Никола Тесла - Лекции
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.
Во время лекций, посвященных токам высокого напряжения и частоты, Тесла демонстрировал, как стримерные разряды испускаются не только из вторичной обмотки высокочастотного трансформатора и не только из проводов, соединенных с этой обмоткой, но также и из рук докладчика, а именно из его пальцев, и устремляются к металлической пластине поблизости. Слушатели с тревогой наблюдали за тем, что же случится с рукой Теслы, но по мере продолжения лекции, они привыкли к таким явлениям.
Тесла пояснил, что токи высокой частоты проходят по поверхности руки и даже всего тела, но не сквозь внутренние ткани. Таким образом, распределяясь по максимально большой поверхности, они становятся не опасны. В наши дни это явление известно, как поверхностный эффект, имеющий место в токопроводящих частях, когда используются токи высокого напряжения и частоты.
Однако Тесла заметил, что части тела, помещенные между близко расположенными электродами, всё же нагреваются, но не слишком сильно, и степень нагревания зависит от напряжения и силы тока. Он сделал вывод о том, что данное явление можно применять в медицине, когда тепло и соответствующие электрические колебания оказывают благотворное влияние на пациента. Тесла указывал, что такие токи можно применять в хирургии.
Своими опытами Тесла окончательно опроверг заявление Эдисона о том, что высокочастотные токи опасны для человека. Полагают, что Эдисон так аргументировал свою позицию в «войне токов». Тесла особо подчеркивал, что переменные токи низкой частоты, а именно промышленный ток частотой 60 Гц, и в самом деле могут быть опасны, если их напряжение превышает, к примеру, 100 В. Но всё далеко не так в случае с высокочастотными токами даже напряжением более 100 В. Однако при таком напряжении даже постоянный ток очень опасен, в особенности если дотронуться слегка влажной рукой или другой частью тела до незаземленного контакта динамо-машины или электрической цепи.
С тех пор, как Тесла еще в декабре 1891 года в журнале «Electrical Engineer» написал о физиологическом воздействии токов высокой частоты, он получал много писем от врачей с просьбой подробнее объяснить природу этих явлений.
Именно поэтому Тесла решил выступить с лекцией 13–15 сентября 1898 года в Американской электротерапевтической ассоциации в Буффало. Лекция называлась «Высокочастотные генераторы для электротерапевтических и иных целей». Тесла защитил свои генераторы восемью патентами в 1896 и 1897 годах.
В сущности, Тесла разъяснил врачам, что высокочастотные токи могут применяться в том случае, если они небольшой силы и высокого напряжения и наоборот, в зависимости от того, какого эффекта требуется достичь в определенной части тела — нагревания или вибрации. Что касается последнего, Тесла высказал очень необычную идею быстрого очищения тела от грязи и посторонних частиц при помощи токов высокой частоты, то есть мытья без воды, когда возникнет, к примеру, такая необходимость.
Однако в лекции Теслы есть еще один важный момент. Металлические предметы, помещенные внутрь катушки, через которую пропускался ток высокой частоты, нагревались, раскалялись докрасна и плавились от наведенного тока, такое явление, несомненно, может применяться в металлургии и при горных разработках, даже если частота тока не слишком велика — несколько десятков килогерц.
Диэлектрик и человеческое тело могут нагреваться до нужной температуры в зависимости от силы магнитного поля. В наши дни, например, около 50 % всей получаемой электроэнергии расходуется для обогрева. Этим открытием Теслы вновь воспользовались многие для того, чтобы создать себе имя. Например, сегодня часто упоминается методика лечения токами Теслы, но наряду с ними и такой метод, как дарсонвализация, или коротковолновая терапия. Методика названа в честь французского врача Д'Арсонваля, применявшего свою методику с апреля 1892 года, то есть сразу после того, как Тесла поставил свои знаменитые опыты на собственном теле. Однако вначале Д'Арсонваль работал с токами низкой частоты.
В настоящее время, помимо медицины, токи Теслы применяются в микроволновых печах, где можно варить и запекать продукты, помещенные в стеклянную или фарфоровую тару, то есть в диэлектрики.
В конце 1895 года Конрад Рентген сообщил в печати о своем открытии — неизвестных лучах (теперь они называются рентгеновскими), которые могли проникать сквозь твердые предметы и человеческое тело (кроме костей). Научные круги очень заинтересовались этим открытием и многие ученые начали разработки с целью их получения и применения. В числе них были Никола Тесла и Михаиле Пупин. С марта 1896 года появляются публикации Теслы в журнале «Electrical Review» о рентгеновских лучах, его попытках раскрыть природу этого излучения и усовершенствовать приборы по их производству, тем более что сам Рентген не смог подробно объяснить свое открытие и процесс, в ходе которого оно произошло. В своей статье Тесла опубликовал снимок человеческого плеча, на котором относительно хорошо просматривались кости, который он сделал, облучая тело сравнительно долго (около получаса) с расстояния, равного размерам аппарата (примерно 10 м), т. е. не так, как это делается в наши дни. Он продолжил публикации статей о рентгеновских лучах, приводя всё больше подробностей о них самих и их получении, а также об их возможном вреде для организма, вместе с тем предлагая методы защиты (более толстый свинцовый экран и т. д). 20 июля 1901 года Тесла получил письмо от самого Рентгена, в котором тот писал: «Мой дорогой друг! Ваши фотографии произвели на меня большое впечатление и я Вам за них очень благодарен. Хотел бы я знать, как Вы их получили?».
Уже в апреле 1897 года Тесла высказывался о преимуществах своих рентгеновских аппаратов в лекции под названием «Высокочастотные генераторы и проводники в электрической цепи» в Нью-Йоркской академии наук. На этот раз Тесла запатентовал свои изобретения прежде, чем публично о них рассказал. Отдавая дань Рентгену и его открытию, Тесла высказал сожаление по поводу того, что еще раньше, когда он работал с трубками Крукса и Ленарда, он не смог понять, почему фотографические пластины, упакованные в кассеты и сложенные в дальнем углу лаборатории, оказались испорченными.
Однако большую часть своих усилий Тесла посвятил описанию конструкции и работе высокочастотных генераторов, а также быстровращаю-щихся ртутных механических прерывателей (до 100 000 прерываний в сек), предназначенных для гашения искр. Создавая эти прерыватели, Тесла продемонстрировал незаурядные навыки и изобретательный ум, которые позволили ему сконструировать специальные небольшие механизмы для стабилизации и синхронизации процессов, а также измерения и контроля показаний приборов.
Известно, что на лекции в Академии наук присутствовали профессора Гельмгольц и Пупин. После лекции Пупин, преисполненный энтузиазма, попытался воспроизвести некоторые опыты Теслы в Колумбийском университете.
Заглянув в детство Теслы мы обнаружим, как он сам писал в своих мемуарах, что уже тогда мастерил деревянные колеса, снабженные лопатками и устанавливал их на ручье возле дома в Смилянах. Будучи мальчишкой, он слышал от отца, православного священника, человека образованного и начитанного, имевшего неплохую библиотеку, о Ниагарском водопаде в Америке и, может быть, даже видел фотографию. Он, видимо, сравнивал свое деревянное колесо с неким гигантским колесом, которое вращала большая река (ее мощь оценивали примерно в 8 000 000 лошадиных сил).
Молодой Тесла сходит с корабля на американский берег, публикует свою первую лекцию о многофазном переменном токе, защищает свои достижения патентами. Вестингауз, не только превосходный инженер, но и дальновидный бизнесмен, выкупил большинство патентов Теслы, будучи вполне уверен в будущем переменного тока.
О возможности использования Ниагарского водопада для производства электроэнергии и передачи ее на дальние расстояния говорили давно, начиная с 1886 года. Вскоре был создан Экспертный комитет (1890), задачей которого являлась разработка плана решения этой проблемы. Комитет состоял из очень авторитетных людей, таких, как всемирно известный ученый лорд Кельвин, изобретатель с мировым именем Эдисон, Эдвард Адаме, чья компания инвестировала проект. Вопрос о том, как преобразовать энергию реки, дебатировался очень долго. Некоторые предлагали передавать энергию при помощи длинных труб (!), в которых передающей средой служили бы либо сжатый воздух, либо вода от подстанции, которую надлежало построить у подножия водопада. И всё же возобладала логика, и в качестве передающей среды было решено использовать электрический ток. Но какой? И лорд Кельвин, и Эдисон (последний в силу личной заинтересованности) высказывались в пользу уже известного тогда и наиболее часто использовавшегося постоянного тока. С другой стороны — Вестингауз отдавал предпочтение переменному току. Профессор Форбс, который познакомился с практическими преимуществами этого типа тока еще в 1888 году после знаменитой лекции Теслы, также предлагал применять многофазный переменный ток. Ввиду постоянно растущего спроса на электромоторы со стороны заводов и фабрик, как, например, в городе Буффало (в 40 км от водопада), которые невозможно было экономично питать постоянным током, и огромной потребности в электроэнергии даже при условии последовательного соединения множества динамо-машин, для того чтобы поддерживать должное напряжение на линии передачи, комитет в 1891 году постановил воспользоваться системой Теслы, в особенности после того, как Тесла разъяснил м-ру Адамсу очевидность преимущества переменного тока.
