Никола Тесла - Лекции
Поначалу Тесла наращивал количество магнитных полюсов в генераторах переменного тока исходя из собственного опыта, а также увеличивал скорость вращения до тех пор, пока это позволяли сделать центробежные силы. При этом частота тока доходила до 10 000, 20 000 и даже 30 000 Гц. Уже при этих частотах удавалось получать, при условии применения соответствующих контуров и дополнительных приборов, электромагнитные волны большой длины (от 10 до 30 км).
Над такими генераторами в дальнейшем работали инженеры Фессен-ден и Александерсон. Они развивали идеи Теслы, не упоминая его имени. Интересно отметить, что первый радиотелеграф близ Белграда (в Раковице) работал именно от такого генератора.
И всё же Тесла быстро осознал тот факт, что подобные аппараты не имеют дальнейшей перспективы по линии увеличения частоты и сконцентрировался на совершенно новом способе получения высокочастотных токов. 15 лет упорного и плодотворного труда привели к совершенно неожиданным и невиданным доселе результатам. В это время Тесла выступил с двумя знаменитыми лекциями на тему высокочастотных токов — «Эксперименты с переменными токами высокого напряжения и высокой частоты» и «О свете и других высокочастотных явлениях».
В сущности, Тесла начал использовать свойства конденсатора, который накапливает и отдает большое количество электроэнергии. Соединив конденсатор с искрящим контактом и быстро гася искры при помощи магнита или воздушной струи, Тесла смог получить в большом количестве очень быстрые колебания тока от самих искр. Так Тесла преобразовал электрическую энергию от простого источника постоянного или переменного тока в колебания высокой частоты. Задействовав свой трансформатор без железного сердечника и применив явление электрического резонанса, Тесла получил, помимо высокой частоты, и огромное напряжение.
Тесла смог получить такие результаты, потому что был хорошо знаком с трудами первопроходцев в этой области — Максвелла, Генри, Гельмголь-ца, Лоджа, Герца и лорда Кельвина, которые выдвинули постулаты теории колебаний электрических цепей, содержащих индуктивность, конденсатор и резистор, и описали процессы возникновения резонантной частоты в таких цепях.
Здесь стоит отметить, что Герц в своих опытах подтвердил теорию света Максвелла как отдельное проявление электромагнитных волн сверхкороткой длины, но не смог при помощи своего биполярного осциллятора получить ни непрерывные и незатухающие колебания, ни такие высокочастотные токи, которые Тесла впоследствии легко получил с помощью своего всемирно известного высокочастотного осциллятора и высоковольтного высокочастотного трансформатора. Эти токи стали называться токами Теслы и в дальнейшем получили применение во многих приспособлениях. Тесла ставил опыты с такими токами, чтобы изучить их свойства и возможности применения, в первую очередь для искусственного освещения, что и было темой трех его лекций в Америке, Англии и Франции в 1891 и 1892 годах. К примеру, содержание его лекции в Нью-Йорке было настолько новым и оригинальным, что в него с трудом верилось, и он получил приглашение выступить с этой лекцией от многих европейских стран. Затем последовали лекции в Лондоне и Париже, сопровождавшиеся многочисленными опытами, столь разносторонними и оригинальными, что становилось ясно, как и на что тратились деньги, заработанные им на патентах. То любопытство, которое Тесла проявлял при изучении свойств вакуума, температуры и разреженного воздуха, различных материалов и их способности к свечению в его сияющих шарах и трубках, было вознаграждено многочисленными достижениями, многие из которых сегодня применяются в электрическом освещении.
Теслу поражали свойства человеческого глаза, его бесконечная чувствительность и способность к декомпозиции и воспринимать малейшие изменения в положении предмета. Как утверждал Тесла, картины, создаваемые глазом, передаются в человеческий мозг и составляют фундамент знания о мире, приводят к осознанию самого человеческого существования, а также служат отправной точкой мышления в целом, как говорил об этом французский философ Декарт: «Я мыслю, следовательно, я существую». Это высказывание Тесла полностью разделял и часто цитировал. Потому Тесла считал изучение и производство света одной из основных задач науки. Вот как он высказывался по этому поводу: «Свет, который мы получаем от окружающей среды, силы, которые мы из нее черпаем, любая форма энергии, которую мы получаем, не прикладывая никаких усилий, из бескрайних кладовых природы, позволят человечеству идти вперед семимильными шагами».
После лекции в Лондоне научный мир был настолько поражен опытами Теслы и пояснениями к ним, что весьма уважаемый научный журнал «Engineering» писал: «Труды г-на Теслы находятся на границе, где свет, теплота, электричество, химические процессы и иные формы энергии встречаются и сливаются воедино». В Париже член Французской академии наук Андре Блондель писал: «Я посетил открытое заседание Электрического общества, на котором Тесла перед завороженной аудиторией и высочайшими научными кругами продемонстрировал свои выдающиеся опыты, в ходе которых он зажигал светящиеся трубки от одного контакта». Более того, Тесла зажигал свои трубки и вовсе не прибегая к помощи контактов, а используя переменные электрические поля.
Великий английский физик Крукс, которого Тесла особенно почитал как ученого и часто цитировал его в своих лекциях, которому он обязан многим в своем инженерном образовании, писал в своем письме Тесле (5 мая 1892 г.):
«Тесла — настоящий пророк, когда он говорит о явлениях, связанных с током высокой частоты». В сущности Крукс привлек внимание Теслы своими опытами 1875 года; в дальнейшем Тесла развил и детально разработал ранние достижения Крукса. Тесла много внимания уделял стримерным разрядам, производимым высокочастотными контурами, а также кистевым разрядам в вакуумных лампах, поскольку они позволяли очень тонко улавливать малейшие электрические и магнитные воздействия и, таким образом, предвосхитил создание современных катод но-лучевых трубок. Получив очень высокие частоты при помощи быстро вращающихся механических ртутных переключателей, Тесла добился значений в несколько сот тысяч герц, хотя и не озвучивал этих цифр во время своих лекций. Как следует из его объяснений, он соединял обычные лампы, обрезанные по концам или даже короче и запитанные от высокочастотного генератора, с двумя параллельными медными стержнями, между которыми подавалось напряжение, при этом одна из ламп ярко светилась, а другая оставалась почти темной, из чего, зная, что лампы находились друг от друга на расстоянии от 1 до 2 метров, можно сделать вывод, что значения частот были гораздо выше. Иными словами это были частоты от 150 до 300 МГц, но если имело место влияние третьей гармоники, то значения частоты находились в границах от 50 до 100 МГц*.
Интересно также отметить, что Тесла, занимаясь проблемой электростатического экранирования, поместил провод в оплетку и таким образом создал нечто вроде коаксиального кабеля, который применяется сегодня во всех высокочастотных устройствах. Один из наиболее оригинальных опытов Теслы заключался в следующем: он получал искусственный свет (не прибегая к помощи горячих материалов), помещая игольчатые электроды, изготовленные из графита, алмаза или карборунда, в центр лампы. Электрод интенсивно светился, бомбардируемый молекулами воздуха под воздействием тока высокой частоты.
В действительности он много размышлял над загадкой природы электричества и его ролью в производстве света, что становится ясным, когда читаешь лекции Теслы о явлениях, порождаемых токами высокой частоты. Ученый ставил опыты, нагревая диэлектрики под воздействием мощных переменных полей, высокого напряжения, помещая их в газы под давлением или в вакуум; нашел объяснение свечению некоторых материалов в результате бомбардировки молекулами электрода или газа, что приводило к быстрым колебаниям частиц этих материалов, причем частота колебаний поражала воображение. Тесла вплотную подошел к открытию фотонов — носителей светового излучения.
* Лекер ранее ставил такой опыт.
Для Теслы все эти исследования означали начало нового этапа в разработке технологий эффективного и экономичного электрического освещения, но они также означали и новый этап в технике беспроводной передачи информации, что и было вкратце описано в его лекции в Институте Франклина в Филадельфии в феврале 1893 года.
Тесла проводил свои эксперименты при помощи трансформатора, во вторичной обмотке которого создавались две высокие частоты — одна со значением выше, а другая — ниже значения резонансной частоты электрической цепи, как первичной, так и вторичной. Чем менее плотно соединялись обмотки, тем ближе были значения обеих частот, так что весь процесс сводился к резонансной частоте, которая непосредственно зависела от физической длины провода обмотки. Очень важную роль играла продолжительность искры и количество искр в секунду, которое Тесла успешно регулировал и контролировал при помощи механического прерывателя, а также приспособлений для быстрого гашения искр. В настоящее время такие прерыватели работают от электронных ламп и транзисторов, но основной принцип Теслы в области создания высокочастотных генераторов остался прежним.
