Борис Ржонсницкий - Никола Тесла. Первая отечественная биография

Останавливаясь на различных конструктивных деталях некоторых своих аппаратов, Тесла особенно подробно изложил предложенную им теорию изоляции при использовании токов высокой частоты и высокого напряжения.

Тесла демонстрирует беспроводные флуоресцентные лампы перед Королевским обществом в Англии, 1892 г.

Чтобы избежать пробоя витков высоковольтных катушек, Тесла вновь предложил применять во всей высоковольтной аппаратуре масляную изоляцию, тщательно освобожденную от пузырьков газа. Это предложение вскоре нашло самое широкое распространение, и до настоящего времени высоковольтные трансформаторы и масляные выключатели заполняются минеральным (трансформаторным) маслом. Здесь нельзя не вспомнить слов Теслы о значении изоляции для создания современных электроэнергетических систем, связанных линиями высоковольтных передач.

— Только при использовании масляной изоляции и многофазных переменных токов, — говорил он, — передача мощности может быть осуществлена в индустриальных масштабах, на расстояния, превышающие тысячи миль.

Далее Тесла показал, как газовая среда (например, воздух) по мере разрежения превращается из изолятора в проводник, причем чем ниже давление газа, тем легче он пропускает электричество. Парадоксально звучало в то время утверждение, что при определенных условиях газопроводы могли бы служить прекрасными магистралями для передачи электроэнергии, причем проводником служил бы разреженный газ.

Можно было бы использовать и сильно разреженные верхние слои атмосферы для передачи электроэнергии на весьма далекие расстояния без существенных потерь. Позднее Тесла разработал конструкцию такого передающего устройства и получил на него патент не только в США, но и в России, где получение патентов было особенно затруднено и стоило очень дорого[16].

То, что в верхних слоях атмосферы разреженный воздух обладает проводящими свойствами, прекрасно подтверждается современной практикой полетов самолетов на больших высотах. Различные неполадки с электрическим зажиганием, вызванные проводимостью воздуха, удалось устранить только тогда, когда это почти забытое предположение Теслы было принято во внимание.

Из гипотезы Теслы об изменении изоляционных свойств газов по мере их разрежения следует, что земной шар представляет собой гигантский конденсатор: верхние слои разреженного воздуха служат одной заряженной обкладкой его, нижние слои при нормальном давлении представляют изолятор, а сама Земля — вторую заряженную обкладку. Эта мысль, как мы увидим, вызвала разработку грандиозного проекта использования электрического заряда Земли.

Тесла провел множество опытов по применению различных тугоплавких материалов в качестве электродов для своих ламп. Одним из таких тугоплавких материалов был незадолго до этого искусственно созданный карборунд (карбид кремния]. Экспериментируя с ним, Тесла пришел к заключению, что небольшой карборундовый электрод, способный выдержать очень высокие температуры, даст возможность, применяя токи высокой частоты, получить «по крайней мере в 20 раз большее количество света, чем дает современная лампа накаливания».

Опыты с карборундовыми электродами привели Теслу и к другим замечательным выводам. Прежде всего он убедился в том, что для интенсивности света имеет значение не накал электрода (нити) лампы, а накал газовой среды, в которой находится электрод. Но как получить сильно накаленный газ, оставляя слабо нагретыми электрод и стеклянную колбу, в которую они помещены? Прежде всего надо ясно представить себе, что стеклянная колба необходима лишь потому, что иначе нет возможности отделить вакуум внутри ее от окружающего воздуха нормального давления. Применение стеклянной колбы, следовательно, «…делается исключительно для того, чтобы этот прибор мог работать, так как при обычном атмосферном давлении он не способен действовать. В колбе мы имеем возможность усиливать интенсивность процесса в любой степени».

Яркость света, излучаемого лампой, рассуждал Тесла, зависит главным образом от частоты и напряжения, а также и от плотности электрического тока на поверхности электрода. Чтобы увеличить эту плотность, необходимо уменьшить размеры самого электрода. Пропуская через него ток высокой частоты, мы создаем отталкивание молекул газа от электрода[17]. Эти молекулы с большой скоростью ударяются о стеклянную колбу и, потеряв заряд, с еще большей скоростью снова летят к электроду, а оттолкнувшись от него, повторяют этот процесс полета от электрода к стеклу и обратно.

От ударов молекул электрод накаляется все сильнее и сильнее и вскоре начинает отдавать тепло окружающему его газу. Этот раскаленный газ создает вокруг электрода как бы огненную фотосферу, аналогичную фотосфере Солнца. Применяя тугоплавкие электроды из алмаза, карборунда или окиси циркония, можно получить фотосферу, объемом в тысячу раз большую, чем объем электрода. При этом электрические свойства газового окружения очень быстро приближаются к свойствам самого электрода, и фотосфера как бы сливается с самим электродом. В дальнейшем удары молекул, отскочивших от стеклянной колбы, сыплются не на сам электрод, а на ту фотосферу, которой он окружен. Этот процесс нарастает с большей скоростью и позволяет получать интенсивное излучение света за счет нагрева фотосферы.

За этим наблюдением таятся замечательные явления, на которые обратил внимание Тесла. Во-первых, в нем заложен принцип разгона мельчайших частиц вещества, циркулирующих между электродом и стеклянной колбой и накапливающих энергию. Известно, что принцип разгона частиц применен в современных установках — циклотронах, бетатронах и других, предназначенных для получения так называемых элементарных частиц с большими энергиями, с помощью которых производятся исследования внутреннего строения атомных ядер. Хотя эти установки и основаны на иных способах разгона, сама идея разгона частиц для придания им больших энергий в зародыше содержится уже в лекциях Николы Теслы[18].

Во-вторых, его наблюдение за процессом движения частиц (корпускул) в колбе осветительной лампы позволяет представить себе картину явлений, происходящих на Солнце. Тесла полагал, что центральная часть Солнца подобна раскаленному электроду, окруженному фотосферой, принимающей удары частиц, возвращающихся из окружающего пространства. Другой поток частиц с огромными электрическими зарядами выбрасывается этой фотосферой Солнца и направляется в межпланетное пространство в виде космического излучения.