Тесла открыл переменный ток
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 04.10.2024
История изобретений. Как Никола Тесла изменил мир и умер в одиночестве
Во многом наш электрический мир своим нынешним технологическим состоянием обязан ученому из Сербии. За годы своей бурной изобретательской деятельности он получил более 300 патентов, разработал двигатели переменного тока, подтолкнувшие промышленную революцию, и немного не дожил до признания своего вклада в открытие радио. Onliner.by рассказывает о человеке, который изобрел 21-й век.
Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в деревушке Смилян (приграничный район тогдашней Австрийской империи) в семье местного приходского священника. Отец надеялся, что парень продолжит его трудовую карьеру, однако с самого детства Николу интересовало совсем другое. Сперва он мастерил рогатки и занимался всеми шалостями, присущими детям. Тесла был левшой, но в школе его, конечно же, переучили. Однако гений впоследствии одинаково хорошо управлялся обеими руками.
До конца жизни Тесла вспоминал, как впервые познакомился с электричеством. В возрасте шести лет его главным другом был черный кот, вместе с которым они противостояли дворовому гусю. Однажды Никола игрался с котом в вечерних сумерках. Мальчик гладил животное по спине, когда «кошачья спина окуталась легким голубым сиянием», а от прикосновений появлялся целый сноп искр. Факт того, что это электричество, живущее в устрашающих молниях, поразил Теслу до глубины души.
Позже его семья переехала из деревни в город, а сам Никола стал ходить в среднюю школу. В своей автобиографии относительно этого периода жизни он писал о своих едва ли не сверхъестественных способностях, которые помогали ему решать математические и физические задачки. В голове Теслы словно возникала доска с описанием задачи, а за ним появлялось и ее решение. А потому на вопросы учителя он отвечал устно спустя минуту-другую. Даже не успевал записать решение. К тому же ученого до глубокой старости сопровождали «световые явления», которые возникали в его голове в моменты озарения новыми идеями.
Сказать, что Тесла был странным — не сказать ничего. Он терпеть не мог женские серьги, один вид жемчужины был для него оскорбительным, а при взгляде на персик его бросало в жар. Со временем во взрослом возрасте к этим странностям добавлялись новые. Взглянув однажды на микробов под микроскопом, Никола приобрел привычку заказывать в ресторанах по 18 салфеток, чтобы лично протирать все приборы. Муха, севшая в процессе обеда на стол, могла вынудить Теслу и его спутников пересесть за новый.
Ко всему этому изобретатель был крайне эрудированным полиглотом. У него была фотографическая память, он наизусть цитировал «Фауста» Гёте и разговаривал на восьми языках: сербско-хорватском, чешском, английском, французском, немецком, венгерском, итальянском и латинском. Несмотря на то что юный Никола был зубрилой, асоциальным типом назвать его было сложно. В студенческие годы будущий ученый подсел на азартные игры: бильярд, шахматы и карты. За игровым столом Тесла мог проводить по несколько суток без перерыва. Такую же работоспособность он проявлял и позже, трудясь в своих лабораториях.
Схема на песке
Тесла придумал, как на практике использовать вращающееся магнитное поле. Это случилось в 1882 году во время прогулки по Будапешту и цитирования «Фауста» Гёте. До этого на протяжении нескольких месяцев ученого мучила странная болезнь, природой которой, скорее всего, являлось крайнее истощение организма ввиду переутомления. «Муха, садившаяся на стол в комнате, порождала в моем ухе глухой звук, напоминавший падение тяжелого тела», — писал изобретатель в своей автобиографии. Лишь прогулки и занятия гимнастикой под надзором приятеля помогли ученому выкарабкаться из затуманенного состояния.
Во время одной из таких прогулок Николу в буквальном смысле озарило. В одно мгновение он понял, как будет работать его двигатель, и принялся чертить прямо на песке схему. Она изменила и судьбу самого Теслы, и мир, в котором мы живем.
В те годы улицы городов освещали газовыми фонарями либо электрическими дуговыми лампами. Ни первый, ни второй способ не подходил для света в замкнутых жилищах простых обывателей. Электрический свет пришел в дома только в 1879 году, когда Томас Эдисон усовершенствовал лампочку до коммерчески выгодных параметров.
В Нью-Йорк Тесла прибыл в 1884 году. До этого он несколько лет трудился в парижском региональном отделении компании Эдисона. В негласной столице США Никола продолжил более тесное сотрудничество со своим будущим соперником. Он пытался заговорить с «королем света» о преимуществах переменного тока, но Эдисон был непреклонен — будущее он видел за безопасным постоянным током.
Здесь стоит объяснить, что в США тех лет электростанции Томаса Эдисона передавали постоянный ток (DC) низкого напряжения. Но эффективной передача была только на короткие расстояние. Точнее, на очень короткие расстояния — до двух километров от генератора. Чем дальше шли провода, тем больше энергии терялось по пути, что с коммерческой стороны было крайне невыгодно.
Тесла же ратовал за переменный электрический ток (AC), который особо не зависел от протяженности проводов. Проблема была только в модулировании напряжения на входе и выходе с электрических проводов для подачи безопасного тока в жилища. Эту задачу решил инженер Уильям Стенли: генератор производит переменный ток низкого напряжения, трансформатор повышает напряжение до нужной величины, ток передают на огромное расстояние, а другой трансформатор уже понижает его.
В 1887 году, после ухода с фабрики Томаса Эдисона, Николе пришлось перебиваться трудом чернорабочего, пока он не встретил двух компаньонов, вместе с которыми организовал компанию «Тесла Электрик». Ученый получил собственную лабораторию.
Адепты переменного тока упирались в одну важную деталь — отсутствие надежных электродвигателей, которые могли бы крутить на заводах и фабриках различные станки. Лампочки в домах потребителей в данном случае выступали скорее как PR-компания всего электричества вместе взятого.
Изобретатель работал над всей системой оборудования для передачи переменного тока сразу: генераторы, счетчики, трансформаторы. И над двигателями переменного тока. Мотор Теслы как раз использовал вращение электромагнитного поля. На полюса электродвигателя подавались два различных переменных тока, отличавшихся друг от друга сдвигом по фазе. Это и вызывало вращение магнитного поля. Оно увлекало за собой обмотку ротора. Никола принялся развивать идею двухфазного тока, отметив при этом, что количество фаз может быть и большим. В 1888 году он получил первые патенты на двигатели переменного тока.
Разработка Теслы приглянулась магнату Джорджу Вестингаузу, который в пику Эдисону работал с освещением на переменном токе. Он выкупил патенты и нанял самого Николу на работу в качестве консультанта. С наработками выдающегося серба компания рванула вперед, испугав Эдисона, который развернул «черный пиар» против переменного тока. Результатом этого в некотором роде стало и создание электрического стула. На нем преступников казнили именно переменным током. Таким образом Эдисон пытался доказать его опасность.
Пожар
Разбогатев, Тесла перебрался в собственную лабораторию, где продолжал работать над самыми различными изобретениями. Так, в начале 90-х годов он демонстрировал изумленной публике лампу без нити накаливания, которая не была подсоединена ни к одному проводу, но все равно светилась. Это было подобие гейслеровской газоразрядной лампы, внесенной в переменное электромагнитное поле высокой частоты. Позже Тесла наполнит эти лампы люминоформами, сделав прообраз современных люминесцентных ламп. Эдисону конкурент его ламп накаливания не понравился. Он называл его мертвым белым светом, опасным для глаз.
13 марта 1895 года изобретателя постиг серьезный удар. Его лаборатория в Нью-Йорке на Пятой авеню полностью сгорела. Видимо, из-за короткого замыкания в здании начался пожар, который за несколько часов полностью уничтожил труды всей жизни Теслы: приборы, все экспериментальные установки, чертежи и документы, записи в дневниках инженера. Под натиском репортеров Никола держался достойно. Он заявил, что все удастся восстановить, кроме писем его близких.
Несмотря на феноменальную память Теслы, эти слова звучали скорее как бравада для журналистов. Частично восстановить наработки удалось бы, вот только для этого нужна была новая лаборатория. Сгоревшая же оценивалась в $250 тыс. И где достать такие деньги, Тесла не знал. Газеты называли пожар не личной потерей ученого, а трагедией для целого мира.
Дом не был застрахован, оборудование принадлежало «Вестингауз электрик», компании, которая многим была обязана Тесле. Никола практически спас ее основателя, когда в кризис отказался от своих патентных выплат: Вестингауз обязался платить по $2,5 за каждую проданную лошадиную силу его моторов. К 1905 году это были бы $17,5 млн. Но компания Вестингауза находилась в плачевном состоянии, и основатель поставил Теслу перед выбором: либо мы несем ваши моторы и переменный ток в мир, либо выплачиваем вам деньги и закрываемся. Утверждается, что изобретатель на глазах Вестингауза разорвал тот договор.
Когда же сам Тесла оказался в беде, сотрудники «Вестингауз электрик» выставили ему счет за уничтоженное оборудование и не предоставили никаких отсрочек по платежам за новое. Почему молчал сам основатель компании, непонятно.
Но Никола к тому времени был уже всемирно знаменит и получил меценатскую помощь от американского предпринимателя. Ему предлагали создать совместную компанию, доработать то же изобретение радио до коммерческого образца, однако изобретатель видел перспективы в работе над высокочастотным током. Биографы ученого называют это главной ошибкой Теслы, негативно повлиявшей на его жизнь.
Рентген
Тесла вполне мог претендовать и на открытие X-лучей, впервые о которых рассказал Вильгельм Конрад Рентген в 1895 году. Еще в 1887-м серб проводил опыты с электровакуумными трубками. Внося их в поле токов высокой частоты, Никола регистрировал два вида излучения: видимый свет и ультрафиолетовое излучение. Но были и совершенно особые лучи, которые оставляли на металлических экранах странные отпечатки.
Спустя шесть лет во время публичной лекции Тесла вернулся к этим лучам, отметив их свойство проникать через предметы, что позволяло узреть находящиеся в ящиках объекты. Но из-за крайней занятости и распыленности ученого на различные объекты изучение лучей дальше не продвинулось. Только открытие Рентгена раскрыло глаза Николе, который, впрочем, не претендовал на первенство. Однако он крепко вцепился в тему, выпустил десяток научных статей о природе лучей и усовершенствовал рентгеновскую установку.
Тесла сканировал все и всех подряд: собак, своих коллег и самого себя. При этом для получения некоторых снимков приходилось сидеть под установкой по часу, во время чего исследователь частенько засыпал. Сперва он считал, что излучение совершенно безвредно: облучал голову, глаза, руки. Пока у него не появились первые ожоги.
Машина землетрясений Теслы
Позже Тесла потерял интерес к излучению и приступил к работе с ультразвуком, о чем соседи его лаборатории узнали самым неприятным образом — ученый буквально вызвал землетрясение в Нью-Йорке. По крайней мере, он, а позже его биографы рассказывали об этом происшествии.
С лабораторией Николы соседствовали полицейский участок, различные фабрики и жилые дома итальянцев. Весенним утром 1898 года полицейский участок начал ходить ходуном: тряслась мебель, ставни и двери сами собой открывались и хлопали. В панике население района выбежало на улицу, предполагая разрушительные толчки землетрясения. Полицейские же бросились прямиком к Тесле, которого считали виновником всех громких событий.
Ученого они нашли в лаборатории с кувалдой в руках. Ею он лупил по некому прибору, прикрепленному к опоре здания. Последний удар, и прибор рассыпался, землетрясение прекратилось. Это был осциллятор Теслы — генератор механических колебаний сверхвысокой частоты, вырабатывавший ультразвук. Эти колебания вызывали внутренний резонанс в предметах, когда совпадали с частотой их собственных колебаний. В этих принципах Никола видел огромную разрушительную силу. При достаточном объеме динамита изобретатель обещал расколоть Землю надвое.
Конечно, эти рассказы для репортеров оказались всего лишь рассказами. Позднейшие эксперименты с машиной поставили под сомнение ее всемогущие способности.
Радио Теслы
Еще в 1890 году Тесла предрекал появление аппарата, который позволит его владельцу слушать музыку, песни и человеческую речь в море или на земле на огромном расстоянии от источника звука. «Точно так же могут быть переданы любая картина, рисунок, знак или текст», — добавлял ученый. В некотором роде Никола стал первым предвестником интернета.
Но итальянец Маркони был куда более ушлым дельцом, чем Тесла. Со второй попытки ему удалось оспорить американские патенты серба на «Систему передачи электрической энергии» и на соответствующий аппарат (US 645576 и US 649621). Тем самым он оставил Николу без патентных выплат и без славы, получив Нобелевскую премию. Стоит отметить, что вклад Маркони в продвижение радио неоценим. Однако судебные тяжбы между ним и Теслой продолжались еще не одно десятилетие. Последний считал, что Маркони его попросту обворовывает. И только после смерти обоих изобретателей Верховный суд США поставил точку в первенстве, восстановив патенты серба на электрическую связь без проводов.
Радиоуправление
О первенстве Теслы говорит хотя бы тот факт, что в 1893 году он приступил к разработке дистанционно управляемых машин. Ученый писал, что упорно работал над ними пару лет и даже создал несколько механизмов, но приснопамятный пожар отбросил его далеко назад. Первая публичная демонстрация состоялась в 1898 году на выставке, где свои дистанционные мины представлял ненавистный Николе Маркони.
Гвоздем мероприятия стал показ изобретения Теслы — радиоуправляемой лодки, посреди которой торчал металлический стержень, а на носу и корме находились лампочки. У серба же в руках был дистанционный пульт управления. Меняя сигналы с пульта, Никола заставлял лодку двигаться вперед и назад, выполнять различные маневры.
Угасание гения
Но Теслу мало волновало мнение военных. Он был уверен, что в ближайшее время сможет передавать энергию без проводов. Идея фикс поразила ученого, и он отправился в Колорадо-Спрингс ставить эксперименты. Биографы Николы отмечают, что с этой поездкой наступил третий — заключительный и бесславный — период в жизни инженера. Великие изобретения остались позади, Тесла вошел в историю, и оставшаяся половина его жизни представляет собой медленный закат, о котором ученый пока не догадывается.
В Колорадо-Спрингс по заказу изобретателя построили 60-метровую антенну, с помощью которой Никола собирался экспериментировать с беспроводной передачей электричества. Но пока его башня, на которую с подозрением и опаской смотрели местные, только генерировала молнии — толщиной в руку и длиной более четырех метров.
На этой же станции Тесла, по его утверждению, зарегистрировал странные сигналы, которые могли быть радиопередачей с Марса или Венеры. Репортеры, естественно, выдали это за сенсацию. Никаких доказательств связи Николы с инопланетянами так и не было представлено. Ученого подняли на смех и за этот прокол, и за его дикую концепцию передачи электричества без проводов — он так и не смог объяснить, как же этого добиться на практике. Пока же выходили только молнии.
Несмотря на весь негатив, Тесла получил инвестиции под проект глобальной сети радио, хотя планировал заниматься энергией. На выделенные бизнесменом Морганом деньги Никола построил новую лабораторию и башню в Уорденклифе, которая стала известной на весь мир. Ее строительство, начавшееся в 1901 году, тут же вызвало претензии со стороны инвестора: он не понимал, зачем тратить деньги на башню, без которой Маркони сумел передать сигнал практически через всю Атлантику. Морган стал что-то подозревать и урезал финансирование.
Тесла раскрыл перед ним все карты. Бизнесмен планировал занять лидирующие позиции на рынке радио, но по факту выбросил огромную сумму денег на фантастические планы серба. Ученый на протяжении года писал ему письма отчаяния, однако после пары отказов его уже попросту игнорировали. Кредиторы осаждали Николу, участок вокруг башни пришлось продавать по кусочкам, а здание буквально по кирпичикам разбирали мародеры.
Крушение последних надежд Теслы повлияло на его характер. Он стал больше работать языком, а не головой, рассказывая о своих новых изобретениях, которые вскоре перевернут мир. Именно эти мистификации от самого серба поспособствовали созданию вокруг него ореола таинственности: космические лучи, загадка тунгусского метеорита, шпионские следы СССР и Германии. В биографии инженера осталось много таинственных пятен, которые напрямую не относятся к его настоящим изобретениям.
Никола Тесла умер в возрасте 86 лет. Это произошло между 5 и 7 января 1943 года в номере 3327 отеля «Нью-Йоркер» на 33-м этаже. Ученый не оставил после себя безутешной вдовы, детей и внуков, так как всю жизнь прожил в одиночестве.
Кто такой Никола Тесла и почему в честь него называют компании
10 июля празднуют 165 лет со дня рождения изобретателя, физика, инженера, чьи открытия позволили совершить вторую промышленную революцию. Что изобрёл Никола Тесла, почему ему долго не платили за работу, как функционируют его изобретения и почему они изменили мир, разбираемся вместе с преподавателем физики «Фоксфорда».
Александр Улитин,
В 2003 году Илон Маск основал Tesla Motors. Компания, названная в честь создателя асинхронного электродвигателя, использует технологию многофазных систем переменного тока. Никола Тесла впервые разработал и запатентовал её в 1883 году, дав научное описание явлению вращающегося магнитного поля.
Почему магнитное поле вращается
И наша планета, и магнитик на холодильнике обладает магнитным полем. Но мы можем его получить и искусственно. Для этого возьмём провод, сделаем из него рамку и пустим ток. Если ток будет постоянным, то и поле будет постоянным. Но если ток будет переменным и будет изменяться по синусоидальному закону, то и поле будет изменяться также. Теперь можно ещё усложнить и взять две рамки с переменным током и разместить их перпендикулярно друг другу. Если ток в обеих рамках будет одной частоты, но сдвинут по фазе, то мы получим вращающееся магнитное поле. Чем больше будет таких рамок, тем более гладким будет вращение.
Помимо двигателя, электромобили Tesla используют высокочастотные микропроцессоры для обработки сигналов, антенны для передачи и приёма радиосигналов, которые тоже придумал Тесла.
Кто такой Никола Тесла
💁 Краткий биографический экскурс
Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в хорватском селе Смилян, входившем тогда в состав Австрийской империи.
Он получил хорошее начальное образование благодаря отцу-священнику. Его дальнейший путь в образовании был такой: нижняя реальная гимназия → Высшее реальное училище в Карловаце → университет в Граце (в настоящее время — Грацский технический университет) → Пражский университет.
🙅♂️ Помехи
«Мне с детства была предназначена стезя священника. Эта перспектива, как чёрная туча, висела надо мной. Получив аттестат зрелости, я оказался на распутье. Должен ли я ослушаться отца, проигнорировать полные любви пожелания матери или подчиниться судьбе? Эта мысль угнетала меня, и в будущее я смотрел со страхом. Я глубоко уважал своих родителей, поэтому решил заниматься духовными науками. Именно тогда разразилась ужасная эпидемия холеры, которая выкосила десятую часть населения. Вопреки не допускающим возражений приказам отца я помчался домой, и болезнь подкосила меня… Во время одного из приступов, когда все думали, что я умираю, в комнату стремительно вошёл мой отец… Как сейчас вижу его мертвенно-бледное лицо, когда он пытался ободрить меня тоном, противоречащим его заверениям».
«Ты поступишь в лучшее учебное заведение в Европе», — ответил он торжественно, и я понял, что он это сделает. С моей души спал тяжкий груз».
(Н. Тесла, «Речь по случаю вручения медали Эдисона» (18 мая 1917 года); Н. Тесла, «Личные воспоминания»; Н. Тесла, «Мои изобретения»)
Во время учёбы произошло два очень важных события: первое — Тесла проиграл в карты так, что его родителям пришлось брать деньги в долг, после этого он перестал играть навсегда. Второе — заметил несовершенства машин постоянного тока и задумался об использовании переменного тока в электродвигателях.
Что такое электрический ток
Электрический ток — это направленное, упорядоченное движение носителей электрического заряда. В металлах это электроны, в электролитах и газах — ионы, в полупроводниках — электроны и дырки.
🚶♂️ Никола к успеху шёл
Никола Тесла искал место, где работать будет действительно интересно. После университета он устроился инженером-электриком в правительственную телеграфную компанию в Будапеште. Осуществить там свои замыслы по созданию электродвигателя переменного тока Тесла не смог, поэтому в конце 1882 года перешёл в Континентальную компанию Эдисона в Париже.
Первая серьёзная задача на новом месте — сооружение электростанции для железнодорожного вокзала в Страсбурге. Там же он впервые продемонстрировал работу асинхронного двигателя. В 1884 году, закончив с электростанцией и ожидая крупного вознаграждения, Тесла вернулся в Париж и уволился, как только понял, что ему не заплатят.
Летом того же года изобретатель переехал в Нью-Йорк и устроился в компанию Томаса Эдисона инженером по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока.
В чём разница между постоянным и переменным электрическим током
Разница в том, что переменный ток изменяется с течением времени по величине и направлению в электрической цепи. Если представить эти изменения на графике, то получится синусоида. Смещение такого графика вправо или влево называется фазой.
Эдисон холодно воспринимал новаторские идеи молодого изобретателя и в качестве шутки пообещал Тесле 50 000 долларов за улучшение электрической машины постоянного тока. Представив более двадцати идей, Тесла получил одобрение на каждое изменение, вновь не заработал ни цента и немедленно уволился.
После скандала изобретатель основал собственную компанию, связанную с вопросами электрического освещения, но сценарий повторился. Акционеры не стали платить за законченный проект дуговой лампы и предложили Тесле взять вознаграждение акциями. Из-за разногласий по оплате учёный оказался на улице и полгода занимался подсобными работами. По случайности во время рытья канав он познакомился с находившимся в подобном же положении инженером и изобретателем А. Брауном, который смог убедить своих знакомых оказать финансовую поддержку Тесле. Спустя несколько месяцев, в апреле 1887 года Тесла создал компанию Tesla Electric Company, которая начала заниматься обустройством уличного освещения новыми дуговыми лампами.
Что такое дуговая лампа
Дуговая лампа — это обозначение целого класса ламп, использующих электрическую дугу в качестве источника света. Сегодня такой принцип используется в люминесцентных лампах. Работают они так: внутри находится смесь инертного газа и паров ртути. Электрический ток, проходя через газообразное тело внутри лампы, возбуждает ультрафиолетовое излучение, которое попадает на люминофор, нанесённый на стенки лампы. Потом люминофор переизлучает поглощённое им УФ-излучение в видимый свет.
Офис открылся на Пятой авеню неподалёку от здания, занимаемого компанией Эдисона, и между изобретателями развязалась «Война токов» .
Несколько лет спустя американский промышленник Джордж Вестингауз выкупил (наконец-то за деньги!) у Теслы более 40 патентов. Вестингауз пригласил изобретателя на должность консультанта на заводах в Питтсбурге, где разрабатывались промышленные образцы машин переменного тока. Тесла не получал удовольствия от работы, считал, что она мешает появлению новых идей, и через год вернулся в лабораторию в Нью-Йорке.
🌟 И сквозь тернии к звёздам пришёл
Началась самая плодотворная часть жизни изобретателя. Во время изучения высокочастотных магнитных полей Тесла получил множество патентов на изобретения.
В 1895 году в лаборатории произошёл пожар, сгорели все наработки. Тесла заявил, что без труда восстановит свои открытия по памяти. Внезапную поддержку изобретателю оказала «Ниагарская энергетическая компания», выделив 100 000 долларов на новую лабораторию. В июне 1902 года Тесла перенёс свою лабораторию в Ворденклиф и приступил к строительству первой беспроводной телекоммуникационной башни для коммерческой телефонии и радиовещания через Атлантику.
В дополнение Тесла намеревался продемонстрировать передачу электроэнергии без проводов. Поскольку это могло обрушить рынок и предоставить всем желающим дешёвую электроэнергию, Дж. П. Морган, акционер первой в мире Ниагарской ГЭС и медных заводов, отказался от дальнейшего финансирования. Вдобавок истекло большинство патентов Теслы, а значит — остановилась выплата гонораров. Серьёзное сокращение бюджета остановило строительство башни Ворденклиф. До 1917 года башню не использовали. Опасаясь, что она станет маяком для германских кораблей, правительство США приняло решение о демонтаже башни. Из-за высокого качества строительства это удалось сделать только с помощью взрыва.
Данных о том, чем занимался Тесла после строительства башни, практически нет. За несколько лет до смерти он вышел покормить голубей и столкнулся с такси. Травма спины спровоцировала воспаление лёгких, и в 1943 году Тесла скончался.
Список открытий и изобретений Николы Теслы и где они применяются сейчас
За всю жизнь Никола Тесла получил более 700 патентов. Многие его разработки стали электрической догмой, но открытия и нововведения не ограничивались одной сферой. Например, Тесла придумал радио раньше Маркони и Попова и работал с рентгеновскими лучами до их официального открытия Вильгельмом Рентгеном.
⚡ Многофазный электрический ток
Что такое многофазный электрический ток
Если у нас есть несколько переменных токов, максимумы и минимумы которых смещены относительно друг друга, то мы получим многофазный электрический ток.
Многофазный электрический ток используют в асинхронных двигателях, а также в линиях электропередач для более экономичной передачи электроэнергии.
📶 Радиосвязь и мачтовая антенна для радиосвязи
Как работает антенна
Антенна может работать в двух режимах: либо как передатчик, либо как приёмник сигнала. Когда антенна работает в режиме приёма, электромагнитное поле падающей на антенну волны наводит токи на токопроводящих элементах конструкции антенны, создавая разность потенциалов, которую радиоприёмник преобразует в выходной сигнал, и мы можем услышать музыку. Если мы хотим передать сигнал, то происходит всё ровно наоборот: радиопередатчик образует переменный электрический ток, и вокруг антенны создаётся переменное магнитное поле, которое порождает вихревое электрическое поле и в результате образуется электромагнитная волна, которая уносится в пространство. [Картинка №5 устройство антенны]
Сегодня антенны используют повсеместно: от радиоприёмников и автомобилей до Wi-Fi-роутеров, телефонов и 5G-вышек.
🌩️ Трансформатор Тесла
Что такое трансформатор
Трансформатор — электромагнитное устройство, которое изменяет напряжение электрической системы, сохраняя частоту, за счёт электромагнитной индукции.
Катушка Теслы — это тоже трансформатор, но резонансный, способный производить высокое напряжение высокой частоты.
К сожалению, сейчас трансформатор Тесла используют только в качестве декоративных и развлекательных целей, так как выходное напряжение может достигать миллионов вольт, создавая многометровые молнии.
💡 Люминесцентные лампы
Такие лампы очень экономичные, они быстро заменили лампы накаливания. Но прогресс не стоит на месте, и сейчас мы всё чаще используем светодиодное освещение.
Прим. ред. Continental Edison Company — одна из крупнейших энергетических компаний в США с 1823 года.
Прим. ред. Edison Machine Works. Бывшая компания по производству динамо, больших электродвигателей и других компонентов электрического освещения, принадлежащая Томасу Эдисону
Не путать с Continental Edison Company.
Прим. ред. Серия событий, связанных с внедрением двух конкурирующих систем освещения. Первая система освещения улиц основывалась на дуговых лампах, работающих на переменном токе высокого напряжения (Н. Тесла); а вторая заключалась в крупномасштабном производстве компанией Томаса Эдисона ламп накаливания низкого напряжения на постоянном токе, предназначенных для применения в закрытых помещениях. Кстати, в 2017-м году вышел фильм «Война токов» с Бенедиктом Камбербэтчем в роли Томаса Эдисона и Николасом Холтом в роли Никола Тесла. Фильм как раз про эти события!
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
10 величайших изобретений Николы Теслы, без которых невозможно представить современность
Никола Тесла был человеком с огромным количеством идей. Судите сами: с именем учёного связано более трёхсот патентов. Он далеко опережал время, поэтому многие его теории, к большому сожалению, не нашли физического воплощения. Несмотря на то, что Тесла так и не получил признания от главного соперника, Томаса Эдисона, его неоспоримый талант принёс человечеству действительно полезные изобретения. Мы собрали некоторые из наиболее впечатляющих творений Николы Теслы.
Катушка Тесла
Катушка Тесла была изобретена в 1891 году. Она состояла из первичной и вторичной катушек, у каждой из которых был собственный конденсатор для запаса энергии. Между катушками находился искровой промежуток, в котором генерировался разряд электричества, способного преобразовываться в дуги, проходить сквозь тело и создавать область заряженных электронов.
Тесла был одержим мечтой беспроводной городской электрификации, что и послужило толчком к изобретению этого механизма. В наши дни катушка Тесла чаще всего используется для развлечения и популяризации науки — её можно увидеть в экспозициях естественно-научных музеев по всему миру. Однако важность данного изобретения заключается в том, что был найден ключ к пониманию природы электричества и возможности его использования.
Усиливающий передатчик
Развивая идею передачи электроэнергии без применения проводов, Тесла решил, что лучше всего это делать на больших высотах. Именно поэтому, пользуясь финансовой помощью меценатов, он создал лабораторию в горах Колорадо-Спрингс в 1899 году. Там он построил свою самую большую и мощную катушку Тесла, которую назвал «усиливающим передатчиком». Он состоял из трёх катушек и составлял почти 16 метров в диаметре. Передатчик генерировал миллионы вольт электричества и создавал пучки молний длиной до 40 метров. На тот момент это была самая мощная молния, созданная искусственно.
Проблема заключалась в том, что Тесла был слишком амбициозен для своей эпохи: идея беспроводной передачи энергии начала воплощаться в жизнь лишь во втором десятилетии XXI века, да и то в качестве концептов и образцов. Несмотря на то, что проект всё ещё лежит за пределами повседневного использования, дальновидность изобретателя поражает. Усиливающий передатчик был предшественником Башни Тесла, или башни Варденклифф, которая, по замыслу своего создателя, должна была обеспечить мир бесплатным электричеством и коммуникацией. Тесла начал работу над проектом в 1901 году, но после того, как финансирование прекратилось, он свернул свои изыскания, а в 1915 году участок был выставлен на торги. Провал выбил землю из-под ног изобретателя: его постиг нервный срыв, и Никола Тесла объявил о своём банкротстве.
Турбина Николы Тесла
В начале XX века, на заре эры поршневых двигателей внутреннего сгорания, Тесла создал свою турбину, которая могла конкурировать с двигателем внутреннего сгорания (ДСВ). В турбине отсутствовали лопасти, а топливо сгорало вне камеры, вращая гладкие диски. Именно их вращение и давало работу двигателю.
В 1900 году, когда Тесла протестировал свой двигатель, эффективность потребления топлива составила 60% (к слову, с нынешними технологиями этот показатель не превышает 42% преобразования топлива в энергию). Несмотря на безусловный успех изобретения, оно не прижилось: бизнес был ориентирован именно на поршневые ДСВ, которые и сейчас, спустя более 100 лет, остаются основной движущей силой автомобилей.
Теневая фотография
В 1895 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген обнаружил таинственную энергию, которую он назвал «рентгеновскими лучами». Он обнаружил, что если поместить фотоплёнку между частью тела и свинцовым экраном, то получится снимок костей. Спустя несколько лет, именно снимок руки жены учёного, на котором видно костное строение конечности и обручальное кольцо, принёс Рентгену мировую известность.
При этом есть ряд доказательств того, что ещё до открытия рентгеновских лучей, Тесла знал об их существовании: его исследования были прекращены из-за пожара в лаборатории в 1895 году, который произошёл незадолго до публикации результата опытов Рентгена. Тем не менее, открытие новых лучей вдохновило Николу Теслу на создание собственной версии рентгена с использованием вакуумных трубок. Свою технологию он назвал «теневой фотографией».
Тесла считается первым человеком в США, сделавшим рентгеновский снимок собственного тела: «в кадре» оказались его ноги в ботинках. Этот снимок вместе с восторженным письмом, в котором Никола Тесла поздравлял своего коллегу с великим открытием, был отправлен Рентгену. Тот, в свою очередь, похвалил американского учёного за чёткость и хорошее качество его теневой фотографии. Эта особенность улучшенного метода внесла значительный вклад в развитие современных рентгеновских аппаратов, и её так и не удалось превзойти.
Радио
Личность изобретателя радио по сей день является предметом ожесточённых споров. В 1895 году Тесла был готов передать радиосигнал на расстояние 50 км, но, как мы уже знаем, его лаборатория сгорела, что затормозило исследования в данной области. В то же время в Англии итальянец Гульельмо Маркони разработал и запатентовал технологию беспроволочной телеграфии в 1896 году. В системе Маркони использовались два контура, что снизило покрывающую площадь радиопередачи, а наработки Тесла могли значительно увеличить выходную мощность сигнала.
Никола Тесла представил своё изобретение перед Патентным бюро США в 1897 году и получил патент в 1900 году. В это же время Маркони попытался получить патент в США, но его изобретение было отвергнуто, так как оно слишком сильно походило на уже запатентованную технологию, принадлежащую Тесле. Испугавшись, Маркони открыл собственную компанию, находящуюся под серьёзной защитой Эндрю Карнеги и Томаса Эдисона.
В 1901 году, используя ряд патентов, принадлежащих Тесле, Маркони смог передавать радиоволны через Атлантику. В 1904 году, не имея внятного обоснования, Патентное бюро отменило своё решение и признало патент Маркони действительным, что и сделало его формальным изобретателем радио. В 1911 году итальянец получил Нобелевскую премию, а спустя 4 года, в 1915, Тесла подал в суд на компанию, принадлежащую Маркони, за незаконное использование чужой интеллектуальной собственности. К сожалению, на тот момент Никола Тесла был слишком беден, чтобы судиться с крупной корпорацией. Судебные тяжбы прекратились лишь в 1943 году, через несколько месяцев после смерти изобретателя. Тогда комиссия постановила законность его требований и оставила в силе патент Теслы.
Неоновые лампы
Несмотря на то, что флуоресцентный или неоновый свет не был открыт Николой Теслой, он внёс весомый вклад в улучшение технологии их получения: никто до сих пор не придумал альтернативы его катодному излучению, получаемому с помощью электродов, помещённых в вакуумные трубки.
Тесла увидел потенциал экспериментов с газовой средой, через которую проходили электрические частицы, а также разработал четыре различных типа освещения. Например, он конвертировал так называемый чёрный цвет в видимый спектр с помощью фосфоресцирующих веществ, созданных им же. Кроме того, Тесла нашёл практическое применение таким технологиям, как неоновые лампы и рекламные вывески.
На Всемирной выставке в Чикаго (также именуемой Колумбийской Экспозицией) в 1893 году, Тесла оборудовал своё выставочное место неоновыми вывесками, которые мгновенно произвели впечатление на посетителей. Идея настолько понравилась людям, что неоновые огни с тех пор стали символом мегаполисов по всему миру.
Трансформаторная подстанция гидроэлектростанции Адамса
Комиссия по Ниагарскому водопаду находилась в поиске компании, которая в силах построить ГЭС, способную обуздать мощь водных ресурсов на долгие годы. Сначала фоворитом была фирма Томаса Эдисона, однако после того, как Тесла продемонстрировал эффективность переменного тока перед представителями компании «Уэстингхаус Электрик», выбор пал на него в 1983 году. Инженеры «Уэстингхаус» использовали наработки Николы Тесла, но большим препятствием было получение финансирования столь инновационного проекта, в жизнеспособности которого сомневались многие.
Тем не менее, 16 ноября 1896 года в машинном зале ГЭС Адамса был торжественно повернут рубильник, а станция начала обеспечивать электричеством город Буффало в штате Нью-Йорк. Позже были построены ещё десять генераторов, работающих для электрификации Нью-Йорка. Для того времени проект был поистине революционным и поставил планку для всех современных электростанций.
Асинхронный двигатель
Асинхронный двигатель состоит из двух частей — статора и ротора и в работе используется переменный ток. Статор остаётся неподвижным, с помощью магнитов вращая ротор, находящийся в середине конструкции. Такой тип двигателя отличается долговечностью, простотой в использовании и сравнительно низкой стоимостью.
В 80-х годах XIX века над созданием асинхронного двигателя трудились два изобретателя: Никола Тесла и Галилео Феррари. Оба они представили свои наработки в 1888 году, однако Феррари опередил своего соперника на два месяца. При этом их исследования были независимы, а результаты идентичны, к тому же оба изобретателя использовали патенты Теслы. Асинхронный двигатель стал невероятно популярным и используется до сих пор в пылесосах, фенах и электроинструментах.
Телеавтомат
В 1898 году, на выставке электротехники в Мэдисон-Сквер-Гарден, Тесла продемонстрировал своё изобретение, которое он назвал «телеавтоматом». По сути, это была первая в мире радиоуправляемая модель судна. У изобретения не было патента, так как представители Патентного бюро не желали признавать существование того, что (по их мнению) не могло существовать. Никола Тесла показал несостоятельность их сомнений, продемонстрировав своё изобретение на выставке. Он дистанционно управлял рулевым винтом модели и освещением корпуса с помощью радиоволн.
Это изобретение стало первой ступенью в трёх совершенно разных сферах. Во-первых, Тесла разработал пульт дистанционного управления, который сейчас применяется в быту — от домашних телевизоров до гаражных ворот. Во-вторых, модель была первым роботом, который двигался без прямого воздействия человека. И наконец, в-третьих, сочетание робототехники и дистанционного управления позволяют назвать катер Николы Тесла прадедушкой современных дронов.
Изобретение переменного тока
Не подлежит сомнению тот факт, что наиболее важные изобретения Николы Теслы связаны с переменным током. Хоть изобретатель и не является пионером в этой области, его изыскания позволили провести электрификацию на мировом уровне.
Говоря о том, как переменный ток завоевал мир, нельзя не упомянуть имя Томаса Эдисона. На заре своей деятельности, Тесла трудился в компании своего будущего соперника. Именно фирма Эдисона первой стала работать с постоянным током. Переменный ток схож по характеристикам с батареями, так как посылает энергию на носители вне контура. Проблема в том, что сила тока постепенно ослабевает, а это делает невозможным перемещение электричества на большие расстояния. Эту задачу решил Тесла, работая с переменным током, который позволяет перемещать электричество от источника и обратно, а также покрывать огромные расстояния между объектами.
Томас Эдисон осуждал Николу Теслу за его исследования в области переменного тока, считая их бессмысленными и бесперспективными. Именно эта критика послужила поводом для того, чтобы пути двух изобретателей разошлись навсегда. Пока Тесла был безработным и перебивался на случайных заработках, он не мог собрать средства для создания собственной компании. Прошлые успехи привлекли к его работам внимание Джорджа Уэстингхауса, инженера и бизнесмена. Он выкупил все патенты Николы Теслы, связанные с переменным током.
Поворотным моментом в истории электричества можно назвать тендер на установку освещения Всемирной выставки в Чикаго в 1983 году, в котором участвовали фирмы Эдисона и Уэстингхауса. Первый предложил электрифицировать экспозицию за 554 тысячи долларов, а второй обещал сделать это за 399 тысяч долларов, что и дало ему победу и контракт, а затем и успешное воплощение обещанного в жизнь, тем самым обеспечив переменному току светлое будущее. И снова благодаря великому гению Николы Теслы.
Все эти изобретения ещё раз доказывают, что, в первую очередь, Тесла был мечтателем, который не боялся сойти с протоптанной тропы классической науки и мыслить шире установленных в то время рамок. Кто знает, в каком бы веке мы сейчас жили, не будь Тесла одержимым новыми идеями практиком?
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Как глупая шутка Эдисона привела к началу «Войны токов» между ним и Теслой
Томас Эдисон, талантливый бизнесмен и изобретатель лампочки
Томас Эдисон широко известен как один из самых выдающихся изобретателей в истории не только США, но и всего мира. В отличие от мечтателя Теслы, он был не только бесспорным гением в лаборатории, но и совершенно безжалостным дельцом, который, в первую очередь, стремился заработать деньги на своих изобретениях. Только на территории США на его имя было оформлено более 1000 патентов.
Родившийся в разгар промышленно революции в 1847 году, Эдисон был частью новой волны ученых и изобретателей, которые проложили путь в современную эпоху. Его знаменитая исследовательская лаборатория в Менло-Парке, штат Нью-Джерси, занималась разработкой инноваций, которые до сих пор лежат в основе большей части современной промышленной и потребительской инфраструктуры, включая фонограф (аппарат для записи и воспроизведения звука), кинофильмы и лампочку. Его заслуги в научной сфере достигли таких высот и признания, что город, в котором ранее располагалась лаборатория, теперь носит его имя.
Его эгоизм и самоуверенность были в какой-то мере оправданы. Он был практически монополистом в своей сфере, мало кто мог конкурировать с требовательным гением. В 1879 году, Эдисон представил лампу накаливания. Намереваясь внедрить свое изобретение в каждый дом страны, он начал исследовать систему, которая позволяла бы поставлять энергию для освещения Америки.
Мечтатель Никола Тесла, бедный сербский гений
Тесла работал инженером-электриком на Будапештской телефонной станции. Через год он уехал в Париж, чтобы стать сотрудником компании «Континентал Эдисон», ответвлении успешного американского бизнеса изобретателя. Он видел все недостатки постоянного тока и стал одним из приверженцев идеи поиска альтернативы.
В 1882 году, Теслу внезапно осенило решением инженерной части проблемы. Его способность визуализировать сложные математические уравнения и внутреннюю структуру механизмов пригодилась, когда Тесла придумал генератора переменного тока.
Это стало для него чем-то вроде навязчивой идеи. Его начальника перевели в американский филиал, и он предложил Тесле поехать с ним. Путешествие было тяжелым, а во время мятежа на корабле, у Николы украли все вещи. Однако, он считал это приемлемой ценой за возможность работать на самого Томаса Эдисона.
Тесла испытывал благоговейный трепет перед своим новым боссом. Открытия и хватка Эдисона его восхищали. Никола был привлечен к работе над различными проектами, включая ремонт системы электроснабжения на «Орегоне», первом пароходе с электричеством, сборку генераторов постоянного тока и многое другое.
«Война токов», глупые шутки и разрыв отношений между Теслой и Эдисоном
После восьми лет испытаний и экспериментов Эдисон придумал решение — постоянный ток для подачи 110 вольт в энергосеть. Он должен был стать идеальной заменой энергии паровых машин и снизить риск несчастных случаев. Его изобретение было встречено овациями и восторгом. Однако вскоре стали заметны многочисленные недостатки.
Энергия текла только в одном направлении, и провода часто плавились. Система не позволяла передавать энергию на расстояния более 1-2 км, поэтому генераторы следовало устанавливать буквально на каждом углу города. В результате небо Нью-Йорка было усеяно толстыми медными проводами.
Тесла не раз заикался о преимуществах переменного тока. Может быть, Эдисон и признавал правоту сербского изобретателя, но подобная инновация была для него категорически невыгодна. Он потратил сотни тысяч на разработку и установку линий постоянного тока. Это принесло ему огромную прибыль. И начинать все перестраивать заново только из-за каки-то расчетов пусть и талантливого, но простого работника?
Однако Эдисон признавал необходимость доработки динамо-машины, что и поручил это Тесле. Более того, он даже пообещал за хорошую работу заплатить 50 тысяч долларов премии, неимоверная сума по меркам того времени. Тесла вызов принял и с энтузиазмом погрузился в расчеты. Он представил несколько рабочих вариантов реструктуризации и уже мысленно распланировал на какие новые проекты и оборудование потратит премию.
Эдисон был в восторге от предложения Никола и сразу пустил машину в производство. Вот только платить он ничего и никому не собирался. В ответ на обиженное недоумение Теслы Эдисон заявил, эмигрант все еще не привык к реалиям США и совершенно не понимает американских шуток. Это настолько вывело из себя Теслу, что он уволился, громко хлопнув дверью на прощание.
Тесла продал патенты главному конкуренту Томаса Эдисона
Тесла работал на Эдисона всего около шести месяцев. За это время он успел сделать себе имя в научных кругах. Многие инвесторы заинтересовались финансированием его работ. Само создание нового генератора электричества не заняло у него много времени. Весной 1888 года он получил семь отдельных патентов на различные части механизма. И продал их Джорджу Вестингаузу, главному конкуренту Эдисона в гонке за снабжение городов электроэнергией. Гонка между переменным и постоянным током постоянно обострялась, между двумя изобретателями буквально искры летали при каждой встрече.
Эдисон сделал все возможно для дискредитации конкурента. Он заполнил город плакатами, предупреждающими об опасности переменного тока, и ездил по городам, устраивая презентации с электроказнью животных, уверяя, что такая судьба ждет всех пользователей изобретения Теслы.
Противостояние завершилось на Чикагской всемирной выставке 1893 года. Эдисону и Тесле предложили разработать схему освещения на 20 тысяч лампочек. Эдисон сказал, что ему требуется миллион на подобный проект, а Тесла скромно попросил в два раза меньше. Кроме того, макет Теслы был намного эстетичнее — при использовании постоянного тока пришлось бы всю территорию ярмарки оплести проводами.
Тесла снова и снова демонстрировал красоту и мощь своего переменного тока, заставляя искры прыгать с его пальцев. Эдисон также продемонстрировал свой вариант освещения, хотя и с худшей удачей: все лампочки едва светились.
Нищий победитель и миллионер проигравший
Томас Эдисон заработал состояние на одних лишь патентах, которых к концу его жизни было уже более 3000. Даже если бы он ничего не изобретал и не модернизировал, только этих выплат ему бы хватило на 1-2 века безбедной жизни. Все же Томас Эдисон относился к тем людям, которые сумели выстоять и не отказаться от поставленной цели после первого провала .
Читайте также: