Marcos Sanchez - Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

После восьми месяцев экспериментов и постоянных срочных заказов все новых и новых материалов, после всех тайн и огромных расходов Никола Тесла так и не вынес из своего заточения никакого нового изобретения, практическое применение которого сулило ему обогащение. С точки зрения изобретателей, подобных Эдисону (обладающих деловой хваткой), он потерял много времени и зря растратил деньги. Но с другой стороны, накопленные за тот период знания утвердили Теслу в его предположениях и позволили подготовить концептуальную базу для нового великого проекта. Кроме того, был заложен фундамент для исследований, которые проводили позже другие ученые, приносившие что-то новое в науку на протяжении последующих лет.

Впервые в жизни Тесла позаботился о том, чтобы записывать результаты своих исследований. Тетради Колорадо-Спрингс представляют детальное описание день за днем всех экспериментов, поставленных с 1 июня 1899 года по 7 января 1900 года. В противоположность другим документам изобретателя эти записи велись постоянно и очень аккуратно. Однако сделаны они были не для публикации (и до 1978 года их не публиковали), это скорее можно назвать реестром данных; необходимость его заполнения, вероятно, была вызвана катастрофой после пожара 1895 года, поэтому зачастую записи требуют интерпретации. Позднее тетради помогли Тесле, когда он оформлял запросы на новые патенты.

Записи документируют его самое важное открытие, которое произошло во время одной из сильных и частых в тех местах гроз. Тесла обнаружил, что признаки электрической активности, сопутствующие грозам, продолжают присутствовать даже при удалении грозы. Их интенсивность начинала падать, только когда она удалялась более чем на 300 км. В чем причина? Тесла сделал вывод, что за это отвечают стационарные волны — геоэлектрический феномен, сегодня называемый резонансом Шумана. Обнаружив это, Тесла решил, что нашел краеугольный камень, на котором должен основываться его проект беспроводной передачи энергии и информации. После нескольких лет размышлений изобретатель, наконец, смог рассчитать радиоэлектрический резонанс Земли: по его заключению, он происходит при частотах 6, 18 и 30 Гц (хотя экспериментально подтвердить это не удалось — требовалось больше мощности).

Резонанс Шумана — это ряд частот электромагнитных волн из сверхнизкого участка (ELF), составляющих спектр Земли. Явление имеет место, потому что часть атмосферы, а именно пространство между земной поверхностью и ионосферой, действует как волновод. Удержание волны в данном пространстве заставляет его действовать как резонатор для электромагнитных волн определенных частот в сверхнизком участке (см. рисунок). Самая низкая частота равна 7, 83 Гц. Совпадения больших частот имеют значения порядка нескольких килогерц.

Первая, вторая и третья частота резонанса Шумана.

Сети электропередач влияют на резонанс Шумана, естественным образом возбужденный молниями, потому что одна из его частот близка 60 Гц (эта частота используется для электротранспорта в некоторых странах). Данное явление получило имя Уинфрида Отто Шумана, который математически предсказал его существование в 1952 году. Несмотря на присвоение этой чести Шуману, впервые подобное явление наблюдал Никола Тесла, который основал на нем идею мировой системы беспроводной передачи энергии и коммуникаций.

Идеи Теслы о резонансе Земли были забыты до 1950-х годов, когда группа ученых начала исследования по распространению электромагнитных волн очень низкой и сверхнизкой частоты (от 3 до 30 кГц и от 1 до 3000 Гц соответственно). Эта группа подтвердила выводы Теслы. Передатчик-усилитель Теслы стал первым аппаратом, способным создавать резонанс на сверхнизкой частоте (ELF — от англ. Extremely Low Frequency) для того, чтобы передать волны через слои под ионосферой. В 1960-е годы экспериментально были установлены три наименьшие частоты резонанса Шумана: 7, 83 Гц, 14, 1 Гц и 20, 3 Гц — их значения на удивление близки к расчетам Теслы, сделанным на 50 лет раньше, на оборудовании XIX века.

При работе с оборудованием в Колорадо-Спрингс Тесла много времени посвятил разработке сенсоров. Это были автоматические сверхчувствительные устройства, созданные на основе его вакуумных трубок с простой схемой, но очень удобные для работы. Они состояли из стальной проволоки с двумя платиновыми контактами в верхней части и проволочной сетки, на которой размещалась стеклянная трубка. Когда электрическое возмущение определенной частоты от передатчика достигало контура станции-приемника, ток проходил по проволочной сетке, проволочки сближались и соединяли контакты.

Согласно записям, Тесла посвятил большую часть своего времени (примерно 56%) разработке высокочастотного передатчика, 21 % времени — изготовлению приемников и сенсоров сигналов, 16 % — измерению емкости большой антенны лаборатории, 6% — другим, более мелким вопросам. И везде он достиг невероятных успехов: измерил электромагнитные излучения, возникающие при естественных электрических разрядах, разработал радиосистемы и системы освещения, модуляторы антенны, а также другие разнообразные приборы.

В области телеграфии Тесле удалось отправить несколько беспроводных сообщений на расстояние до 100 км. Во вступлении к записи от 27 июня в его дневнике изображена схема этой системы. Далее на рисунках 2, 3 и 4 показаны схемы некоторых устройств передающей станции, с помощью которых Тесла получал два типа колебаний разного тона. На рисунке 2 можно увидеть два разделенных контура передатчика, поочередно активирующихся при разряде конденсаторов через первичную обмотку. На рисунках 2 и 4 представлен контур-передатчик, период которого изменяется под воздействием индуктивности (см. рисунок 3) или в результате периодического замыкания части контура с помощью автоматического устройства прерывания. На станции-приемнике (R) два синхронизированных контура принимают сигналы отправителя с определенной частотой. Приемник отвечает, только когда оба контура I и II активируют сенсоры (а а {).

В Колорадо-Спрингс Тесла осуществил передовые эксперименты по беспроводной передаче голоса. В начале записи от 14 июля показана схема отправки звука, на которой предполагается возможность усиления слабых сигналов, таких как человеческий голос (см. рисунок 5 на стр. 130). В ней предусмотрены обычные устройства для передачи и усиления сигнала: электрический осциллятор, катушки индуктивности, искровые разрядники и так далее. Тесла надеялся получить и затем воспроизвести звук с помощью системы инжекции воздуха, при которой возникли бы колебания диафрагмы, как в примитивных телефонах. Он изучил вопрос возможности реализации «беспроводного телефона» (как стали называть это изобретение десятилетия спустя), разработал методы передачи, а также устройство динамиков и микрофонов.