Marcos Sanchez - Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

Эта идея пришла мне в голову как вспышка молнии, истина раскрылась передо мной в одно мгновение.

Никола Тесла

Парадоксально, но союзником на пути к достижению цели стала его болезнь. Вопреки предупреждениям семьи, Нико вернулся домой в разгар эпидемии холеры, бушевавшей в тех местах, и заразился. Он не вставал с постели в течение долгих девяти месяцев, и все это время врачи боялись за его жизнь. Сломленные горем родители постоянно находились рядом.

Тесла воспользовался этой ситуацией и вырвал у них обещание: если он переживет болезнь, то ему позволят учиться инженерному делу. «Если ты поправишься, обещаю отправить тебя в самую лучшую в мире техническую школу», — ответил отец.

Но все было не так просто. В 1874 году, едва оправившись, Никола был призван в армию, и служить он должен был три года. Если в чем-то и совпадали взгляды отца и сына, так это в неприязни к армии. Милутин отправил его пожить в горы в Томингай, постаравшись предпринять все возможное, чтобы Николу освободили от службы по состоянию здоровья. Следуя наставлениям отца, Тесла посвятил свое изгнание, проходившее на фоне буколических пейзажей, физическим тренировкам. Кроме того, в это время у него родились новые идеи. Они представлялись совершенно невозможными, но в них улавливалась некая интуитивная догадка. Никола придумал туннель под Атлантикой для почтовой связи Америки и Европы, и даже более того — гигантское кольцо по экватору Земли, которое должно было вращаться со скоростью нашей планеты и превратиться в гигантскую цепь коммуникационных станций. В таком виде эта идея напоминает современные геостационарные спутники, однако проект Теслы был еще более масштабным: если бы к кольцу была приложена сила, имеющая противоположный знак по отношению к вращению планеты, кольцо было бы зафиксировано, что позволило бы совершать быстрые перемещения. По расчетам юного изобретателя, с помощью такой системы возможно осуществить кругосветное путешествие всего за один день. Кипучее воображение Теслы нельзя было назвать его хорошим союзником.

Спустя несколько месяцев, уже в 1875 году, благодаря стипендии пограничной военной службы Никола Тесла поступил в Технический университет Граца. Ему исполнилось 19 лет, и он оказался за 360 километров от родительского дома: Тесла уезжал все дальше, это было предвосхищением его будущих путешествий. Наконец-то он начал заниматься инженерным делом, получил возможность понять все секреты электричества, прочесть книги великих ученых и исследователей — от Гальвани до Максвелла, не забывая, конечно, о Фарадее. Никола жаждал глубоко изучить не только теорию, но и практическое применение электричества, разобрав собственными руками устройства, занимавшие его деятельный ум: электромагниты, динамо-машины, двигатели...

Батарейка Вольты (Вольтов столб).

Соединение двух разных металлов вызывает поток электронов, перемещающихся между блоками через картон или сукно, смоченные в электролите.

Пионеры, посвятившие себя мистическому явлению под названием «электричество», начали его изу-чение со статических проявлений. Однако история электричества была «запущена» еще в 1791 году, когда анатом Луиджи Гальвани (1737-1798) занимался вскрытием лягушки. Итальянец заметил, что мышцы лапок лягушки сокращаются, если к ним одновременно подносить два разных металла, будто их приводит в движение лейденская банка. Гальвани решил, что в мускулах должно содержаться в каком-то виде «электричество», проявляющее свои свойства при контакте с металлом.

Соотечественник Гальвани, физик Алессандро Вольта (1745-1827), не был согласен с такой трактовкой, пребывая в уверенности, что заряд возникает не в мышцах животного, а при соединении двух металлов, и попытался доказать это в 1800 году. Вольта экспериментировал с разными металлами, которые контактировали у него без мышечных волокон, посредством растворов. Он помещал металлы в сосуды с водой, где была высокая концентрация соли, и складывал их один на другой.

Чтобы жидкость не проливалась, он заполнял сосуды чередующимися дисками из меди и цинка, между которыми помещал прокладки из картона или сукна, пропитанные электролитом. Вольта обнаружил, что эти сосуды дают постоянный ток, в отличие от лейденской банки, где заряд накапливается и происходит мгновенная разрядка. Батареи Вольты, как их назвали в честь изобретателя, стали первым устройством в истории для получения электрической энергии. Напряжение батареи измеряется в вольтах (тоже в честь изобретателя).

Понятие магнитного поля — одно из основных в физике. Оно возникло в силу необходимости объяснить взаимодействие на расстоянии между телами. Вначале его определяли как пространство, в котором распространяются потенциальные силы, проявляющие себя при особых обстоятельствах. Фарадей предложил эту идею для объяснения действия магнита. Наблюдая за мгновенным распределением железных опилок, рассыпанных вокруг магнита, он подумал, что в пространстве должны существовать невидимые силы, готовые проявиться. После этого данная идея стала применяться ко всем дистанционно действующим силам: Земля образует вокруг себя гравитационное и магнитное поля, электрический заряд образует электрическое поле и так далее.

В середине XIX века английский изобретатель-самоучка Майкл Фарадей (1791-1867) сделал решительный шаг к пониманию электрических явлений. На основе экспериментальных данных, без опоры на математику, он связал электричество с магнетизмом — прежде данные явления изучались отдельно. Фарадей открыл электромагнитную индукцию, позволившую создать генераторы и электрические двигатели, а также законы электролиза. В результате его считают отцом электромагнетизма и электрохимии.

РИС. 3

Эффект Эрстеда, согласно которому при прохождении тока по проводнику рядом с компасом стрелка компаса отклоняется в направлении проводника. Фарадей и Ампер частично основывали свои работы на открытии датского ученого, установившего связь электричества и магнетизма.

Фарадей изучил старый опыт, который до сих пор показывают на уроках физики: если рассыпать железные опилки на бумаге, расположенной над магнитом, то они образуют кривые линии, соединяющие полюсы магнита. Фарадей заявил, что эти силовые магнетические линии — визуальный образ магнитного поля. С другой стороны, Фарадей знал об открытом датским ученым свойстве, которое устанавливало несомненную связь электричества и магнетизма. В 1811 году Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) увидел, что при расположении компаса возле провода, по которому пропускается электрический ток, стрелка отклоняется, занимая перпендикулярное положение к проводу (см. рисунок 3). Фарадей догадался, что электрический ток тоже может образовывать магнитные силовые линии вокруг провода.