Текст книги "Никола Тесла: кто он?"

Глава 8
Тесла – гениальный изобретатель

Терминологические споры и противоречивые толкования остались позади. В этой главе мы поговорим о том, за что мы должны быть благодарны великому изобретателю, инженеру и ученому Николе Тесле. Представляется, его популярность и возрождающийся интерес к его личности объясняются именно тем, что, пожалуй, больше никому в истории науки не удалось сделать такое количество изобретений, которые облегчают жизнь человеку до сих пор в самых разных областях техники – и не только. Плодами его трудов мы пользуемся ежедневно и ежечасно – не стоит об этом забывать.

Электричество

Пожалуй, то, что Никола Тесла изобрел практически все двигатели переменного тока, а также многофазную систему генерирования, передачи и распределения электрического тока, известно всем – не только школьникам. Однако не все, особенно люди, далекие от техники, представляют себе, в чем, собственно, разница между переменным и постоянным токами и что такого революционного предложил Тесла.

Дело в том, что к концу XIX века вообще умели пользоваться в промышленных масштабах только постоянным током. Он очень удобен для создания систем аварийного электропитания и для освещения. Эдисон, адепт постоянного тока, в числе прочего изобрел и электросчетчик для систем постоянного тока. Его легко передавать на короткие расстояния, до полутора-двух километров; но у него есть колоссальный недостаток – при передаче на более далекие расстояния свыше 95 % электричества расходуется впустую, например, на бесполезное нагревание проводов. Такие потери делали возможным использование постоянного тока только в непосредственной близости от электростанции. Поэтому небольшие электростанции приходилось устраивать очень близко друг от друга и от потребителей тока, иногда даже в подвалах богатых особняков.

У переменного тока нет этого недостатка. Более того, в переменный ток можно с легкостью трансформировать энергию природных источников – солнца и ветра, водопадов, рек, приливов, гейзеров. Электродвигатель Теслы, его системы переменного тока сделали возможным промышленное использование переменного тока. Поскольку пользоваться постоянным током к тому времени уже научились, а переменный был в новинку, внедрение изобретения проходило, как мы знаем, не слишком гладко.

Что это означает? Встав утром, мы машинально нажимаем кнопку выключателя – и пускаем по проводам переменный ток от далекой электростанции. Под потолком при этом загорается лампочка Эдисона; однако если мы заботимся об окружающей среде и уже купили энергосберегающие электролампочки, стоит вспомнить, что изобрел их Тесла. Вся бытовая техника, от холодильника до компьютера, работает так, как работает, благодаря Тесле. Троллейбус и метро тоже ездят благодаря Тесле. Собственно, вся современная электротехника основана на его изобретениях, а электричество – основа нашей цивилизации.

Благодаря Тесле в промышленную электротехнику были внедрены двигатели переменных многофазных токов. Собственно, Тесла изобрел двухфазный двигатель и генератор, разработал всевозможные его модификации и считал, что двухфазный ток наиболее экономичен; в частности, все оборудование на Ниагарской гидроэлектростанции основано на двухфазном токе. Он доказал, что КПД у электродвигателей двухфазного тока не ниже, чем у машин постоянного тока, а устроен его двигатель был значительно проще.

Суть его изобретения состояла в том, что если каким-либо образом подать на обмотки магнитных полюсов электродвигателя два различных переменных тока, не совпадающие по фазе, то чередование токов вызовет вращение магнитного поля: северный и южный полюса будут постоянно меняться местами. А это вращающееся поле увлечет и обмотку ротора двигателя. Этот принцип оправдал себя в полной мере.

Тесла рассмотрел все варианты сдвига фаз и выбрал сдвиг в 90 градусов – это и есть двухфазный ток. В первоначальном патенте он сосредоточился именно на двухфазных системах и лишь упомянул о многофазных токах, но впоследствии обратился к токам с большим числом фаз, в особенности к трехфазному, за которым и было будущее электротехники.

Заслуга Теслы во многом заключается в том, что он преодолел колоссальные препятствия, переломил общественное мнение в пользу переменного многофазного тока. Б.А.Беренд писал: «Со времени появления экспериментальных исследований Фарадея в области электротехники никогда ни одна экспериментальная истина не была представлена так просто и понятно, как описание Теслой его способа получения и использования многофазных переменных токов. Его имя делает эпоху в развитии науки об электричестве. В результате его исследований произошла революция в электротехнике».

Радиовещание

Теперь мы знаем, что Тесла изобрел радио, – и поэтому говорим ему спасибо, когда слушаем последние новости. Кеннет Суизи, друг и доверенное лицо Теслы, перечисляет изобретения и открытия, сделанные по меньшей мере за несколько лет до экспериментов Маркони и других исследователей: высокочастотные генераторы для выработки непрерывных волн; резонансные и связанные контуры (Тесла создал множество разновидностей «катушки Теслы», которая в тех или иных вариантах используется во всех современных радиоприемниках и телевизорах); поворотные и последовательные искровые разрядники; трансформаторы и конденсаторы с масляной изоляцией; слюдяные конденсаторы, пропитанные воском в вакууме; гибкий многожильный провод («Litzendraht»); воздушная и подземная проводка; явление избирательного резонанса, достигаемого при помощи ударных волн или гетеродинирования; дуги для распространения непрерывных волн; «маятник» для приема непрерывных волн; дроссельные катушки.

На рубеже веков Тесла, рассказывая о своей Всемирной Системе – системе радиовещания, которую ему так и не удалось воплотить, – писал: «Не сомневаюсь, что моя система окажется крайне полезной для массового просвещения, особенно в странах, еще не затронутых цивилизацией, и в труднодоступных регионах, и что она предоставит материальные средства для обеспечения общественной безопасности, удобства и спокойствия и для поддержания мирных отношений. Для ее воплощения понадобится много станций, посредством сети которых можно будет передавать индивидуализированные сигналы в самые отдаленные уголки Земли. Лучше всего располагать эти станции поблизости от важных центров цивилизации, и тогда новости, которые будут получать эти станции по любым каналам, будут передаваться в любую точку земного шара. Простое и дешевое устройство, умещающееся в кармане, можно установить где угодно, и на суше, и на море, и оно будет передавать мировые новости или специальные сообщения, которые будут направляться именно на него».

Сразу после смерти Теслы в 1943 году майор Э.Г.Армстронг опубликовал в «Сайентифик Мансли» статью, где рассматривал итоги деятельности Теслы; в этой статье он процитировал вышеприведенное утверждение и отметил: «Разумеется, в те времена не существовало никакого инструментария для радиовещания. Теслу сочли мечтателем и о его пророчествах вскоре забыли. Многим из нас, принимавшим участие в создании инструментария, при помощи которого впоследствии было налажено радиовещание, можно по справедливости адресовать упрек в том, что мы не сумели разглядеть подлинное значение этих слов Теслы – а между тем буквально последовали им, когда организовывали прямую радиосвязь».

Исследования высоких частот

Исследования высокочастотных колебаний позволили Тесле изобрести первые образцы электромеханических генераторов высоких частот, в том числе индукторного типа, и высокочастотный трансформатор – резонанс-трансформатор Теслы, – открыв тем самым новую отрасль электротехники – технику высоких частот.

Кроме того, ему принадлежат выдающиеся заслуги в сфере электротерапии.

Рассуждал он примерно так: давно уже известно, что постоянный ток при низком напряжении для человека не опасен. Но чем выше напряжение, тем больше риск поражения. Сопротивление тела человека – величина постоянная, поэтому с увеличением напряжения увеличивается и сила тока. Доказано, что напряжение выше 120 В опасно для жизни и здоровья человека. А с переменным током все иначе – для него предел напряжения не просто значительно выше, но и прямо зависит от частоты. Электромагнитные волны очень высоких частот для человека совершенно безопасны и безболезненны. Тесла решил выяснить, каковы пределы частот и напряжений, при которых переменный ток опасен и безопасен – об этом мы говорили еще в первой главе.

В восьмидесятые-девяностые годы XIX века электротерапия была в необычайном фаворе, и весь западный мир говорил о целебном воздействии высокочастотного электрического тока – который и без того уже облегчал человеческую жизнь во всех областях, даже помогал бороться с сорняками. Ток согревал и укреплял ткани, улучшал сон и аппетит, боролся с морщинами, убивал бактерий, способствовал выводу шлаков, помогал набрать вес (тогдашние идеалы красоты не приветствовали худосочность, так что в дамских журналах то и дело публиковали статьи под названиями вроде «Как стать пухленькой»), – некоторые доктора полагали, что он даже лечит чахотку. Многие из этих лечебных свойств впоследствии подтвердились, и медики используют их до сих пор. Тесла был рьяным сторонником лечения током. Когда после пожара в лаборатории он находился в подавленном состоянии и опасался нового нервного срыва, то утверждал, что спасает его только «ежедневная доза электричества»; в старости он также постоянно подкреплял свои силы электрическими разрядами и утверждал, что именно им обязан отменным здоровьем и долголетием. Он постоянно конструировал всевозможные приборы для электротерапии, а его влиятельные друзья, в том числе Марк Твен, их пропагандировали. Изобретения Теслы брали на вооружение многие пионеры электротерапии, в том числе доктор Д’Арсонваль. Именно на трудах Теслы основана современная физиотерапия, именно они легли в основу целого ряда приборов для диагностики.

К сожалению, пагубные последствия самолечения несколько дискредитировали электротерапию, и лишь в середине ХХ века она снова завоевала достойные позиции в медицине.

Кроме того, Тесла первым добился так называемого «эффекта Кирлиана» – особого эффекта при газоразрядной визуализации живых организмов. «Эффект Кирлиана» используется для ранней диагностики заболеваний.

Рентгеновское излучение

Параллельно Тесла занимался и опытами с тем «весьма особым» излучением, о котором он упомянул в своей филадельфийской лекции 1893 года. Когда в декабре 1895 года Вильгельм Конрад Рентген объявил о своем открытии, Тесла тут же воспроизвел его результаты при помощи своих «весьма особых» лучей и послал Рентгену снимки. Ученые переписывались еще несколько лет. Интересно, что Тесла – в который уже раз – даже и не подумал заявить о своем приоритете, в отличие от некоторых других ученых, наперебой принявшихся похваляться своим первенством. Весной 1896 года Тесла опубликовал первую из десятка статей о рентгеновских лучах (естественно, тогда они еще не носили этого имени), где предложил использовать их для обнаружения опухолей и воспалений в организме человека. А Рентген проводил свои опыты при помощи резонанс-трансформатора Теслы.

Эксперименты Теслы с рентгеновскими лучами сразу же привели к эффектным результатам. Ему первому удалось получить снимки черепа с расстояния в 12 метров. Тесла придумал и особую установку для получения рентгеновского излучения – впоследствии именно она легла в основу проектов скандально известного лучевого оружия – «лучей смерти», – о котором мы говорили в шестой главе.

Рассуждая о природе рентгеновских лучей, Тесла предвосхитил открытия квантовой физики. В своей статье «Рентгеновские лучи или потоки» (август 1896 года) он писал о том, что излучение – это одновременно и волны, и поток частиц. Кроме того, он практически додумался до идеи субатомных частиц: «Есть важное экспериментальное доказательство того, что из ламп с огромной скоростью выбрасывается материя, причем она, по всей вероятности, – единственная причина открытых Рентгеном явлений. В настоящее время почти несомненно, что катодный поток в лампе состоит из малых частиц материи, выбрасываемых с огромной скоростью из электрода. …Выбрасываемые сгустки материи действуют как неупругие тела, во многом подобно небольшим свинцовым пулям. …Выброс из трубки еще тем более вероятен, что под действием удара сгустки материи должны разбиваться на гораздо более мелкие частицы. Из опубликованных ранее результатов моих экспериментов по отражению рентгеновских лучей, которое, как можно показать с помощью мощного излучения, происходит при любых углах падения, видно, что сгустки или молекулы действительно разбиваются на столь малые фрагменты или составляющие, что это заставляет их полностью терять некоторые физические свойства, которыми они обладали до удара»

В статье «К вопросу о рентгеновских потоках» (декабрь 1896 года) Тесла вернулся к этой теме: «Возможно, нам придется иметь дело – как я уже предполагал – с разрушением на мелкие части вихрей эфира, из которых согласно теории Лорда Кельвина состоят материальные частицы, либо мы можем оказаться перед лицом распада материи в некую неизвестную первичную форму, Акаши старых Вед».

Тесла проводил сотни, тысячи экспериментов – изучал, на каких материалах лучше всего делать рентгеновские снимки, бесконечно снимал собственные конечности и череп, своих сотрудников, мелких животных и птиц. Экспозиция была очень длительной – до часа и более. При этом, как уже говорилось, Тесла был уверен, что рентгеновские лучи совершенно безвредны. И когда в том же году он подхватил грипп – крайне опасное в то время заболевание, – то никак не связал его со своей научной деятельностью. Однако вскоре один из его сотрудников, симпатичный молодой человек, получил сильные радиационные ожоги, так как работал без защитного экрана, и Тесла немедленно описал этот случай в статье «О вредоносном воздействии трубок Ленарда и Рентгена» (май 1897 года), завершив отчет следующими словами: «Знай я больше об этих вредных воздействиях, этой несчастной экспозиции бы не делалось; знай я меньше, она могла бы быть сделана на меньшем расстоянии, и могла последовать еще более серьезная травма, возможно неизлечимая. Я впервые пользуюсь случаем с горечью выполнить долг и описать происшествие. Я надеюсь, что другие будут делать так же, чтобы мы могли быстрее приобрести полные знания об этих опасных воздействиях».

Неоновые лампы и лампы дневного света

Тесла изобрел все разновидности беспроводных вакуумных и газовых трубок. Яркость этих ламп он усиливал, применяя урановое стекло или покрывая их фосфором – так были созданы первые флуоресцентные лампы; Тесла придумал, что можно делать их произвольной формы – и изгибал их в буквы и слова, как на современных вывесках. Некоторые неоновые лампы Тесла продемонстрировал на своей личной экспозиции на Всемирной выставке в 1893 году.

Кроме того, Тесла изобрел карборундовую лампу, которая потребляет то же количество электроэнергии, что и лампа Эдисона, а светит при этом в двадцать раз ярче. Тесла рассказал о ней в лекциях в Американском институте электроинженеров в 1891 году, а также в Лондоне и в Париже в 1892 году. Карборундовые лампы состояли из стеклянной колбы, наполненной разреженным воздухом, сквозь которую проходил провод, а в центре колбы к нему крепился электрод из твердого тугоплавкого материала – карбида кремния, или карборунда. Источником питания служил высокочастотный генератор, ток подавался по одному проводу. Под воздействием тока молекулы воздуха заряжались от электрода, отталкивались от него, ударялись о стенки колбы и полностью разряжались, после чего снова ударялись об электрод. От постоянных соударений электрод нагревался и светился. В результате Тесле удавалось добиться очень высоких температур – он мог сделать так, чтобы карборундовый электрод испарился! Тесла экспериментировал с алмазными и рубиновыми электродами – и они тоже испарялись. Кроме того, он заметил, что при малейшем изъяне стеклянной колбы свет концентрируется в необычайно яркий луч – и едва не изобрел рубиновый лазер.

Тесла сделал сотни изобретений, крупных и мелких. Он изобрел радиоуправляемые автоматы – и положил тем самым начало робототехнике и кибернетике, о чем мы также уже упоминали. Он придумал прообраз телефонного динамика, конструкцию автомобильного спидометра, которую используют до сих пор, несколько моделей турбин с необычайно высоким КПД и рекордно высокой мощности при рекордно низком весе. В 1899–1900 годах в лаборатории в Колорадо-Спрингз Тесла вызывал искусственные молнии напряжением в миллионы вольт и длиной до 40 с лишним метров. Катушки Тесла до сих пор иногда используются именно для получения длинных искровых разрядов, напоминающих молнию. В 1998 году инженер из Стенфорда Грег Лей продемонстрировал публике эффект «молнии по заказу», стоя в металлической клетке под гигантским контуром Тесла и управляя молниями с помощью металлической «волшебной палочки». На Чикагской выставке 1893 года Тесла продемонстрировал синхронные электрические часы, коммерческое использование которых началось лишь двадцать лет спустя. В 1917 году он предложил идею радара – официально это изобретение принадлежит Маркони, однако он заявил о нем лишь в 1922 году.

Все это – факты. И все это – дело рук одного человека. Пожалуй, всякий, кто попытается окинуть взглядом все разнообразие достижений Николы Теслы, прежде всего проникнется изумлением и восхищением – и лишь затем примется за трактовки, домыслы и фантазии.

Восхитимся и мы.

Спасибо вам, мистер Тесла!

Библиография

Anderson, Leland I. Nikola Tesla's Residences, Laboratories, and Offices. – Boyle-Anderson Publishers, 1990.

Beckhard, Arthur J.. Nikola Tesla: Electrical Genius. – Messner. 1959.

Belanger, Michelle. Vampires in Their Own Words. – Llewellyn Publications. 2007.

Guiley, Bell, Brody, Norma. Legacy: The Life of Nikola Tesla. – BookSurge Publishing, 2008.

Bunson, Cheney, Margaret. Tesla: Man Out of Time. – Touchstone, 2001.

Cheney, Margaret; Uth, Robert, and Glenn, Jim. Tesla, Master of Lightning. – Barnes & Noble, 1999.

Childress, David H. The Fantastic Inventions of Nikola Tesla. – Adventures Unlimited Press, 1993.

Dommermuth-Costa, Carol. Nikola Tesla – A Spark of Genius. – Lerner Publications Company, 1994.

Dugan, William James. Hand-book of electro-therapeutics. – F.A.Davis Company, 1910.

Guiley, Rosemary Ellen. Vampires Among Us. – Pocket Books, 1991.

Hunt, I. Draper, W. Lightning In His Hands: The Life Story of Nikola Tesla, 1964.

Jonnes, Jill. Empires of Light: Edison, Tesla, Westinghouse, and the Race to Electrify the World. – Random House, 2003.

Lomas, Robert. The Man Who Invented the Twentieth Century: Nikola Tesla, forgotten genius of electricity. – Headline Book Publishing, 1999.

Mrkich, Dan. Nikola Tesla: the European Years. – Commoners’ Publishing, 2003.

Nikola Tesla: Life and Work of a Genius. – Yugoslav Society for the Promotion of Scientific Knowledge, 1976.

O’Neil, John, J. Prodigal Genius: The Life of Nikola Tesla. – Cosimo Classics, 2006.

Peat, F. David. In Search of Nikola Tesla. – Ashgrove Publishing, 2002.

Pickover, Clifford A. Strange Brains and Genius: The Secret Lives of Eccentric Scientists and Madmen. – HarperCollins, 1999.

Seifer, Marc J. Wizard: The Life and Times of Nikola Tesla; Biography of a Genius. NY, 1996.

Sherman, Sidney L. Awesome Power: The Story of Nikola Tesla and the Ruling Elite. – Consulting Resources, 1996.

Stewart, Daniel Blair. Tesla – The Modern Sorcerer. – Frog Books, 1999.

Tesla, N. My inventions. Austin, 1982.

Tesla, N. Colorado Springs Notes, 1899–1900. 1999.

Tesla, N. The problem of increasing human energy. 2007.

Tesla, Nikola. My Inventions. (ed. Ben Johnson). – Barnes & Noble, 1982.

Tesla, Nikola. Lectures, Patents, Articles. – Tesla Books Co, 1992.

Valentinuzzi, M.E.. Nikola Tesla: why was he so much resisted and forgotten? Inst. de Bioingenieria, Univ. Nacional de Tucuman; Engineering in Medicine and Biology Magazine, IEEE. July/August 1998, 17:4.

Valone, Thomas. Harnessing the Wheelwork of Nature: Tesla’s Science of Energy. – Adventures Unlimited Press, 2002.

Walker, E. H. Leaders of the 19th century with some noted characters of earlier times, their efforts and achievements in advancing human progress vividly portrayed for the guidance of present and future generations. – A.B. Kuhlman Co., 1900.