Текст книги "Как я изобрел электричество"

Глава 4
Открытие катушки и трансформатора Теслы

На какое-то время я полностью посвятил себя изобретению машин и их новых форм. Это было состояние интеллектуального восторга – ничего подобного я в своей жизни еще не переживал. Ко мне устремился непрерывный поток идей, и единственной трудностью было удержать их. Придуманные мной аппараты были для меня абсолютно реальны: каждая деталь была осязаема, включая мельчайшие следы и признаки износа. Мне нравилось представлять себе, как моторы постоянно работают, потому что это делало фантазию о них еще более завораживающей. Когда естественная наклонность преобразуется в страстное желание, человек движется по направлению к своей цели семимильными шагами. Меньше чем за два месяца я придумал практически все типы двигателей и их модификации, которые сегодня ассоциируются с моим именем.

Было что-то судьбоносное в том, что потребности существования приказали временно остановить эту пожирающую ум деятельность. Я приехал в Будапешт под влиянием преждевременного отчета о телефонии, и, по иронии судьбы, мне пришлось принять должность чертежника в Центральной телеграфной службе венгерского правительства. Зарплату я считаю своей привилегией не раскрывать! К счастью, я вскоре привлек внимание главного инспектора. Меня начали привлекать к расчетам, проектированию и оценкам новых установок, пока не была запущена телефонная станция, которую я взял под свой контроль. Знания и практический опыт, полученные мной в ходе этой работы, были очень ценными. Она дала мне обширные возможности для проявления изобретательских способностей. Я внес несколько улучшений в аппаратуру Центральной станции. В частности усовершенствовал телефонный ретранслятор или усилитель, который никогда не был запатентован или публично описан, но даже сегодня сделал бы мне имя. В знак признательности за мою эффективную помощь организатор предприятия, господин Пушкаш, после того как продал свой бизнес в Будапеште, предложил мне позицию в Париже. Я с радостью ее принял.

В 1882 году Никола Тесла переехал во Францию. В Париже он начал работать в «Континентал Эдисон компани» (англ. Continental Edison Company), подразделении «Эдисон машин воркс» (англ. Edison Machine Works) компании Томаса Эдисона. Там он получил позицию инженера и проработал несколько лет, занимаясь улучшением и разработкой электротехнических устройств, включая динамо-машину и систему электроосвещения.

Трудно забыть сильное впечатление, которое произвело на меня это волшебное место. Несколько дней после приезда я бродил по улицам, полностью ошеломленный открывающимся зрелищем. Меня неумолимо манили развлечения, которые может предложить большой город, но, увы, доходы тратились так же быстро, как поступали. Когда господин Пушкаш спросил меня, как идут мои дела в новой сфере деятельности, я очень точно описал ситуацию словами: «Последние двадцать девять дней месяца – самые тяжелые!» Я вел довольно напряженную жизнь, ведя себя, как теперь назвали бы, «по-рузвельтски». Каждое утро, независимо от погоды, я отправлялся из своего места жительства на бульваре Сен-Марсель в банный комплекс на Сене. Там погружался в воду, делал 27 кругов и затем час шел пешком до Иври[3]3
  Иври-сюр-Сен – южный пригород Парижа на реке Сена. – Прим. ред.


[Закрыть], где находился завод компании. Там в половине восьмого у меня был «завтрак лесоруба»[4]4
  Очень плотный и насыщенный завтрак. – Прим. ред.


[Закрыть]. Затем я с охотой ожидал обеда, решая трудные задачи для управляющего фабрики, господина Чарльза Бэтчелора, который был моим близким другом и работал ассистентом Эдисона.

Чарльз У. Бэтчелор (1845–1910) был изобретателем и близким соратником американского изобретателя Томаса Альва Эдисона на протяжении большей части его карьеры. Бэтчелор приложил руку к некоторым из величайших изобретений и технологических достижений в истории.

Здесь я познакомился с несколькими американцами, которые бесконечно обожали меня из-за моего умения играть в бильярд. Этим людям я объяснил свое изобретение, и один из них, мистер Д. Каннингем, начальник механического отдела, предложил создать акционерное общество. Предложение показалось мне крайне комическим. Это был американский способ вести дела, и я понятия не имел, что нужно делать. Однако из этого ничего не вышло, и в следующие несколько месяцев мне приходилось путешествовать по Франции и Германии для устранения неполадок на электростанциях. Вернувшись в Париж, я представил одному из администраторов компании, мистеру Рау, план по улучшению их динамо-машины и получил от него добро. Это был полный успех, и восторженные директоры предоставили мне привилегию разработки автоматических регуляторов, которые были им необходимы. Вскоре после этого возникли проблемы с системой освещения, которая была установлена на новой железнодорожной станции в Страсбурге, Эльзас. Проводка была дефектной, и в день открытия часть стены разрушил взрыв при коротком замыкании прямо в присутствии старого императора Вильгельма I. Немецкое правительство отказалось принимать систему, и французская компания столкнулась с серьезными убытками. Я знал немецкий и обладал необходимым опытом, а потому мне поручили трудное задание выправить ситуацию. В начале 1883 года я отправился в Страсбург.

Автоматические регуляторы представляют собой устройства, предназначенные для автоматического контроля и регулирования работы электрических систем, таких как динамо-машины и электростанции. Эти устройства используются для поддержания стабильности напряжения, частоты и других параметров электрической сети.

Некоторые события, произошедшие в том городе, оставили неизгладимый след в моей памяти. По странному совпадению, несколько мужчин, которые жили там в одно время со мной, впоследствии обрели известность. В последние годы я говорил: «В этом старом городе был вирус величия. Другие подхватили болезнь, но я ушел от нее!» Практическая работа, переписка и встречи с чиновниками занимали меня весь день и всю ночь. Как только у меня появилось время, я занялся созданием простого двигателя в механической мастерской напротив железнодорожного вокзала. Для этого я привез с собой в Париж некоторые материалы. Однако осуществление эксперимента пришлось отложить до лета этого года. Именно тогда мне в конце концов удалось с удовольствием понаблюдать за вращением, осуществляемым переменными токами разной фазы. Происходило это без участия скользящих контактов или коммутатора, как я и представлял год назад. Это было исключительно приятно, но не шло ни в какое сравнение с той исступленной радостью, которая последовала за первым открытием.

Никола Тесла описывает процесс создания простого двигателя, который работает на переменных токах разной фазы и не требует использования скользящих контактов или коммутатора. Это был один из ключевых экспериментов, связанных с разработкой его идеи об электромеханическом двигателе на переменном токе (AC).

Среди моих новых друзей был бывший мэр города, господин Бозен, которого я уже отчасти познакомил с этим и другими моими изобретениями, и чьей поддержкой я попытался заручиться. Он был искренне предан мне и представил мой проект нескольким состоятельным лицам, но, к моему огорчению, не получил отклика. Он хотел помочь мне всеми возможными способами. Приближение 1 июля 1919 года напоминает мне о форме «помощи», которую я получил от этого очаровательного человека. Помощь была не финансовой, но тем не менее ценной. В 1870 году, когда немцы вторглись в страну, мистер Бозен закопал немало бутылок вина Сен-Эстеф 1801 года и не нашел кандидата достойнее меня, который бы мог употребить столь драгоценный напиток. Случай был совершенно незабываемый. Мой друг настоял, чтобы я вернулся в Париж как можно скорее и искал поддержку там. Я стремился к этому всей душой, но моя работа и переговоры затянулись из-за различных мелких препятствий, так что временами ситуация казалась безнадежной.

Чтобы вы имели представление о немецкой дотошности и «эффективности», упомяну об одном довольно забавном опыте. В вестибюле здания необходимо было установить лампу накаливания силой света 16 кандел. Я выбрал подходящее место и распорядился, чтобы монтер провел провода. Поработав какое-то время, он запросил консультацию инженера. Инженер сначала возражал, но в конечном итоге согласился, что лампу следует разместить на расстоянии двух дюймов от места, которое я определил. Работа возобновилась. Затем монтер забеспокоился и сказал, что необходимо уведомить инспектора Авердека. Этот важный человек приехал, провел расследование и решил, что лампу следует сдвинуть на два дюйма назад, на то самое место, которое я выбрал изначально. Однако через некоторое время сам Авердек начал сомневаться и сказал мне, что проинформировал о ситуации обер-инспектора Иеронимуса. Меня убедили, что следует дожидаться его решения. Прошло несколько дней, прежде чем обер-инспектор смог освободиться от прочих неотложных дел. Наконец он прибыл и, после двух часов, проведенных в спорах, решил передвинуть лампу на два дюйма дальше. Я наивно понадеялся, что все этим закончится, когда вернулся обер-инспектор: «Необходимо проконсультироваться с Регирунгсратом[5]5
  Регирунгсрат (нем. Regierungsrath) – это титул, используемый в некоторых немецкоязычных странах, таких как Германия и Австрия, для обозначения человека, занимающего высокую должность в правительственных или административных органах. – Прим. ред.


[Закрыть] Функе, поэтому я не осмелюсь дать распоряжение о размещении лампы без его формального разрешения». Соответственно, все было подготовлено для визита этого большого человека. Мы начали наводить лоск с раннего утра. Все причесались, я надел перчатки, и, когда приехал Функе со своей свитой, его торжественно приняли. После двух часов обсуждений он внезапно воскликнул, что спешит, и напоследок указал пальцем место на потолке. То самое место, которое я выбрал первоначально.

Так продолжалось день за днем с небольшими вариациями, но я был настроен любой ценой довести дело до конца, и в конце концов мои усилия были вознаграждены. К весне 1884 года все разногласия были улажены, установка формально принята, и я вернулся в Париж с надеждой получить значительную сумму. Один из администраторов пообещал мне щедрое вознаграждение в случае успеха, а также справедливую оплату за улучшения, которые я внес в их динамо-машины. Всего было трое администраторов, которых я обозначу для удобства буквами A, B и C. Когда я посетил A, он сказал мне, что решение принимает B. Господин B заявил, что только C может разобраться с оплатой моих услуг. Увы, С был уверен, что только A имеет полномочия действовать. После нескольких circulus vivios[6]6
  Circulus vitiosus – это латинская фраза, которая означает «порочный круг». – Прим. ред.


[Закрыть] я осознал, что моя награда – это замок в Испании.

Я был по-настоящему разочарован абсолютным провалом, которым закончились мои попытки привлечь капитал на исследования. Когда мистер Батчеллор предложил мне отправиться в Америку, чтобы модернизировать машины Эдисона, я решил попытать удачу в Стране золотой надежды. И едва не упустил шанс! Я потратил свои скромные средства, зарезервировал места и оказался на железнодорожной станции прямо перед отбытием поезда. В тот момент я обнаружил, что у меня нет ни билетов, ни денег. Встал вопрос: что делать? Геркулес мог бы долго философствовать на эту тему, а вот мне пришлось принимать решение, бегая вдоль поезда. Меня, словно колебания в конденсаторе, одолевали противоположные чувства. В последний момент победила подкрепленная ловкостью решимость. Пройдя через столь же обычный, настолько и неприятный опыт, я сумел отправиться в Нью-Йорк с остатками своих вещей, а также некоторыми стихотворениями и статьями собственного сочинения. Я прихватил с собой и комплект расчетов, касающихся решений неразрешимого интеграла и моего летательного аппарата. Большую часть путешествия я просидел на корме корабля, не подозревая о возможной опасности, а, наоборот, желая при случае помочь утопающим. Позже, когда я освоил немного практического американского хода мыслей, собственная глупость заставила меня содрогнуться.

В компании «Эдисон машин воркс» (англ. Edison Machine Works), позднее «Дженерал Электрик» (англ. General Electric), Никола Тесла начал работу в качестве инженера и электрика. Эта должность позволила ему внести значительный вклад в разработку и совершенствование электротехнических устройств и систем, а также проводить свои собственные исследования.

Как бы мне хотелось передать словами мои первые впечатления об этой стране! В арабских сказках я читал о том, как джинны переносили людей в мир грез, где с теми случались восхитительные приключения. В моем случае все было наоборот. Джинны перенесли меня из мира мечты в мир реальности. То, что я оставил позади, было красивым и завораживающим во всех отношениях; то, что я увидел здесь, было механизированным, грубым и непривлекательным. Подойдя к крепкому полицейскому, вертящему палкой, по размеру больше напоминающей бревно, я вежливо попросил его указать мне путь.

«Шесть кварталов вниз, затем налево», – сказал он, с убийственным взглядом.

«И это Америка?» – спросил я себя с болезненным удивлением. «Как цивилизация она на сто лет отстает от Европы».

Когда я отправился за границу в 1889 году – спустя пять лет после моего приезда сюда, – я уверился, что Америка опережает Европу более чем на сто лет. И до сегодняшнего дня мое мнение остается неизменным.

Встреча с Томасом Эдисоном была событием, запомнившимся мне на всю жизнь. Этот великий человек, который достиг столь выдающихся результатов, не имея влияния и научной подготовки, поразил мое воображение. Я изучал дюжину языков, погружался в литературу и искусство. Я провел лучшие годы в библиотеках, читая все, что попадалось под руку: от «Начал» Ньютона до романов Поля де Кока – и чувствовал, что проживал жизнь впустую. Но прошло немного времени, и я понял, что это была лучшая тактика из возможных. В течение нескольких недель я завоевал доверие Эдисона. Это произошло следующим образом.

«Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) – это научная работа, написанная английским физиком и математиком Исааком Ньютоном. Она была опубликована в 1687 году и считается одной из самых важных и влиятельных в истории науки. В «Началах» Ньютон сформулировал законы движения и закон всемирного тяготения, которые существенно изменили наше понимание физического мира и стали основой классической механики.

На самом быстром пассажирском пароходе того времени «Орегон» не работали аппараты, отвечающие за освещение, что задерживало отправление. Так как надстройка на пароходе была построена после монтажа, трудность состояла в извлечении аппаратов из трюма. Ситуация была серьезной, и Эдисон был очень раздражен. Вечером я взял с собой необходимые инструменты и отправился на борт судна, где провел ночь. Динамо-машины были в плохом состоянии, произошло несколько коротких замыканий и обрывов цепи, но при помощи команды мне удалось их восстановить. В пять часов утра, проходя по Пятой авеню в мастерскую, я встретил Эдисона и Бэтчелора и нескольких других людей, которые возвращались домой. «Вот наш парижанин, бегающий по округе ночью», – сказал Эдисон. Когда я ответил ему, что иду с «Орегона» и отремонтировал обе машины, он молча посмотрел на меня и удалился, не проронив ни слова. Когда Эдисон отошел на некоторое расстояние, я слышал, как он сказал: «Бэтчелор, это чертовски замечательный человек». С того момента мне предоставили полную свободу руководить работой. Почти год мои стандартные рабочие часы были с 10:30 утра до 5 часов утра следующего дня без исключения. Эдисон сказал мне: «У меня было много трудолюбивых ассистентов, но ты их всех переплюнул». В этот период я разработал 24 различных типа стандартных машин с короткими сердечниками и одинаковыми характеристиками, которые заменили старые. Менеджер пообещал мне 50 тысяч долларов после завершения этого проекта, как оказалось в шутку. Это сильно меня потрясло, и я подал в отставку.

Сразу после этого поступило предложение создать компанию по производству дуговых ламп под моим именем, на что я согласился. Наконец возникла возможность развивать двигатель, но, когда я заговорил об этом со своими новыми партнерами, мне ответили: «Нет, нам нужна дуговая лампа. Нам не интересен ваш переменный ток». В 1886 году моя система дугового освещения была усовершенствована и принята для использования на фабриках и в муниципальном освещении. Я был свободен, но у меня не было ничего, кроме красиво выгравированного сертификата на акцию гипотетической ценности.

Дуговая лампа – это общий термин для обозначения класса ламп, в которых источником света является электрическая дуга. Дуга горит между двумя электродами из тугоплавкого металла, как правило, из вольфрама. Пространство вокруг промежутка обычно заполняется инертным газом (ксеноном, аргоном), парами металлов или их солей (ртути, натрия и др.). В зависимости от состава, температуры и давления газа, в котором происходит разряд, лампа может излучать свет различного спектра.

Затем наступил период борьбы в новой сфере, в которой я был неопытен, но в конце концов награда нашла своего героя. В апреле 1887 года была организована «Тесла электрик компани», предоставившая мне лабораторию и оборудование. Там я один в один воспроизвел моторы, схему которых давно разработал в своей голове. Я не пытался улучшить дизайн, а просто воплощал видения так, как они появлялись перед моим взором. Стоит сказать, что результат всегда соответствовал моим ожиданиям.

Основная цель «Тесла электрик компани» (англ. Tesla Electric Company) заключалась в разработке и продаже оборудования, связанного с электротехникой, включая генераторы переменного тока и трансформаторы. Она также проводила исследования и эксперименты в области электротехники и электрических систем.

В начале 1888 года было достигнуто соглашение с компанией «Вестингауз электрик»[7]7
  «Вестингауз электрик» (англ. Westinghouse) – одна из ведущих электротехнических компаний США, существовавшая с 1886 года по 1997 год. – Прим. ред.


[Закрыть] о массовом производстве моторов. Но все равно нам предстояло преодолеть большие трудности. Моя система была основана на использовании низкочастотных токов, а специалисты компании выбрали частоту в 133 такта, чтобы обеспечить преимущества при трансформации тока. Они не хотели отступать от своих стандартных форм аппаратов, а потому мои усилия пришлось сосредоточить на адаптации к ним мотора. Необходимо было также создать двигатель, способный эффективно работать на этой частоте по двум проводам, что оказалось не так просто.

Однако в конце 1889 года, когда мои услуги в Питтсбурге перестали быть необходимы, я вернулся в Нью-Йорк. Там я возобновил эксперименты в лаборатории на Гранд-стрит, где сразу же начал разработку машин высокой частоты. Проблемы конструкции в этой неисследованной области были новыми и довольно специфическими, и я столкнулся с множеством трудностей. Я отверг индукторный тип, опасаясь, что он не даст идеальных синусоидальных волн, которые были принципиальны для резонанса. Будь у меня возможность использовать индукторный тип, я мог бы сэкономить себе много часов работы. Другой обескураживающей чертой высокочастотного генератора была непостоянная скорость, которая серьезно ограничивала его использование. Я уже рассказывал в своих демонстрациях перед Американским институтом инженеров по электротехнике, что несколько раз терялась настройка и ее требовалось проводить заново. Еще я не предвидел того, что обнаружилось значительно позже: машины такого рода работают со скоростью, которая не меняется более чем на небольшую долю оборота между пределами нагрузки.

У меня были иные соображения, которые указывали на необходимость разработать более простое устройство для генерации электрических колебаний. В 1856 году лорд Кельвин изложил теорию разряда конденсатора, но практического применения ей так и не нашли. Я увидел возможности и взялся за разработку индукционного аппарата на этом принципе. Мой прогресс был настолько быстрым, что я смог продемонстрировать на своей лекции в 1891 году катушку, создающую искры длиной пять дюймов. В тот момент я откровенно рассказал инженерам о недостатке, связанном с преобразованием по новому методу.

Речь шла о потере между разрядами. Дальнейшие исследования показали, что не важно, какое средство используется, – будь то воздух, водород, пары ртути, масло или поток электронов, – эффективность одинакова. Этот закон, очень похож на тот, который управляет преобразованием механической энергии. Мы можем уронить груз с определенной высоты вертикально вниз или перенести его на более низкий уровень по любой извилистой траектории – это не влияет на объем работы. К счастью, этот недостаток не фатальный, так как с правильной пропорцией резонансных контуров можно достичь эффективности до 85 процентов. С момента моего первого объявления об индукционном аппарате его стали широко использовать. Он уже повлек революцию во многих отраслях, но я знаю, что его ожидает еще более великое будущее. Когда в 1900 году я получил мощные разряды длиной 100 футов и пропустил ток вокруг Земли, мне вспомнилась та первая крошечная искра, которую я наблюдал в своей лаборатории на Гранд-стрит. Я испытал невероятные ощущения: сходные с теми, что сопровождали мое открытие вращающегося механического поля.

Основной принцип работы индукционного аппарата заключается в изменении магнитного поля во времени. Когда магнитное поле меняется, оно индуцирует электрический ток в близлежащих проводниках или обмотках. Используя теоретические работы лорда Кельвина, Тесла сумел разработать аппарат, который использует разряд конденсатора для создания высокочастотных электрических колебаний. Одним из наиболее известных применений этой технологии была беспроводная передача энергии – Тесла сам проводил эксперименты в этой области. Кроме того, высокочастотные генераторы Тесла были использованы в медицинских исследованиях, в промышленности для нагрева и сварки металлов, а также в радио– и телекоммуникационных технологиях.