Переменный ток, асинхронная машина, магнитное поле, радиосвязь

  Переменный  ток, асинхронная машина, магнитное поле, радиосвязь

  Награды и премии Медали Э. Крессиана, Дж. Скотта, Т. Эдисона

  Тесла, Никола  10 июля 1856 - 7 января 1943 (86 лет) физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники. Родился и вырос в Австро-Венгрии Село Смилян, Госпич, в последующие годы в основном работал во Франции и США. В 1891 году получил американское гражданство.

  Широко  известен благодаря своему научно-революционному вкладу в изучение свойств электричества и магнетизма в конце XIX — начале XX веков. Патенты и теоретические работы Теслы сформировали базис для современных устройств, работающих на переменном токе, многофазных систем и электродвигателя, позволивших совершить второй этап промышленной революции.

  Современники-биографы считали Теслу «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. После демонстрации радио и победы в «Войне токов» Тесла получил повсеместное признание как выдающийся инженер-электрик. Ранние работы Теслы проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение. В США по известности Тесла мог конкурировать с любым изобретателем или учёным в истории или популярной культуре.

  Семья Тесла: Отец — Милутин Тесла, священник, серб. Мать — Георгина (Джука) Тесла, была дочерью священника. Всего в семье было пять детей: три дочери — Милка, Ангелина и Марица и два сына — Никола и его старший брат Дане. Когда Николе было пять лет, его брат погиб, упав с коня.

  Первый  класс начальной школы Никола закончил в Смилянах. В 1862 году семья Тесла переехала в Госпич, где Никола завершил оставшиеся три класса начальной школы, а затем и трёхлетнюю нижнюю реальную гимназию, которую закончил в 1870 году. Осенью Никола поступил в Высшее реальное училище в городе Карловац.

  В июле 1873 года Никола получил аттестат зрелости. Несмотря на наказ отца, Никола вернулся к семье в Госпич, где была эпидемия холеры, и тут же заразился (правда, до конца не ясно, была ли это на самом деле холера). Врачи полагали, что дни его сочтены. На мгновения приходя в себя, Никола просил отца позволить ему продолжить обучение на инженера, обещая, что, если получит согласие, то «вылечит себя сам, потому что обретёт волю к жизни». Потерявший все надежды отец в конце концов согласился — и тогда, к удивлению врачей, действительно произошло неожиданное: Тесла выздоровел за несколько дней. Болезнь длилась 9 месяцев. Выздоровевшего Теслу должны были вскоре призвать на трёхлетнюю службу в Австро-Венгерской армии. Родственники сочли его недостаточно здоровым и спрятали в горах. Назад он вернулся в начале лета 1875 года.

  В том же году Никола поступил в высшее техническое училище в Граце, где стал изучать электротехнику. Наблюдая за работой машины Грамма на лекциях по электротехнике, Тесла пришёл к мысли о несовершенстве машин постоянного тока, однако профессор подверг его идеи резкой критике, перед всем курсом прочитав лекцию о неосуществимости использования переменного тока в электродвигателях.

  Тесла устроился преподавателем в реальную гимназию в Госпиче, ту, в которой он учился. Работа в Госпиче его не устраивала. У семьи было мало денег, и только благодаря финансовой помощи от двух своих дядей, Петара и Павла Мандич, молодой Тесла смог в январе 1880 года уехать в Прагу, где поступил на философский факультет Пражского университета. Он проучился всего один семестр и был вынужден искать работу.

  Австро-Венгрия, Германия и Франция

  До 1882 года Тесла работал инженером-электриком в правительственной телеграфной  компании в Будапеште, которая в  то время занималась проведением  телефонных линий и строительством центральной телефонной станции. В  феврале 1882 года Тесла придумал, как  можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля.

  Работа  в телеграфной компании не давала Тесле осуществить замыслы по созданию электродвигателя переменного  тока. В конце 1882 года он устроился  в Континентальную компанию Эдисона  в Париже. Одной из наиболее крупных  работ компании было сооружение электростанции для железнодорожного вокзала в  Страсбурге. В 1883 году Тесла переселился в Страсбург, где успешно решил ряд проблем и исправить ошибки, допущенные при строительстве электростанции. Одновременно он работал над изготовлением модели нового двигателя.

    Весной 1884 года электростанция была  закончена, и Тесла вернулся  в Париж, ожидая от компании  премии в размере 25 тыс. долларов. Попробовав получить причитающиеся  ему премиальные, он понял,  что этих денег ему не получить и, оскорблённый, уволился.

  Первая  мысль его была поехать в Петербург, так как в России в те годы были сделаны многие важные для развития электротехники открытия и изобретения. Но в последний момент один из администраторов  Континентальной компании, Чарлз Бечлор, уговорил Николу вместо России отправиться в США. Бечлор написал рекомендательное письмо Эдисону, своему другу:

  «Было бы непростительной ошибкой дать возможность уехать в Россию подобному  таланту. Вы ещё будете мне благодарны, м-р Эдисон, что я не пожалел нескольких часов для убеждения этого молодого человека отказаться от мысли ехать в Петербург. Я знаю 2 великих людей — один из них вы, второй — этот человек».

  Америка. Работа у Эдисона

  1884 года Тесла прибыл в Нью-Йорк. Он устроился на работу в компанию Томаса Эдисона (Edison Machine Works) в качестве инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока.

  Эдисон  довольно холодно воспринимал новые  идеи Теслы и всё более открыто высказывал неодобрение направлению личных изысканий изобретателя. Весной 1885 года Эдисон пообещал Тесле 50 тыс. долларов (1 млн современных долларов), если у него получится конструктивно улучшить электрические машины постоянного тока, придуманные Эдисоном. Никола активно взялся за работу и вскоре представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики. Одобрив все усовершенствования, в ответ на вопрос о вознаграждении Эдисон отказал Тесле, заметив, что эмигрант пока плохо понимает американский юмор. Оскорблённый Тесла немедленно уволился.

    Лаборатория в Нью-Йорке

  Проработав  всего год в компании Эдисона, Тесла приобрёл известность в  деловых кругах. Узнав о его  увольнении, группа электротехников  предложила Николе организовать свою компанию, связанную с вопросами  электрического освещения. Проекты  Теслы по использованию переменного тока их не воодушевили, и тогда они изменили первоначальное предложение, ограничившись лишь предложением разработать проект дуговой лампы для уличного освещения. Через год проект был готов. Вместо денег предприниматели предложили изобретателю часть акций компании, созданной для эксплуатации новой лампы. Такой вариант не устроил изобретателя, компания же в ответ постаралась избавиться от него, попытавшись оклеветать и опорочить Теслу.

  С осени 1886 года и до весны молодой  изобретатель вынужден был перебиваться на подсобных работах. Он занимался  рытьём канав, «спал, где придётся, и  ел, что найдёт». В этот период он подружился с находившимся в подобном же положении инженером Брауном, который смог уговорить нескольких своих знакомых оказать небольшую  финансовую поддержку Тесле. В апреле 1887 года созданная на эти деньги «Тесла арк лайт компани» начала заниматься обустройством уличного освещения новыми дуговыми лампами. Вскоре перспективность компании была доказана большими заказами из многих городов США. Для самого изобретателя компания была лишь средством к достижению заветной цели.

  Под офис компании в Нью-Йорке Тесла снял дом на Пятой авеню рядом со зданием, занимаемого компанией Эдисона. М/у двумя компаниями развязалась острая конкурентная борьба, известная в США как «Война токов».

  В июле 1888 года известный американский промышленник Джордж Вестингауз выкупил у Теслы более 40 патентов, заплатив в среднем по 25 тысяч долларов за каждый. Вестингауз также пригласил изобретателя в роли консультанта на заводах в Питсбурге, где разрабатывались промышленные образцы машин переменного тока. Работа не приносила изобретателю удовлетворения, мешая появлению новых идей. Несмотря на уговоры Вестингауза, через год Тесла вернулся в свою лабораторию в Нью-Йорке.

  Вскоре  после возвращения из Питсбурга Никола Тесла съездил в Европу, где посетил Всемирную выставку 1889 года, проходившую в Париже; навестил свою мать и сестру Марицу.

  В 1888—1895 годах Тесла занимался  исследованиями магнитных полей  и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными: он получил множество патентов. Руководство  Американского института электроинженеров пригласило Теслу прочитать лекцию о своих работах. 20 мая 1892 года он выступил перед аудиторией, включавшей выдающихся электротехников того времени, имел большой успех.

  13 марта 1895 года в лаборатории  на Пятой авеню случился пожар. Здание сгорело до основания, уничтожив самые последние достижения изобретателя — механический осциллятор, новый метод электрического освещения, новый метод беспроводной передачи сообщений на далёкие расстояния и метод исследования природы электричества. Сам Тесла заявил, что по памяти может восстановить все свои открытия.

  Финансовую  помощь изобретателю оказала «Компания  Ниагарских водопадов». Благодаря Эдварду  Адамсу у Теслы появилось 100 тыс долларов на обустройство новой лаборатории. Уже осенью исследования возобновились по новому адресу. В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 30 миль (48 км) .

  Колорадо  Спрингс

  Согласно  предположению Теслы, наибольшей интенсивности стоячие волны из Колорадо Спрингс достигали возле острова Амстердам в Индийском океане. Как видно по карте магнитного поля Земли в Колорадо, лаборатория Теслы располагалась в зоне наибольшей геомагнитной активности

  В мае 1899 года по приглашению местной  электрической компании Тесла переехал в курортный городок Колорадо Спрингс в штате Колорадо. Городок располагался на обширном плато на высоте 2000 м. Сильные грозы были нередки в этих местах.

  В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Спонсором на этот раз был владелец отеля «Уолдорф-Астория», выделивший на исследования 30 000 долларов. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. Ко вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих ЭМ волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере (через пять с лишним десятилетий этот эффект был подробно исследован и позднее стал известен как «Резонанс Шумана»). Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

  Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. Кроме  множества индукционных катушек  и прочего оборудования он спроектировал  «усиливающий передатчик». На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная  обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром  метрового диаметра. При пропускании  через первичную катушку переменного  напряжения в несколько тысяч  вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько  миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

  При проведении эксперимента были зафиксированы  грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км. Первый запуск эксперимента прервался из-за сгоревшего генератора на электростанции в Колорадо Спрингс, который был источником тока для первичной обмотки «усиливающего передатчика». Тесла вынужден был прекратить эксперименты и самостоятельно заниматься ремонтом вышедшего из строя генератора. Через неделю эксперимент был продолжен.

  На  основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило  ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного  шара, где-то около островов Амстердам  и Св. Павла в Индийском океане. Осенью 1899 года Тесла вернулся в Нью-Йорк.

  Проект  «Уорденклиф»

    Финансировавший исследования Теслы промышленник Джон Пирпонт Морган, 1903 г.

  В 60 км севернее Нью-Йорка на острове  Лонг-Айленд Никола Тесла приобрёл участок земли, граничащий с владениями Чарльза Вардена. Участок площадью 0,8 км² находился на значительном удалении от поселений. Здесь Тесла планировал построить лабораторию и научный городок. По его заказу архитектором В. Гроу был разработан проект радиостанции — 47-метровой деревянной каркасной башни с медным полушарием наверху. Сооружение подобной конструкции из дерева порождало множество сложностей: из-за массивного полушария центр тяжести здания сместился вверх, лишая конструкцию устойчивости. С трудом удалось найти строительную компанию, взявшуюся за реализацию проекта. Строительство башни завершилось в 1902 году. Тесла поселился в небольшом коттедже неподалёку.