Световната безжична система на Никола Тесла

През юни 1899 г. учен от сръбски произход, Никола Тесла, започва експериментална работа в лабораторията си в Колорадо Спрингс (САЩ). Целта на Тесла по това време е практическо проучване на възможността за пренос на електрическа енергия през естествената среда.

Лабораторията на Тесла е издигната на огромно плато, което се намира на надморска височина от две хиляди метра над морското равнище, а районът за стотици километри наоколо е известен с доста чести гръмотевични бури с много ярки светкавици.

Тесла каза, че с помощта на фино настроено устройство е успял да открие удари на мълния, настъпили на разстояние седем или осемстотин километра от лабораторията му. Понякога той чакаше звука на гръмотевица от следващия светкавичен разряд почти час, докато устройството му точно определяше разстоянието до мястото, където е възникнал разрядът, както и времето, след което звукът ще достигне лабораторията му.

Искайки да изследва електрическите вибрации в земното кълбо, ученият инсталира приемния трансформатор, така че неговата първична намотка да е заземена с един от неговите изводи, докато вторият му извод е свързан с проводим въздушен извод, чиято височина може да се регулира.

Вторичната намотка на трансформатора е свързана към чувствително саморегулиращо се устройство. Колебанията в първичната намотка доведоха до появата на токови импулси във вторичната намотка, които от своя страна управляваха записващото устройство.

Един ден Тесла наблюдава удари на мълния от гръмотевична буря, която бушува в радиус по -малко от 50 километра от лабораторията му, а след това с помощта на устройството си той успява да запише около 12 000 светкавични изхвърляния само за два часа!

По време на наблюденията ученият първоначално беше изненадан, че ударите на мълния по -далеч от лабораторията му често оказват по -силно въздействие върху записващото му устройство от тези, които удрят по -близо. Тесла недвусмислено установи, че разликата в силата на разрядите не е причината за разликите. Но какво тогава?

На трети юли Тесла направи своето откритие. Наблюдавайки гръмотевична буря този ден, ученият отбелязва, че буреносните облаци, които се втурват с висока скорост от лабораторията му, генерират почти редовни (повтарящи се на почти равни интервали) удари на мълния. Той започна да наблюдава рекордера си.

Тъй като гръмотевичната буря се отдалечи от лабораторията, токовите импулси в приемния трансформатор първоначално отслабнаха, но след това отново се засилиха, дойде пик, след това премина и беше заменен с намаляване на интензивността, но след това отново дойде пик, а след това отново намаление.

Той наблюдава този отчетлив модел дори когато гръмотевичната буря вече се е отдалечила на около 300 километра от лабораторията му, интензитетът на получените смущения остава доста значителен.

Ученият нямаше никакво съмнение, че това са вълни, разпространяващи се от местата, където мълнията удари, по земята, сякаш по обикновен проводник, и той наблюдава техните върхове и корита точно в онези моменти, когато мястото на приемащата намотка ги удари.

Тогава Тесла се зае да изгради устройство, което да генерира подобни вълни. Трябваше да бъде верига с много висока индуктивност и възможно най -малко съпротивление.

Предавател от този вид може да предава енергия (и информация), но по същество не по същия начин, както е реализиран в устройствата на Херц, тоест не чрез електромагнитно излъчване… Предполага се, че това са стоящи вълни, разпространяващи се по земята като проводник и през електропроводима атмосфера.

Както е замислено от учения, честотата в неговата система за пренос на енергия трябва да бъде намалена до такава степен, че да се сведе до минимум излъчването (!) На енергията под формата електромагнитни вълни.

Тогава, ако са изпълнени условията за резонанс, веригата ще може да акумулира електрическата енергия на много първични импулси като махало. А ефектът върху приемащите станции, настроени на резонанс, ще се окаже от хармонични трептения, чиято интензивност по принцип може да надвишава по мащаб явленията на естественото електричество, които Тесла наблюдава по време на гръмотевични бури в Колорадо.

С такова предаване ученият предполага, че ще използва свойствата на проводимост на естествената среда, за разлика от метода на Херц с радиация, където много енергия просто се разсейва и само много малка част от предаваната енергия достига до приемника.

Ако синхронизирате приемника на Tesla с неговия предавател, тогава енергията може да бъде получена с ефективност, достигаща 99,5% (Никола Тесла, статии, стр. 356), сякаш чрез прехвърляне на ток през проводник с ниско съпротивление, въпреки че на практика прехвърлянето енергия се получава безжично. Земята действа като единствен проводник в такава система. Технологията, както вярва Тесла, дава възможност да се изгради световна система за безжично предаване на електрическа енергия.

Аналогията, която Тесла даде, противопоставяйки своята система на системата на Херциан по отношение на ефективността на предаване на енергия (или информация), е следната.

Представете си, че планетата Земя е гумена топка, пълна с вода. Предавателят е бутална помпа, работеща в някакъв момент от повърхността на топката — водата се изтегля от топката и се връща към нея с определена честота, но периодът трябва да е достатъчно дълъг, за да може топката като цяло да се разшири и свие при тази честота.

Тогава сензорите за налягане на повърхността на топката (приемниците) ще бъдат информирани за движения, независимо от това колко далеч от помпата са разположени, и със същия интензитет. Ако честотата е малко по -висока, но не много висока, тогава трептенията ще се отразят от противоположната страна на топката и ще образуват възли и антинодове, докато ако се работи в някой от приемниците, тогава енергията ще се изразходва, но предаването му ще се окаже много икономично …

В системата на Херц, ако продължим аналогията, помпата се върти с огромна честота, а отворът, през който се вкарва и връща водата, е много малък. Колосална част от енергията се изразходва под формата на инфрачервени топлинни вълни, а малка част от енергията се прехвърля към топката, така че приемниците могат да свършат много малко работа.

На практика Tesla предлага да се постигнат резонансни условия в световната безжична система, както следва. Предавателят и приемникът са вертикално заземени многооборотни бобини с голяма повърхностна проводимост на клемите, прикрепени към горните им проводници.

Предавателят се захранва от първична намотка, която съдържа значително по-малко обороти от вторичната, и е в силна индуктивна връзка към дъното на заземена многооборотна вторична бобина.

Променливият ток в първичната намотка се получава с помощта на кондензатор. Кондензаторът се зарежда от източника и се разрежда през първичната намотка на предавателя. Честотата на трептене на така образуваната първична колебателна верига се прави равна на честотата на свободните трептения на вторичната верига, а дължината на проводника на вторичната намотка от земята до терминала се прави равна на една четвърт от дължината на вълната на трептенията разпространява се по него.

При условие, че почти целият собствен електрически капацитет на вторичната верига пада върху терминала, тогава именно на терминала се получават антинодът (винаги максималният размах) на напрежението и възелът (винаги нула) на тока, и в точката на заземяване — антинодът на тока и възелът на напрежението.Приемникът има дизайн, подобен на предавателя, с единствената разлика, че основната му бобина е многооборотна, а късата в долната част е вторична.

Оптимизирайки веригата на приемника, Тесла стигна до заключението, че за най -ефективната си работа напрежението от вторичната намотка трябва да бъде коригирано. За това ученият разработи механичен токоизправител, който позволява не само да коригира напрежението, но и да прехвърля енергия към товара само в онези моменти, когато напрежението на вторичната намотка на приемната верига е близо до стойността на амплитудата.