Борис Ржонсницкий
НИКОЛА ТЕСЛА
ПРЕДИСЛОВИЕ
В дни десятилетия Октябрьской революции активисты Киевского общества друзей радио и работники Киевского политехнического института устроили выставку электро– и радиооборудования. Мне было шестнадцать лет, когда вместе с несколькими приятелями, такими же начинающими радиолюбителями, я попал на эту выставку.
В одной из подвальных комнат мы увидели странное сооружение. На полу в центре комнаты стояла картонная труба метра два высотой, обмазанная смолой и обмотанная проводом.
Студент-политехник в фуражке с черным лакированным козырьком и темно-зеленым бархатным околышем, на котором поблескивал золотом значок – скрещенные молоток и разводной ключ, погасил свет, включил рубильник. Яркие молнии окутали черную смоленую трубу. По комнате заметались огненные зигзаги.
– Что это? – робко спросил кто-то из моих друзей.
– Тесла, – небрежно и высокомерно ответил студент. Это был высоковольтный высокочастотный резонансный трансформатор Теслы. Мы не знали еще тогда о существовании электрика-изобретателя Николы Теслы. Для нас слово «Тесла» означало не фамилию человека, а название аппарата. Но какого аппарата! Удивительнейшего из удивительных. И в наши дни опыты с трансформатором Теслы являются одними из самых эффектных электротехнических демонстраций.
Быть может, именно в тот день у многих из нас окончательно созрело решение посвятить себя электротехнике, избрать в ней область токов высокой частоты.
Никола Тесла является одним из творцов промышленной электротехники переменных многофазных токов. В конце прошлого века им были созданы первые конструкции двухфазных генераторов и электродвигателей. Дальнейшее развитие электротехники переменного тока пошло но пути трехфазных систем, создание которых связано с именем Михаила Осиповича Доливо-Добровольского. Здесь уместно привести слова самого Доливо-Добровольского из его статьи, написанной в 1917 году: «…Открытие трехфазного тока не есть единичное открытие; дело идет даже не только о многих типах электродвигателей, но о принципах конструкций и расчетов; вопрос охватывает схемы включения, трансформаторы и расположение первичных машин, то есть «электрическую систему». Это уже больше не отдельные независимые вопросы, а комплексная область». И далее с большой похвалой Доливо-Добровольский отзывается об исследованиях Теслы.
Другой цикл работ, проведенный Николой Теслой, относится к токам высокой частоты, беспроволочной передаче электроэнергии.
Здесь необходимо сказать несколько слов об общей обстановке, в которой проводились опыты по беспроволочной передаче электроэнергии.
В 1873 году Максвелл опубликовал свой знаменитый трактат об электричестве и магнетизме. Этим было завершено построение общей теории электромагнитных явлений. В дальнейшем уже не было обнаружено ни одного факта, который бы не укладывался в рамки теории Максвелла.
В 1889 году вышла в свет работа Генриха Герца «Силы электрических колебаний в соответствии с теорией Максвелла». В ней был дан количественный расчет мощностей, передаваемых при помощи электромагнитного излучения.
Экспериментальные и теоретические исследования Герца окончательно установили, что электрическая энергия может быть передана без проводов тремя различными способами: электрической индукцией, электромагнитной индукцией и, наконец, электромагнитной волной.
Исследователи в различных странах обратилась к решению поставленной жизнью задачи – осуществлению беспроводной передачи электромагнитных волн. Это был коллективный труд, кооперация современников, многие из которых даже не знали о существовании друг друга, но работали в одном направлении, двигали общее дело.
Говоря о передаче сигналов без проводов, мы в первую очередь называем Александра Степановича Попова, который уже в 1895 году демонстрировал радиоприемное устройство – свой знаменитый грозоотметчик.
Тесла много занимался беспроводной передачей сигналов, для чего им был создан специальный резонансный трансформатор и впервые в мире применил антенное устройство.
Электромагнитные волны Тесла с успехом применил не только для передачи телеграмм, но и для передачи сигналов управления различными механизмами. Тесла построил модель радиоуправляемого судна и потому по справедливости может быть назван родоначальником радиотелемеханики.
Он поставил перед собой и еще более грандиозную задачу: передавать без проводов не только слабые телеграфные или телефонные сигналы, но также и большие количества энергии, достаточные для питания мощных электрических устройств.
Нужно четко различать передачу сигналов от передачи энергии. Смешение этих понятий недопустимо.
При передаче сигналов могут иметь место потери, которые во много раз превышают полезную мощность, получаемую приемником. Тысячи киловатт излучает мощная современная радиовещательная станция, а радиоприемник получает ничтожные доли ватта (часто меньше одной миллиардной доли от энергии, излученной передатчиком). Энергия радиоволны, уловленной приемником, не может выполнить ощутимой работы; необходим вспомогательный источник энергии (электросеть, батарея и т. п.), чтобы привести радиоприемник в действие.
При передаче энергии для силовых целей дело должно обстоять иначе, чем при передаче сигналов: приемник должен получать значительные мощности, и потери при передаче должны быть малы. Поэтому при силовой передаче совершенно недопустимо посылать энергию во все стороны: «Всем, всем, всем!» – как это делается при радио– или телевещании. При силовой передаче энергия от передатчика должна направляться к каким-то вполне определенным приемникам. При силовой передаче электромагнитные волны должны не свободно распространяться во все стороны, а идти сосредоточенным потоком-лучом.
Передавать электроэнергию на значительное расстояние с малыми потерями электромагнитным лучом можно только при помощи очень коротких радиоволн. За последние два десятилетия созданы электронные приборы (генераторы с группированным электронным потоком), которые позволяют получать большие мощности на очень коротких волнах. Созданы также антенны, обладающие высокой направленностью, дающие возможность производить и излучать концентрированные потоки электромагнитных волн.
В конце прошлого века, когда вел свои опыты Тесла, не существовало реальных путей к получению значительных мощностей на коротких волнах. Да и в высказываниях Теслы ничего не говорится о необходимости применения направленных потоков волн. Его положения о возможности передавать электроэнергию без проводов с малыми потерями, используя колебания потенциала земного шара, основаны на недоразумениях и ошибках.
Однако подобно тому как алхимик Бранд в поисках несуществующего «философского камня» кипятил мочу и в конце концов нашел новый химический элемент – фосфор, так и Тесла в результате своих опытов по передаче электроэнергии хотя и не достиг главной цели, все же создал ряд новых важных электротехнических аппаратов. В первую очередь это упомянутый резонансный трансформатор. Тесла дал первую практическую разработку принципа использования явления резонанса для получения высоких электрических напряжений. Этот принцип ныне широко применяется во всех ускорителях заряженных частиц для ядерных исследований. Резонансные ускорители – важная отрасль современной экспериментальной ядерной физики.
Возвращаясь к вопросу о беспроволочной передаче энергии, необходимо заметить, что и в наши дни, когда есть уже технические предпосылки для ее осуществления, такая передача во многих случаях оказывается неэкономичной, нецелесообразной. Например, передавать энергию от электростанций к центрам потребления, видимо, всегда будет выгоднее кабельными и воздушными линиями, а не волновым потоком.
Тесла демонстрировал лампы, светящиеся без проводов. В наше время подобные опыты показывают иногда даже в цирке. Но вряд ли электросветильники без проводов надо вводить в быт. Для действия беспроводных светильников необходимы сильные электромагнитные поля. Пребывание в таких полях не безразлично для человеческого организма, к тому же для действия беспроводных светильников расходуется энергии больше, чем в обычных лампах.