Текст книги "Никола Тесла. Прометей ХХ века"

Приложение
Биография Николы Теслы (1856–1943)

Я видел приближающееся время, когда люди не будут больше вынуждены трудиться ради получения средств к существованию, когда термины «богатый» и «бедный» не будут больше означать различия материальных условий, а будут иметь значение духовных возможностей и устремлений; время… когда даже знание будет приходить из источников, которые сейчас даже трудно представить…

Н. Тесла

Ровно в полночь на 10 июля 1856 года в семье сербского православного священника Милутина Теслы родился четвертый ребенок, которого в честь святого покровителя всех сербов назвали Николой. Уже в детстве Никола сильно отличался от своих сверстников, и не только высоким ростом и болезненной худобой, но и глубокой мечтательностью, изобретательством, даром художественного слова и неукротимой страстью к чтению. Отец Николы был глубоко образованным человеком и собрал неплохую библиотеку, которую любознательный подросток перечитал полностью, вместе с богословскими трактатами. Никола получил неплохое начальное образование в реальном училище и вопреки долгим уговорам отца, мечтавшего о духовной карьере сына, поступил в Политехнический институт австрийского города Граца.

Студент Тесла с такой яростью набросился на учебу, что стал в силу чрезмерного умственного напряжения страдать странным психическим расстройством, выразившимся в появлении фантастических видений, сопровождавшихся яркими световыми галлюцинациями.

После двух курсов Политехнического института в Граце (1878) Тесла год был вольнослушателем Пражского университета (1880). Затем с помощью родственников он устроился на должность техника в Венгерскую телефонную компанию. В 1882 году Тесла по протекции своего дяди поступает в Континентальную компанию Эдисона с региональным офисом в Париже. Там он получает задание отремонтировать Стpасбypгскую железнодорожную электростанцию, где, работая инженером-электротехником, делал свои первые исследования переменных токов, конструируя в 1883 году макет своего первого электродвигателя.

В 1884 году, получив рекомендательное письмо к «королю изобретателей» Томасу Альве Эдисону, Тесла эмигрирует в Америку. Высадившись в Нью-Йорке с четырьмя центами в кармане, будущий изобретатель тут же попытался завербовать самого Эдисона в сторонники переменного тока. Между тем вся система электрического оборудования и передачи электроэнергии Эдисона строилась на постоянном токе, из-за чего возникали крупные проблемы с эффективным транспортом больших объемов электричества. Тесла попытался убедить Эдисона в бесперспективности выбранного им пути, доказывая, что именно переменный ток более эффективен и менее дорог. Это вызвало резкую отповедь «короля изобретателей» и навсегда превратило их в непримиримых врагов.

В конечном итоге это и послужило причиной увольнения Теслы из компании Эдисона, причем в самый разгар финансового и промышленного кризиса, охватившего все страны мира. Самонадеянность и гордость молодого инженера обошлась ему очень дорого, и почти год он был вынужден заниматься уличными работами – укладкой мостовых и рытьем канав, пока совершенно случайно не познакомился с одним из технических директоров компании Вестингауза.

С этого момента начинается активное сотрудничество Теслы с компанией «Вестингауз Электрик».

Вестингауз приобрел весь пакет патентов на разработанные Теслой системы передачи и распределения многофазных токов, включая генераторы, электродвигатели и трансформаторы. Выиграв конкурс проектов постройки Ниагарской электростанции, Вестингауз оснастил ее динамо-машинами переменного тока конструкции Теслы. Этот грандиозный успех вызвал настоящую «войну токов» со стороны Эдисона, которая со временем закончилась полной победой Теслы.

В 1888 году изобретатель приступил к разработке и постройке электрических машин, работающих в диапазоне высоких и сверхвысоких частот. В 1891 году он сконструировал знаменитый резонансный трансформатор, впоследствии получивший собственное название – трансформатор Теслы. Этот уникальный агрегат позволял получать высокочастотные колебания напряжения с амплитудой до миллиона вольт, что позволило изобретателю резко расширить диапазон исследований, в частности открыть физиологическое воздействие токов высокой частоты.

В 1896 году невдалеке от Нью-Йорка Тесла построил свою первую маломощную радиостанцию, с которой ему удавалось передавать радиосигналы на несколько десятков километров. При этом он начал исследование частотных характеристик радиоволн, дойдя до ранее недостижимого мегагерцового диапазона. 2 сентября 1897 года на изобретение Теслы в этой области были выданы два патента, знаменующих начало еще одного этапа пути к созданию всеобщей системы передачи энергии на расстояние. Экспериментируя с передачей радиосигналов, изобретатель приступил к изучению тех условий, которые могли бы обеспечить надежное, безотказное управление автоматическими устройствами на расстоянии. В начале 1898 года Тесла создал радиоуправляемую модель судна, получившую название «ковчег Теслы», заявив патент на данную конструкцию.

В сентябре 1898 года в на Международной выставке в экспозиционном центре Мэдисон-сквер-гарден изобретатель продемонстрировал свой ковчег с длинным тонким металлическим стержнем посредине – приемной антенной – и металлическими трубками, заканчивающимися электрическими лампочками, на корме и на носу. Сигналом с пульта управления ученый заставлял свою модель плыть с различной скоростью, менять направление движения, совершая сложные маневры, мигать электролампами-индикаторами. Радиосигналы с пульта принимались антенной, установленной на лодке, и затем передавались внутрь ее, где сложные сервомеханизмы превращали электрические сигналы в механическое движение. Основываясь на опыте построения радиоуправляемых моделей, Тесла занялся разработкой идеи управляемого на расстоянии «телеавтомата», могущего воспроизвести все действия человека. К сожалению, из-за отсутствия средств изобретатель так и не завершил эти многообещающие исследования.

В 1900 году Тесла вернулся в свою нью-йоркскую лабораторию, где взялся за разработку глобального проекта передачи информации и энергии, который он назвал «Мировая система». Статью об этом он вскоре опубликовал в одном из научно-популярных журналов. Эта статья заинтересовала известного банкира Моргана, который согласился стать основным спонсором проекта.

На северной оконечности острова Лонг-Айленд, в семидесяти километрах от центра Нью-Йорка, в графстве Шафрок изобретатель приобрел обширный участок земли у железнодорожной станции Шорхем, назвав его Ворденклиф в честь бывшего владельца. План реализации «Мировой системы» предполагал строительство своеобразного технологического парка в виде радиотехнического центра, названого Теслой Городом Радио – Радио-Сити. Так началось строительство башни Теслы или вышки Ворденклиф в виде деревянной решетчатой конструкции с глубокой стальной шахтой и 55-тонным металлическим куполом-резонатором.

Финансовый кризис не позволил построить Радио-Сити и вынудил Теслу заняться разработкой одной из многих идей, связанной с созданием компактных газотурбинных установок. В 1906 году Тесла создал паровую турбину оригинальной конструкции с рекордными показателями мощности: три лошадиные силы на фунт веса.

Весь этот круг вопросов занимал Теслу в течение довольно длительного периода – от времени прекращения работ в Ворденклифе до 1914 года, когда предвоенная обстановка потребовала перехода к работе над другими проектами. Снова к разработке конструкций энергетического оборудования Тесла смог вернуться лишь в 1925 году. Но за эти восемь лет (1906–1914) Тесла выполнил ряд серьезных работ, получил несколько патентов и обогатил теплоэнергетику многими новыми и оригинальными мыслями.

Всего на имя великого изобретателя было выписано более ста только основных патентов, каждым из которых вполне мог бы гордиться любой ученый. В конце жизни ученый продолжал таинственно намекать на существование новых, совершенно революционных изобретений, над которыми он непрерывно продолжает работать. Прежде всего, он упоминал некое загадочное устройство для использования космических лучей в качестве источника энергии, затем шло не менее загадочное лучевое оружие, ну и, конечно же, рассматривались поздние модификации «Мировой системы», логически связанные с технологиями межпланетной связи и локации. Даже сейчас очень трудно дать однозначную оценку всем этим разработкам, а в то время под влиянием бесед с изобретателем его друг репортер Джон О’Нил отмечал:

«Каждая из обсуждаемых научным сообществом идей этого гениального волшебника электричества предполагала передачу энергии на дальние расстояния, или смертоносные линейные называемый луч смерти, совмещал в себе черты почти всех остальных изобретений Теслы».

С 1920-го по 1934 год Тесла продолжал разъезжать по промышленным центрам на Северо-востоке и Среднем западе в поисках рынка сбыта для своих изобретений. Во время поездок в Филадельфию в 1924–1925 годах для работы над бензиновой турбиной (над паровой турбиной он работал в Чикаго и Милуоки) Тесла встретился с Джоном Б. Флауэрсом – инспектором по самолетам и двигателям с местной военно-морской фабрики. Тесла знал Флауэрса с 1917 года. Когда стало ясно, что безлопастная турбина застряла на бесконечном этапе исследования и доработки, Тесла вернулся к своей «первой любви» – беспроводной передаче энергии и начал общественную кампанию, пропагандируя свое детище. Построив ряд центральных станций для передачи энергии по земле и по воздуху, прагматичный борец за охрану природы вывел теорию, что самолеты и автомобили, оборудованные особыми принимающими устройствами, могут передвигаться без топлива, получая энергию от его башен.

Никола Тесла в тридцатые годы создавал приемники для RCA (Американской радиопромышленной корпорации). Корпорации достался заказ на изготовление оборудования для секретных проектов министерства обороны. В те времена работа Теслы скрывалась под кодовым названием «N. Terbo» (фамилия его матери до замужества). Тесла снабдил эти приемники катушками индуктивности особой конструкции. Обычные катушки были снабжены оригинальными приспособлениями, разработанными самим Теслой.

В исчерпывающей статье, в октябре 1927 года опубликованной в журнале «Век телеграфа и телефона» и написанной, по-видимому, как возражение Кертису и Дилинджеру, Тесла также объясняет, что колебания будут распространяться от передатчика усиления «с теоретически безграничной скоростью, которая сначала будет снижаться стремительно, потом несколько медленнее – до тех пор, пока расстояние не составит примерно шесть тысяч миль, после чего колебания достигнут скорости света. С этого момента скорость снова начнет увеличиваться, сначала медленно, потом активнее, и, когда колебания достигнут точки-антипода, они вновь обретут приблизительно бесконечную скорость. Закон движения можно объяснить тем, что волны на земной поверхности проходят за равные промежутки времени равное расстояние, но надо понимать, что ток проникает глубоко в землю, и в приемнике возникает такой же эффект, как если бы весь поток шел по оси, проходящей через земной шар и ведущей к передатчику, расположенному в точке-антиподе. Таким образом, средняя скорость на поверхности составляет около 471 200 километров в секунду, на 57 % выше скорости так называемых волн Герца».

10 июля 1931 года Тесле исполнилось семьдесят пять лет. В честь этого события «Тайм» поместил на обложке портрет ученого. В журнале была краткая биография Теслы и обсуждались его последние загадочные разработки по «использованию совершенно нового и ранее неизвестного источника энергии». Не желая слишком подробно распространяться на эту тему, досточтимый патриарх поразил репортера, неожиданно перейдя к своему в высшей степени таинственному изобретению – «тесласкопу», устройству для передачи сигналов к ближайшим звездам. «Думаю, нет ничего важнее межпланетного сообщения. Его появление неизбежно, и уверенность в том, что где-то во Вселенной есть другие живые существа, которые трудятся, страдают, борются, как и мы сами, окажет волшебное влияние на человечество и заложит фундамент вселенского братства, которое сохранится до конца дней».

Согласно официальным данным, великий изобретатель скончался 7 января 1943 года. Все его лабоpатоpные записи, письма, дипломы перешли по наследству к племяннику Саве Косановичy, который впоследствии основал в Белграде музей Николы Теслы.

Словарик

Асинхронная машина переменного тока – электрический агрегат, частота вращения ротора которого не равна частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Асинхронные машины – наиболее распространенные электрические машины. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. Как и любая электромеханическая машина, асинхронная машина имеет статор и ротор, разделенные воздушным зазором. Ее активными частями являются обмотки и магнитопровод. Обмотка статора представляет собой трехфазную (в общем случае – многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120°. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трехфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения вращения магнитного потока обмотки возбуждения, поэтому его изготавливают шихтованным, набирая из пластин электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь. По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора из электротехнической стали и шихтованным.

Вакуум – пространство с низким давлением или вообще без давления газа. Различают космический вакуум с 10–1000 частицами в кубометре, лабораторный вакуум с откачанным газом до долей земной атмосферы и физический вакуум с полным отсутствием каких-либо микрочастиц.

Динамо-машина (динамо) – устаревшее название двигателя, служащего для выработки постоянного электрического тока из подводимой механической энергии. Динамо-машина была первым электрическим генератором, который стал применяться в промышленности. В дальнейшем ее вытеснили генераторы переменного тока, так как переменный ток легче поддается трансформированию. Динамо-машина состоит из катушки с проводом, вращающейся в магнитном поле, создаваемом статором. Энергия вращения, согласно закону Фарадея, преобразуется в переменный ток, но поскольку первые изобретатели динамо не умели работать с переменным током, то они использовали коммутатор для того, чтобы инвертировать полярность. В результате получался пульсирующий ток постоянной полярности.

Инвариантность скорости света – независимость скорости света в вакууме от системы отсчета.

Коллектор электрической машины – узел, обеспечивающий электрическое соединение цепи ротора с цепями, расположенными в неподвижной части машины. Состоит из коллектора (набора контактов, расположенных на роторе) и щеток (скользящих контактов, расположенных вне ротора и прижатых к коллектору). Щеточно-коллекторный узел является одной из наименее надежных частей электрических машин, поскольку скользящие контакты интенсивно изнашиваются от трения. По этой причине с точки зрения надежности предпочтительны двигатели без щеточно-коллекторного узла – вентильный электродвигатель и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Микроволновое сверхвысокочастотное излучение (СВЧ-излучение) – электромагнитное излучение, включающее в себя сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн (от 30 см – частота 1 ГГц до 1 мм – 300 ГГц). Границы между инфракрасным, терагерцовым, микроволновым излучением и ультравысокочастотными радиоволнами приблизительны и могут определяться по-разному. Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева и термообработки металлов в микроволновых печах, а также для радиолокации.

Переменный ток – ток, создаваемый переменным напряжением. В случае переменного напряжения потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудой, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении, и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется. Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током в одну секунду, носит название «частота». Единице частоты присвоили имя Герца, который первым экспериментально получил электромагнитные волны. Таким образом, один герц соответствует одному периоду в секунду.

Полярное сияние – свечение верхних слоев атмосферы Земли (ионосферы) и других планет: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.

Постоянный ток – это ток, создаваемый напряжением, имеющим постоянные величину и направление.

Причинно-следственные связи – объективная закономерность окружающего нас мира, состоящая в том, что сначала возникает причина какого-либо явления или события, а затем наступает следствие.

Радиоизлучение – электромагнитное излучение с длинами волн 5 × 10-5 – 1010 метров и частотами соответственно от 6 × 1012 Гц и до нескольких Гц. Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях.

Радиолокация (РЛ) – техническая наука, объединяющая методы и средства обнаружения, измерения координат, а также определение свойств и характеристик различных объектов, основанных на использовании радиоволн. Различают активную, полуактивную, активную с пассивным ответом и пассивную РЛ. Подразделяются по используемому диапазону радиоволн, по виду зондирующего сигнала, числу применяемых каналов, числу и виду измеряемых координат, месту установки РЛС.

Релятивистские поправки – поправки, которые надо вводить к показаниям хронометров и других измерительных инструментов при движении с субсветовыми скоростями.

Статор – неподвижная часть электрической машины, взаимодействующая с подвижной частью – ротором. Статор может быть либо постоянным магнитом, либо электромагнитом. В случае если статор является электромагнитом, то обмотка, которая создает магнитное поле, называется обмоткой возбуждения или обмоткой подмагничивания. Статор состоит из сердечника и станины. Сердечник изготовляют из изолированных лаком листов электротехнической стали, собираемых в пакеты и укрепляемых в литом или сварным корпусе – станине. В пазы, выштампованные в сердечнике, укладывается статорная обмотка. Во избежание значительных потерь энергии от вихревых токов проводник обмотки статора составляют из ряда параллельно соединенных изолированных жил.

Тунгусский метеорит (метеороид, диво, феномен) – гипотетическое тело, вероятно, кометного происхождения, которое, предположительно, послужило причиной воздушного взрыва, произошедшего в районе реки Подкаменная Тунгуска 17 (30) июня 1908 года в 7 часов 14,5 ± 0,8 минут по местному времени (0 ч. 14,5 мин. по Гринвичу). Мощность взрыва оценивается в 10–40 мегатонн, что соответствует энергии крупной водородной бомбы. Около 7 часов утра над территорией бассейна Енисея с юго-востока на северо-запад пролетел большой огненный шар. Полет закончился взрывом на высоте 7–10 км над незаселенным районом тайги. Взрывная волна была зафиксирована обсерваториями по всему миру, в том числе и в западном полушарии. В результате взрыва были повалены деревья на территории более двух тысяч квадратных километров, причем стекла были выбиты в нескольких сотнях километров от эпицентра взрыва. В течение нескольких дней на территории от Атлантики до центральной Сибири наблюдалось интенсивное свечение неба и светящиеся облака.

Электрическая машина – электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле. Если электрическая энергия преобразуется в механическую работу и тепло, тогда электрическая машина является электрическим двигателем; когда механическая работа преобразуется в электрическую энергию и тепло, тогда электрическая машина является электрическим генератором; когда электрическая энергия одного вида преобразуется в электрическую энергию другого вида, тогда электрическая машина является электромеханическим преобразователем; и когда механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло, тогда электрическая машина является электромагнитным тормозом. Для большинства машин выполняется принцип обратимости, когда одна и та же машина может выступать как в роли двигателя, так и в роли генератора или электромагнитного тормоза. В большинстве электрических машин выделяют ротор как вращающуюся часть и статор как неподвижную часть, а также воздушный зазор, их разделяющий.

Электрический двигатель – это электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла. В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Состоит из статора – неподвижной части, и ротора (якоря в случае машины постоянного тока) – подвижной части. В статоре уложена обмотка электрической цепи, по которой, создав напряжение, идет электрический ток возбуждения. Этот ток возбуждает магнитное поле машины, которое, в свою очередь, приводит в движение подвижную часть ротора якоря. Магнитное поле статора индуцирует ток в обмотке ротора. Взаимодействие магнитного поля статора и электрического поля ротора является причиной движения ротора, создавая вращающий момент в роторе двигателя. Таким способом и происходит преобразование электрической энергии, подаваемое на обмотку возбуждения, в механическую кинетическую энергию вращения.

Электрический ток – направленное движение электрически заряженных частиц, например под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках – электроны, в электролитах – ионы (катионы и анионы), в полупроводниках – электроны и так называемые «дырки».

Электромагнитная индукция – возникновение электрического тока в замкнутом контуре, находящемся в изменяемом магнитном потоке. Открыта в 1831 году Майклом Фарадеем, обнаружившим, что электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потока – изменение самого магнитного поля или движение контура в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Электромагнитное излучение или электромагнитные волны – распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей. Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света.

Электромобиль – автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от аккумуляторов или топливных элементов и проч., а не двигателем внутреннего сгорания. Электромобиль следует отличать от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей и от троллейбусов. Подвидами электромобиля считаются электрокар (грузовое транспортное средство для движения на закрытых территориях) и электробус (автобус с аккумуляторной тягой).

Эфир (мировой, светоносный, электрический) – гипотетическая всепроникающая среда, колебания которой обнаруживают себя как свет или электромагнитные волны. В конце XIX века на пике популярности рассматривалась как промежуточная всепроникающая материальная среда, заполняющая космическое безвоздушное пространство и все промежутки между частицами обычных веществ. Концепция «электрического мирового эфира» была предложена Н. Теслой. В настоящее время вместе с такими понятиями, как флогистон и теплород, эфир считается ложным физическим понятием.