телеграфе в Будапеште, позднее перебрался в Париж, а из него — в Страсбург. В 1883 году Тесла построил свой первый электродвигатель. Год спустя на талантливого физика обратил внимание Томас Эдисон.

Познакомившись с Эдисоном, молодой серб переехал на работу в США, где и прожил всю оставшуюся жизнь. Примечательно, что когда Тесла сошёл с корабля в Нью-Йорке, у него в кармане было только 4 цента, рекомендательное письмо и рисунки летающей машины. С таким «багажом» он обосновался в стране, которая, по его словам, «на целый век обогнала Европу в техническом развитии».

thomas-edison

Томас Алва Эдисон

Рабочий день Николы длился с 10:30 утра до 5 утра следующего дня. Он трудился, не покладая рук, но отношения с Эдисоном у него, увы, так не сложились. Американец был всего на 9 лет старше Теслы, однако на его счету были такие популярные изобретения, как угольный микрофон, электрическая лампочка и фонограф. Все они работали на постоянном токе, в то время как Тесла видел будущее физики лишь в переменном токе.

После очередного спора Эдисон пообещал Николе $50000, если тот сможет переоборудовать завод машинами, работающими на переменном токе. Молодой учёный успешно справился с задачей, но Эдисон поступил по-свински и не заплатил ему ни цента, сославшись на своё чувство юмора: «Когда ты станешь настоящим американцем, ты сможешь оценить эту шутку».

Выйдя из команды Эдисона в 1887 году, Никола основал компанию «Тесла Электрик Лайт Компани». Уже через год к нему пришла слава — миллионер Джордж Вестингхаус (изобретатель гидравлического паровозного тормоза) услышал доклад Теслы в Американском институте инженеров-электриков и сразу же заплатил ему $60000 за патенты на систему передачи и распределения многофазных токов. Позднее эта технология была использована компанией «Вестингхаус Электрик» при постройке гидроэлектростанции на Ниагаре мощностью в 50000 лошадиных сил (в финансировании проекта участвовали богатейшие люди того времени: Морган, Астор, Ротшильд и Вандербильт).

tesla stock certificate

Свидетельство о регистрации компании «Тесла Электрик Лайт».

Один из недоброжелателей молодого серба — профессор Гарольд Браун — нелегально приобрёл генератор Вестингхауса (построенный по патенту Теслы) и использовал его для казни убийцы Вильяма Кеммлера на электрическом стуле в федеральной тюрьме Аубурн. По замыслу профессора это должно было показать людям опасность переменного тока. В 1890 году осуждённый умер в страшных мучениях, поскольку «добрый» профессор внёс в генератор некоторые изменения, значительно увеличив силу тока.

Дорога к забвению

chicago world

Освещённая «Аллея Славы» на Чикагской выставке 1893 года.

В 1893 году Вестингхаус и Тесла выиграли государственный конкурс (победив компанию General Electric) на монтаж освещения для Всемирной выставки в Чикаго. 1 мая во время торжественного открытия президент Кливленд нажал на кнопку и включил несколько сот тысяч ламп, превративших, по выражению журналистов, «ночь в день». Следует сказать, что до настоящего времени ни одна частная компания не смогла реализовать осветительный проект подобного масштаба.

Успешная продажа изобретений сделала Николу богатым человеком. Он мог позволить себе всласть поиздеваться над своим завистником Эдисоном, утверждавшим, что переменный ток смертельно опасен для жизни. В 1893 году Тесла устроил настоящее шоу на Всемирной выставке в Чикаго. Стоя на подиуме в центре выставочного зала, он пропустил через себя ток напряжением в два миллиона вольт. По версии Эдисона, от «сумасшедшего серба» не должно было остаться даже пыли. Однако Тесла спокойно улыбался, а в его руке горела лампочка Эдисона, получавшая энергию будто бы из ниоткуда.

Чуть раньше, в 1891 году, в своей лаборатории в городке Колорадо-Спрингс Тесла сконструировал огромный резонансный трансформатор, позволявший получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт (энергию обеспечивала электростанция компании Эль Пасо). Учёный исходил из гипотезы, согласно которой наша планета является великолепным проводником электричества, и через неё можно передавать энергию на любые расстояния.

Tesla_colorado_adjusted[1]

Знаменитый кадр — Тесла спокойно сидит под разрядами в миллионы вольт и работает с бумагами.

Тесла Лаборатория в Колорадо- Спрингс.

Лаборатория в Колорадо-Спрингс.

Башня загудела и начала разражаться молниями длиной в несколько десятков метров. Гром был слышен на расстоянии 15 миль. Люди, шедшие по улице, наблюдали искры, скачущие между их ногами и землёй. Если кто-нибудь открывал кран, желая напиться воды — он видел ворох ярких искр. Лошади получали шоковые удары через металлические подковы. Наэлектризованные бабочки беспомощно кружили в воздухе, светясь синими огнями.

Тесла работал в своей лаборатории 9 месяцев и пришёл к выводу, что энергию лучше всего передавать путём «её отражения от земли и ионосферы». Учёный вычислил, что необходимая для этого частота составляет около 8 герц. Данная теория была экспериментально подтверждена лишь в 1950 году.

Незадолго до начала Мировой войны Тесла предложил революционный по тем временам способ обнаружения подводных лодок путём «испускания высокочастотных радиоволн под воду с тем, чтобы они отражались от металлических корпусов субмарин». Но дальше идеи дело не пошло. Радар был «повторно» изобретён англичанами в 1940 году.

Проект Ворденклиф

В 1900 году невероятные эксперименты Теслы сожгли генератор на электростанции Эль Пасо, и изобретатель был вынужден переехать в Нью-Йорк. Там его уже поджидал один из богатейших людей того времени — банкир Джон Пирпонт Морган. Он внимательно выслушал рассказы Теслы о том, что он может «собирать энергию солнца через особую антенну» а также «контролировать погоду при помощи электричества», и предложил учёному начать с более скромных проектов, а именно — построить Всемирный центр беспроводной передачи (банкир подразумевал под этим создание узла телеграфной радиосвязи).

Тесла в ответ предложил создать не просто «продвинутый» телеграф, а устройство, обеспечивающее беспроводную связь по всему миру с возможностью голосового общения, трансляции музыки, новостей, биржевых котировок и даже передачи изображений (сравните с возможностями интернета).

Морган, как это принято говорить сейчас, «уронил челюсть на пол» и немедленно выдал учёному около 150 тыс. долларов (по нынешним временам это эквивалентно нескольким миллионам долларов), а также выделил участок в 200 акров на острове Лонг-Айленд. Там была построена башня высотой 57 метров со стальной шахтой, углублённой в землю на 36 метров. Наверху башни установили 55-тонный металлический купол диаметром 20 метров.

В 1905 году был проведён пробный пуск этой невиданной энергетической установки. Эффект был просто ошарашивающим — как впоследствии писали журналисты, «Тесла зажёг небо над океаном на тысячи миль».

253981_900[1]

Башня проекта «Ворденклиф».

Я не тружусь для настоящего, я тружусь для будущего!

Тесла о проекте «Ворденклиф»

Однако мало кто догадывался, что это было началом конца карьеры гениального физика. За несколько лет до реализации проекта «Ворденклиф» итальянец Маркони и русский Попов независимо друг от друга создали радиопередатчики. В ответ на вопрос Моргана о том, что же на самом деле представляет из себя эта установка, Тесла признался, что обманул банкира — он создавал не интернет образца 1905 года, а гигантский передатчик энергии.

Беспроводная передача электричества с одного континента на другой банкира совершенно не интересовала, поэтому он прекратил финансирование.

Это не мечта! Это всего лишь инженерный проект… Правда, очень дорогой… О слепой, малодушный, недоверчивый мир!

Из писем Теслы после закрытия проекта «Ворденклиф»

NIKOLA_TESLA_WARDENCLYFFE_LAB_INSIDE[1]

Оборудование башни проекта «Ворденклиф».

По ту сторону физики

После закрытия проекта «Ворденклиф», в который Тесла вложил значительную часть собственных денег, учёный начал вести уединённый образ жизни. Именно с этим временем — вплоть до 7 января 1943 года, когда Тесла умер в возрасте 87 лет, связано подавляющее большинство слухов о его невероятных теориях.

В 1898 году в парке Мэдисон-Сквер прошла презентация нового изобретения Теслы. Посреди парка имелся пруд, в котором плавал небольшой кораблик. Зрители были в шоке — судно двигалось, следуя приказам учёного. Когда Тесла в шутку предложил им пообщаться со своим изобретением, кто-то (тоже в шутку) спросил: «Каков будет кубический корень из 64?». Маячок на корабле мигнул четыре раза.

Чуть позже всё прояснилось — после испытаний чудо-корабля Тесла зарегистрировал патент номер 613809 на устройство дистанционного управления, использующее радиосигналы.

Читайте также:  Пуск частоты вращения двигателей переменного тока

Когда репортёр газеты «Нью-Йорк Таймс» спросил у изобретателя, можно ли начинить его кораблик динамитом и направить на судно неприятеля, Тесла взбесился и закричал: «Там, где вы видите телеавтоматическую торпеду, я вижу механических людей, выполняющих за нас всю тяжёлую работу!».

Tesla-lodka

Радиоуправляемая лодка Теслы.

В том же году Тесла изучал явление резонанса. Результатом его исследований стал небольшой прибор, который был прикреплён изобретателем к железной балке на чердаке здания, где находилась его лаборатория.

Через некоторое время стены соседних домов стали вибрировать, люди в панике выбегали на улицу. Будучи наслышанными о проделках «яйцеголового маньяка», они вызвали полицию. К дому Теслы устремилась толпа репортёров. Однако до их прибытия изобретатель всё же успел выключить и уничтожить свой прибор. «Я мог бы обрушить Бруклинский мост за час», — признался он впоследствии. Кроме того, он заявлял, что мог бы расколоть Землю — нужен лишь подходящий резонатор и точный расчёт времени.

flying tesla

Летающая машина Теслы (чертёж к патенту).

В 1931 году неугомонный Тесла продемонстрировал новый феномен. С обыкновенного автомобиля был снят бензиновый двигатель, а вместо него установлен электромотор. Затем Тесла прикрепил под капот небольшую коробочку, из которой торчали два стерженька. Выдвинув их, Тесла сказал: «Теперь у нас есть энергия». После этого он сел на место водителя, нажал на педаль, и машина поехала. Тесла ездил на ней неделю, развивая скорость до 150 км/час. Никаких батарей или аккумуляторов на машине не было.

На вопрос о том, откуда берётся энергия, он невозмутимо отвечал: «Из эфира, который нас окружает». Снова поползли слухи о безумии электротехника. Теслу это рассердило. Он снял с машины таинственную коробочку, навсегда похоронив тайну своего электромобиля.

В возрасте 72 лет Тесла запатентовал «аппарат для воздушной транспортировки» (номер патента 6555114) — гибрид самолёта и вертолёта. Согласно описанию и чертежам, эта летающая машина весила 400 килограммов, могла взлетать с любой площадки, и стоила около $1000. К сожалению, под конец жизни учёный был слишком беден, чтобы построить действующий прототип.

Лучи смерти

Тесла на обложке журнала «Тайм».

Тесла на обложке журнала «Тайм».

В 40-х годах 20 века стали поговаривать, что Тесла окончательно свихнулся. Причиной тому послужило заявление учёного о том, что он изобрёл «луч смерти», который передаёт на расстояние до 400 км такую энергию, которой достаточно для уничтожения 10000 самолётов или армии в миллион человек.

Известно, что отчаявшийся изобретатель рассылал по всему миру предложения сконструировать «супер-оружие», предполагая установить баланс сил между разными странами и таким образом предотвратить наступление Второй Мировой войны. В списке адресатов были правительства США, Канады, Англии, Франции, Советского Союза и Югославии.

Как ни странно, Советский Союз заинтересовался этим предложением. В 1937 году изобретатель провёл переговоры с фирмой «Амторг», представлявшей интересы СССР в США, и передал ей некоторые планы вакуумной камеры для своих «лучей смерти». Два года спустя Тесла получил из СССР чек на $25000. Войну это, конечно, не остановило — Советский Союз создал лазерные технологии гораздо позднее.

Да, возможно, стареющий изобретатель действительно погрузился в мир иллюзий. Однако, учитывая то, что он никогда не бросал слов на ветер и всегда реализовывал заявленные проекты, можно допустить, что Тесла мог приспособить технологию беспроводной передачи энергии под нужды военных.

Грустный факт — изобретения Теслы заинтересовали правительство США лишь после смерти учёного. В отеле «Нью-Йоркер», где он умер, был проведён тотальный обыск. ФБР изъяло все бумаги, связанные с научной деятельностью физика. Доктор Джон Трамп, руководивший Национальным комитетом обороны, ознакомился с ними и сделал экспертное заключение, что «эти записи спекулятивны и умозрительны, они носят исключительно философский характер и не подразумевают никаких принципов или методов их реализации».

Однако через 15 лет после этого Агентство высокотехнологических оборонных исследований (DARPA) реализовало сверхсекретный проект «Качели» в Лаборатории имени Лоуренса Ливермура. На него ушло 10 лет и $27 млн., причём, несмотря на то, что очевидно провальные результаты этих экспериментов засекречены до сих пор, все учёные сходятся в одном — в 1958 году американцы пытались создать легендарные «лучи смерти» Теслы.

Ему присваивали способности ясновидца, утверждая, что Тесла спас жизнь друзьям, уговорив их не садиться на поезд, который в этот же день сошёл с рельс. Он жил в относительной бедности, хотя мог бы стать богатейшим человеком на планете.

И совершенно очевидно, что если бы современники воспринимали его изобретения всерьёз, то вполне вероятно, что мы с вами сейчас жили бы в другом мире — причём словосочетание «другой мир» можно было бы трактовать буквально. Ведь Никола Тесла действительно обогнал своё время и был самым настоящим «человеком не отсюда».

Источник

Никола Тесла и передача электроэнергии переменным током

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Почти весь XIX век в практических применениях безраздельно господствовал постоянный ток. Главным препятствием широкой электрификации в то время была невозможность передачи электроэнергии на большие расстояния, а переходу на переменные токи мешало отсутствие эффективных электродвигателей переменного тока. Решение было найдено в новаторских работах гениального электротехника Николы Тесла.

Причин популярности постоянного тока тогда было несколько. Прежде всего, источниками тока служили гальванические батареи, и все производимые генераторы и моторы также были постоянного тока. Инженеры мыслили электрогидравлическими аналогиями, в которые не укладывалась идея потоков, меняющих свое направление, поэтому, например, приверженность Эдисона постоянным токам казалась вполне оправданной. Между тем недостатки устройств постоянного тока становились все более очевидными в связи с плохой работой коллектора электрических машин (искрением и износом), проблемами освещения и, главное, невозможностью передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрическое освещение стали использовать после появления дуговых ламп, среди которых наиболее простой была свеча Яблочкова в виде двух вертикально расположенных угольных электродов, разделенных слоем изолирующего материала [1–4]. Вскоре выяснилось, что на постоянном токе разнополярные электроды сгорают неодинаково, поэтому Яблочков предложил питать свечи переменным током, для чего совместно с известным французским заводом Грамма разработал специальный генератор переменного тока, конструкция которого оказалась столь удачной, что его производство доходило до 1000 штук в год [2]. Другое важное изобретение Яблочкова — это схема «дробления света» с использованием индукционной катушки (прообраза современного трансформатора) для параллельного питания от одного генератора любого числа свечей, подобно газовому освещению.

Однако эксплуатация выявила серьезные недостатки дугового освещения, особенно в быту: необходимость замены свечей через каждые два часа, шум, мерцание, большая дороговизна по сравнению даже с газом. Поэтому уже с начала 1890-х гг. электрические свечи были почти повсеместно вытеснены лампами накаливания Эдисона и применялись только в прожекторах или для больших пространств. Тем не менее, именно Яблочкову мы обязаны введением переменных токов в практическую электротехнику, что, в конечном счете, привело к решению острой проблемы дальней передачи электроэнергии, называемой тогда проблемой «распределения света».

Освещение по системе Эдисона имело низкое напряжение, 110 В, поэтому в каждом районе требовалось строить свою электростанцию. Например, в Петербурге из-за дороговизны земли такие электростанции ставились на баржах, стоящих в реках Мойке и Фонтанке [2]. Было ясно, что крупные генерирующие станции выгоднее строить вблизи рек и угольных бассейнов, вдали от городов. Но тогда для дальней передачи нужно или увеличивать сечение подводящих проводов, или повышать напряжение. Для проверки первого подхода на практике русский изобретатель Федор Апполонович Пироцкий предлагал использовать железнодорожные рельсы. Второй путь (повышение напряжения) был испробован французским инженером, впоследствии академиком Марселем Депре (Marcel Deprez), построившим несколько линий передачи постоянного тока с напряжением до 6 кВ. Первая из них, с напряжением 2 кВ, имела длину 57 км и питала двигатель постоянного тока с насосом для искусственного водопада на Мюнхенской электротехнической выставке 1882 г. [2, 4]. Однако для систем освещения такое высокое напряжение было непригодно.

Более простое решение — переход на однофазный переменный ток с повышающими и понижающими трансформаторами — было предложено известной компанией «Ганц и Ко» из Будапешта для освещения оперных театров в Будапеште, Вене и Одессе [2]. Талантливые инженеры этой компании, Микша Дери (Miksa Dèri), Отто Блати (Otto Blathy) и Карой Циперновски (Karoly Zipernowsky), создали в 1884 г. наиболее совершенные конструкции трансформатора (и они же придумали сам этот термин). Отто Блати также изобрел первый электрический счетчик электроэнергии и прославился как выдающийся шахматист.

Рис. 1. Дистанционная передача Депре

Рис. 1. Дистанционная передача Депре

Однако развитие промышленности требовало мощных приводов, которые не могли быть созданы на базе электродвигателей переменного тока с питанием от однофазной осветительной сети. Эта проблема формулировалась как «электрическая передача механической энергии» или «передача силы»[4]. Одно из ее первых решений было предложено Депре в 1879 г. в виде дистанционной передачи в опытный вагон движения поршней паровой машины (рис. 1) [5].

У нее был датчик в виде щеточного коммутатора (1) и приемник (2), содержащий ротор (3) с двумя взаимно перпендикулярными катушками, который в свою очередь был подключен к коммутатору (4) и находился в поле магнита (5). Устройство работало со скоростью до 3000 об/мин и с моментом до 5 Нм. Эта идея позднее получила свое развитие в виде сельсинных передач и шаговых двигателей, однако подходила для использования только в приборных системах.

Решение этой проблемы в целом пришло из-за океана, где появился деятельный человек, интуитивно осознавший грядущий переход на переменный ток. Это был Джордж Вестингауз (George Westinghouse) (рис. 2) — видный американский промышленник в сфере оборудования железных дорог, основатель компании Westinghouse, решивший заняться еще и электротехническим бизнесом [2, 4].

Рис. 2. Джордж Вестингауз (1846–1914)

Рис. 2. Джордж Вестингауз (1846–1914)

Для того чтобы выйти на рынок со своей продукцией, ему нужны были новые патенты, поскольку основные патенты в этой области принадлежали Эдисону, Вернеру Сименсу (Verner Siemens) и другим конкурентам. Перевести освещение на переменный ток было сравнительно просто, и Вестингауз легко вышел на этот рынок, закупив европейские генераторы и трансформаторы и запатентовав ряд своих ламп накаливания. В 1893 г. он получи большой подряд на электрификацию Всемирной выставки в Чикаго, установив там 180 тыс. ламп накаливания и тысячи дуговых ламп [4].Однако электрические машины были совсем другим делом, поэтому для их разработки он подыскал через патентное ведомство никому не известного изобретателя Николу Теслу, имевшего десятки патентов на системы переменного тока. На встрече в Нью-Йорке в 1888 г. Вестингауз предложил Тесле уступить ему все уже полученные и будущие патенты в обмен на один миллион долларов, пост технического руководителя завода в Питтсбурге и один доллар за каждую л. с. двигателей и генераторов по системе Теслы, установленных на территории США в течение ближайших 15 лет. Третье условие соглашения сыграло в дальнейшем важную роль. Тесла все эти условия принял, и так началось его плодо­творное сотрудничество с Вестингаузом [4].
Будущий великий электротехник Никола Тесла (рис. 3) родился в семье сербского священника, жившей в Хорватии. Учился в Градском политехникуме и Пражском университете, но, не закончив их, поступил на работу в отделение компании Эдисона в Париже, откуда перебрался в США с рекомендательным письмом от директора отделения самому Эдисону.

Читайте также:  Открыть врата для тока

Письмо гласило: «Я знаю двух великих людей: один из них вы, а второй — молодой человек, которого я вам рекомендую». Разумеется, Тесла был принят незамедлительно, и ему поручили самую ответственную работу с электротехническим оборудованием, включая ликвидацию аварий.

Рис. 3. Никола Тесла (1856 – 1943)

Рис. 3. Никола Тесла (1856 – 1943)

Впрочем, работа в этой компании продолжалась недолго. Поводом к расставанию якобы послужил отказ Эдисона выплатить обещанную премию в 50 тысяч долларов за совершенствование генераторов постоянного тока. Когда Тесла напомнил об этом шефу, тот сказал: «Молодой человек, вы не понимаете американского юмора» [4]. Однако скорее всего причиной ухода Теслы было упорное нежелание Эдисона разрешать молодому сербу заниматься бесколлекторным электродвигателем переменного тока, с мечтой о котором Тесла прибыл из Европы. Поэтому, разумеется, Тесла с радостью принял предложение Вестингауза, которое предоставляло ему прекрасные возможности для работы над своей идеей.

Еще в мае 1888 г. Тесла получил семь патентов США на системы переменного тока и бесщеточные двигатели [4]. Главным в них было новаторское предложение строить всю цепочку генерации, передачи, распределения и использования электроэнергии как многофазную систему переменного тока, включающую генератор, линию передачи и двигатель переменного тока, названный Теслой «индукционным». Пример такой системы показан на рис. 4.

Здесь: 1 — синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и с двумя взаимно перпендикулярными фазами обмотки ротора (2), соединенными через контактные кольца (3) и линию передачи (4) с двухфазным индукционным двигателем (5) с обмоткой статора (6) и ротором (7) в виде стального цилиндра со срезанными сегментами [4]. Действие такого двигателя, называемого теперь асинхронным, объяснялось формированием «перемещающегося», а по современной терминологии вращающегося магнитного поля. Для линии дальней передачи предлагалось включение двухфазных повышающего и понижающего трансформаторов. В мае того же года Тесла выступил с большим докладом о многофазных системах на семинаре Американского института инженеров-электриков AIEE (предшественника IEEE). Продолжая исследования, он вскоре реализовал и другие идеи: двухфазный и трехфазный асинхронный двигатель с обмоткой в звезду, трехфазный генератор с нейтралью и без, трех- и четырехпроводные линии электропередачи и т. д. Всего по многофазным системам у Теслы был 41 патент [2].

Рис. 4. Двухфазная система Теслы

Рис. 4. Двухфазная система Теслы

Несомненно,Тесле принадлежит патентный, а Вестингаузу промышленный приоритет на многофазные системы переменного тока, поскольку им сразу же было развернуто массовое производство двигателей, генераторов и другой аппаратуры таких систем. Вершиной этой бурной деятельности было строительство в 1895 г. самой крупной по тем временам Ниагарской электростанции на американском берегу Ниагарского водопада, высота которого составляла 48 метров. На плотине было установлено 10 двухфазных генераторов по 3,7 мВт каждый, а также проложена линия электропередачи 11 кВ длиной 40 км в Буффало, где был создан промышленный район с многочисленными потребителями электроэнергии переменного тока [2, 4].

Рис. 5. Опыт Теслы

Рис. 5. Опыт Теслы

Однако Теслу тяготила производственная деятельность, и он ушел от Вестингауза, желая и дальше развивать идею дальней передачи электроэнергии, но уже без проводов. Этим он и стал с увлечением заниматься в собственной лаборатории.Его первой мыслью было создать с помощью высоковольтного и высокочастотного излучателя мощное электрическое поле, действующее на значительные расстояния, из которого потребитель мог бы черпать электроэнергию. Тесла изобретает первый электромеханический СВЧ-генератор, использованный позднее в первых радиостанциях и для индукционного нагрева, передающую и приемную антенны, а также резонансный контур приемника для выделения определенной частоты. Всех поразил опыт Теслы, когда при включении генератора безо всяких проводов в его руках загоралась электрическая лампа, как показано на рис. 5.

Тесла был в одном шаге от изобретения радио, но не пошел по этому пути, поскольку его занимала мысль о передаче электроэнергии, а не информации. Однако именно ему принадлежит приоритет в создании телемеханики, реализованной в 1898 г. в виде дистанционно управляемого водяного катера.

Тем временем, многочисленные опыты показывали, что электролампу удается зажигать только на расстоянии не более нескольких сотен метров. Тесла попытался реализовать другой способ передачи электро­энергии: не через атмосферу, а прямо сквозь землю путем возбуждения в земном шаре, как огромном конденсаторе, поверхностных стоячих волн, в пучности которых можно было отбирать энергию в любой точке поверхности Земли. Для этого он построил в местечке Уорденклиф под Нью-Йорком огромную антенну с мощным надземным и подземным возбудителями, подключенными к отдельной электростанции, как показано на рис. 6. Опыты с этой башней по беспроводной передаче электроэнергии в период с 1899 по 1905 г., судя по всему, не дали желаемого эффекта, поскольку Тесла их неожиданно забросил, не опубликовав результатов. И ученые до сих пор спорят, чего же все-таки достиг Тесла в этом эксперименте, поскольку он работал без помощников и не оставил никаких записей [4, 6].

Рис. 6. Башня Уорденклифф

Рис. 6. Башня Уорденклифф

Задача беспроводной передачи электроэнергии не решена до сих пор. Последние достижения используют узконаправленные микроволновое или лазерное излучения для удаленного электропитания космических аппаратов от спутника с солнечными батареями или от управляемых дронов [7]. Экспериментально доказана возможность передачи порядка десятка киловатт на расстояние километров. Другое направление разработок — это лазерное оружие, предвозвестником которого был знаменитый «Гиперболоид инженера Гарина».
Тем не менее заслуги Теслы были всемирно признаны. В честь него единица индукции магнитного поля в системе SI названа «тесла», он был избран членом и почетным доктором наук многих академий и университетов. Одна из самых престижных наград IEEE — медаль Теслы — ежегодно присуждается за выдающиеся заслуги в области производства и использования электроэнергии. Тесле принадлежит около 800 патентов, причем, в отличие от патентов Эдисона, они считаются более новаторскими. Существует несколько памятников Тесле и посвященных ему музеев, среди которых самый впечатляющий находится в Белграде, выпущены банкноты с его портретом (рис. 7).

Рис. 7. Банкнота Сербии

Рис. 7. Банкнота Сербии

Однако личная жизнь Теслы сложилась неудачно [4, 6]. В конце XIX в. в США разразился экономический кризис, поставивший компанию Вестингауза на грань разорения. Узнав об этом, Тесла явился в штаб-квартиру своего бывшего патрона и публично разорвал их первичное соглашение, потеряв около 10 млн долларов, причитавшихся ему в соответствии с третьим пунктом этого договора. Буквально через две недели после этого великодушного жеста дотла сгорела его великолепная лаборатория, и он остался без средств. В отличие от Эдисона, он не был бизнесменом и вложил все, что у него имелось, в эту лабораторию. После этого Тесла был вынужден проводить свои дальнейшие исследования на различные гранты и пожертвования, в частности, башня Уорденклифф была построена на деньги американского финансиста Моргана.

Биограф Теслы Велимир Абрамович писал: «Пытаясь представить себе Теслу, я не вижу его улыбающимся, а наоборот, грустным…» [6]. Тесла не пил вина, никогда не знал женщин, не имел семьи и умер в одиночестве и бедности в отеле «Нью-Йоркер» [4].

Потребность в передаче электроэнергии на большие расстояния возникла в конце XIX в., прежде всего в связи с широким внедрением систем освещения.

Такая передача на постоянном токе была технически целесообразной только при высоком напряжении и практически неприемлемой для низковольтного освещения.

Линии передачи переменного тока с трансформаторами удовлетворяли задачам освещения, однако для промышленности требовались мощные электродвигатели, все известные конструкции которых были постоянного тока.

Решение этой комплексной проблемы было предложено изобретателем Теслой и предпринимателем Вестингаузом, создавшими многофазные системы переменного тока с синхронными генераторами, линиями передачи и асинхронными двигателями.

Исследования же Теслы по беспроводной передаче электроэнергии до сих пор не получили практического завершения.

Источник

Никола Тесла и его открытия

Никола Тесла в своё время был очень противоречивой личностью: некоторые утверждали, что он шарлатан и обманщик, другие считали его гением. Но, бесспорно, он подарил миру огромное количество полезных вещей: механизмы, которыми управляют дистанционно, трансформаторы, рентгеновские лучи и другое. Самые значимые открытия Теслы кратко рассмотрим в этой статье.


Переменный ток

В 1888 году Никола Тесла запатентовал систему переменного тока. Система состояла из трансформатора, генератора, счетчиков, двигателя индукционного и линий передач. Она работала по принципу многофазности, и это было главной особенностью. Промышленный магнат Джордж Вестингауз за 1 миллион долларов выкупил патент на изобретение Теслы. Также он пообещал платить по одному доллару за каждую лошадиную силу генераторов, находящихся на территории США и работающих по системе Теслы. После этого генераторы на переменном токе начали производиться в больших количествах и обретали всё большую популярность. Сейчас уже невозможно представить жизнь без них.

Рентгеновские лучи

В список великих открытий ученого Теслы входит рентгеновское излучение. В 1887 он проводил эксперименты с электричеством и обнаружил лучи, невидимые для невооруженного глаза, которые оставляли следы на металле. Эти лучи могли проходить через некоторые предметы и обнаруживать другие. Это величайшее открытие Никола Тесла не запатентовал, но в 1895 году Вильгельм Рентген тоже обнаружил эту особенность и создал рентгеновский аппарат.

Катушка Теслы

Это изобретение представляло собой трансформатор, который мог создавать молнии вокруг себя. Устройство работало по принципу резонатора. Катушки задумывались Теслой для передачи энергии без использования проводов.

Дистанционное управление

Это ещё одно открытие, которое сделал Тесла первым, но часто эту заслугу отдают русскому физику Попову или Гульельмо Маркони. Ещё в 1898 году Тесла демонстрировал радиоуправляемую лодку на электротехнической выставке. Лодка находилась на поверхности озера, а Тесла – на берегу, и пультом он передавал сигнал лодке.

Беспроводная передача энергии

В 1901 году Тесла придумал идею башен, которые не соединены проводами, но могут передавать между собой информацию. Эта идея напоминает современный Интернет. В 1903 году Тесла, создав предварительно башни, начал свой эксперимент: он создавал разряды, от которых небо освещалось светом, свечение заполняло атмосферу. Но эти эксперименты не были закончены, спонсор Теслы прекратил финансирование. После этого он решил продолжать работу сам.

Читайте также:  Передергивает все тело как током

Есть теория, что Тунгусский метеорит, который упал в 1908 году и оставил в месте своего падения выжженную землю, был экспериментом Теслы. Во время падения его башня была работоспособна, поэтому есть версия, что это был не метеорит, а шаровая молния. Это утверждение не лишено смысла: Тесла мог создавать разряды, а на месте падения метеорита не было обнаружено никаких внеземных частиц.

Машина землетрясений

Изобретение Теслы под названием осциллятор колебаний могло создавать колебания, которые можно было настроить на частоту вибрации любого предмета. Под этим предметом начинались подземные толчки. Таким образом Тесла чуть не уничтожил свою лабораторию. Из-за опасности этого изобретения оно было уничтожено самим ученым.

Луч смерти

Примерно в 1930 году Тесла создавал оружие, имевшее название «Луч смерти». Это оружие предназначалось для защиты границ государства. Луч должен был работать на новом типе энергии. Есть мнение, что это оружие было продано Советскому Союзу, но никаких доказательств нет.

Невидимые корабли

Тесла принимал участие в секретном проекте, который был нацелен на создание системы защиты кораблей от обнаружения радарами. Он предполагал сделать это с помощью катушек, которые генерировали электромагнитные экраны. Тесла занимался разработкой оружия, но он был противником войн. Он считал, что войны будут идти, пока у одного государства есть преимущество над другим. Таким образом, Тесла старался уравнять силы разных государств и предотвратить будущие войны.

«Колдовской» автомобиль

Этот эксперимент заключался в следующем: Тесла снял с автомобиля бензиновый двигатель, установил на его место электрический. Ещё он создал загадочную коробочку из проводов, ламп и резисторов и установил её внутри автомобиля. После этого сел в автомобиль и поехал. Каким образом работала такая система, неизвестно до сих пор. Увидев автомобиль, двигающийся без привычного бензинового двигателя, зрители назвали Теслу колдуном.

Причина успехов ученого

Тесла никогда не создавал чертежи и не использовал формулы, он делал всё в своей голове. Для него не было разницы, проведён эксперимент в реальности или в голове, результат всегда совпадал. Он говорил, что является проводником, который получает идеи, мысли от ядра Вселенной. Тесла хотел подарить людям идеи, которые смогут подтолкнуть на исследование мира, на новые открытия. Он трудился на благо всех людей. И делал это усердно, целеустремленно, не отвлекаясь на бесполезное.

Великие изобретения и открытия Николы Теслы опережали время. И, безусловно, сейчас они ценны. Этого ученого можно ставить в пример человека, который достигал цели и добивался успеха. Не отступайте от своей цели, верьте в себя, и тогда успех будет гарантирован! И обязательно тренируйте мозг и развивайте мышление с помощью тренажеров Викиум, чтобы идти к своим целям было легче.

Источник



Война токов: противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы

В 2007 году Нью-Йорк окончательно перешел с постоянного тока на переменный. Так закончилось столетнее противостояние двух великих изобретателей.

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.

Иллюстрация 1.jpg

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».

Иллюстрация 2.jpg

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.

Иллюстрация 3.png

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.

Иллюстрация 4.jpg

«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».

Источник