Никола Тесла – Утраченные изобретения Николы Теслы (страница 12)

2. Искровой осциллятор

Тесла был центральной персоной среди лиц, причастных к развитию системы передачи энергии, основанной на переменном токе с частотой 60 периодов в секунду. Но он не сомневался, что множество еще более поразительных феноменов пока еще скрыто в области высоких частот и электрических колебаний. Для их изучения Тесла первым испытал динамо-машины, вращающиеся с огромными скоростями и имеющие полюсов больше, чем существующие раньше. Одна из них, имеющая в своем основании плоский медный диск с радиальными желобами, делала 30 000 оборотов в минуту, но он мечтал увеличить скорость вращения до миллионов оборотов в минуту. Такая колебательная способность была обнаружена им в конденсаторе. Соединив колебательный контур с конденсатором и искровой осциллятор, Тесла на самом деле добился высокой частоты и сделал это не химическими методами. Это устройство было достаточно многообещающим,

чтобы запатентовать его как «Метод и аппаратура для преобразования и передачи электричества», так как Тесла видел в нем возможность для развития целой системы электрического освещения посредством высокой частоты. Несмотря на то что устройство было с успехом использовано в трансформаторе Теслы и не упоминается среди наиболее известных утерянных изобретений, искровой осциллятор был для Теслы своего рода пилотным изобретением, положившим начало его деятельности в области высоких частот.

Существуют несколько краеугольных камней компоновки электрических схем, и конденсатор — один из них. Тесла не был его изобретателем, он был известен уже некоторое время, вероятно, к началу века, но Тесла усовершенствовал конденсатор в трех своих патентах. Конденсатор, или емкость, как его еще называют, представляет собой своего рода сэндвич, состоящий из проводящих и не проводящих слоев, которые служат для накопления электрического заряда. Простейший конденсатор — это просто два листа проводника, разделенные одним листом изолятора. В описываемом конденсаторе роль проводящих элементов выполняют две металлические пластины. Для изоляции между ними служит масло. Если заглянуть в официальные справочники, то мы узнаем, что проводящие пластины называются «обкладками», а изолирующий слой (масло, стекло, слюда и пр.) называется «диэлектриком». Замкнем два конца конденсатора в цепь с батареей и подадим обкладке напряжение — с плюсом на одну и с минусом на другую. Дадим конденсатору время для зарядки, затем соединим обе обкладки через резистор с катушкой индуктивности и увидим, как конденсатор — внезапно! — разряжается. Тесла говорил, что «взрыв динамита в сравнении с разрядкой конденсатора — это всего лишь легкий вздох разрушения».

 И продолжил, называя конденсатор «средством для генерирования электрического тока огромной силы, мощнейшего электрического потенциала и мощного возмущения в проводящей среде». Разрядка конденсатора — это необязательно единичное явление. Если он разряжается на подходящей величины сопротивление, то в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора) и по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора. Колебания можно сделать незатухающими, если перезаряжать конденсатор через определенные интервалы. Когда Тесла рассуждал о разрядке конденсатора, вызывающей «возмущения среды», он имел в виду колебания или совокупность колебаний. Характер этих колебаний определяется отчасти емкостью конденсатора, то есть тем, какой заряд он может накопить. Размер удерживаемого конденсатором заряда непосредственно зависит от его размеров, расстояния между обкладками и составом диэлектрика. В момент разрядки обычно происходят основные колебания, гармонические и некоторые другие возмущения среды, в том числе и мелодичные. Дополнительный контур может заставить колебания звучать в «чистом» тоне.

Что подразумевал Тесла под «средой», когда говорил о «возмущениях в среде»? Во времена Теслы бытовало понятие о существовании некого универсального поля, проникающего сквозь все сущее и называемое «эфиром». Понятие эфира как среды передачи электричества до сих пор используется в некоторых моделях, но с точки зрения официальной науки лабораторным путем было доказано, что он не существует. Тем не менее это заблуждение было очень распространено как среди ученых, так и среди людей, интересующихся наукой, вплоть до того времени, когда около сорока лет назад теория относительности с ее основной формулой Е=МС2 и, как следствие, Хиросима окончательно утвердили новую веру. Тесла утверждал, что электрон не существует. Материалистическая концепция сверхмалых частиц, проходящих сквозь конденсатор, противоречит теории Теслы. Как писал писатель-квакер Руфус Джонс в 1920 г.: «Нематериальная субстанция, которую мы называем эфиром — люминофорным, или светоносным, эфиром, — пронизывает все пространство, даже то, которое якобы занято видимыми объектами, и этот эфир, обладающий способностью к удивительным вибрациям с частотой в миллиарды колебаний в секунду, заставляют колебаться с разной частотой разнообразные объекты. Эти вибрации воздействуют на палочки нашей сетчатки... Они также управляют всеми более-менее значительными явлениями в электричестве и, вероятно, также в гравитации и межмолекулярных связях... Динамо-машина и прочие электрические механизмы, которые мы изобрели, не вырабатывают сами электричество. Они просто дают ему возможность проявить себя в виде света, тепла, кинетической энергии. Но оно всегда существовало в виде незаметного невооруженному глазу чистого потенциала, как часть окружающего нас повсюду океана энергии, готовое в любой момент превратиться в активный процесс, если среда будет подходящей». Джонс, который был не ученым, а религиозным мыслителем и проповедником, изложил свою точку зрения на безымянную божью силу и вполне вписался в физическую концепцию того времени. Но в рамках модной нынче теории Эйнштейна, которую У. Гордон Ален назвал «атеистической наукой», это было бы затруднительно. Несмотря на то что эфир нематериален, считалось, что он обладает свойством упругости, так что, как писал Тесла, «электрический ток большой мощности ведет себя как слабая пружина, в то время как ток слабой мощности действует как натянутая пружина, колеблющаяся более энергично». Упругие свойства эфира, которые вы можете осязаемо испытать на себе, балуясь с парой магнитов, обусловлены со стремлением среды к равновесию. Искаженный электрическим разрядом (или магнетизмом, или силой притяжения материального тела) эфир ищет возможность восстановить равновесие между положительным и отрицательным полюсами, плюсом и минусом, янь и инь. Напряжение, называемое разностью потенциалов или просто потенциалом, — это мера дисбаланса эфира. Баланс не восстанавливается из этого состояния одним движением обратно. Как мы видели на примере конденсатора, возмущенная электрическая среда, такая, к примеру, как звучащая гитарная струна, переходит точку равновесия с другой ее стороны, затем возвращается опять и опять, и именно это мы называем колебаниями. Если придерживаться такого взгляда на природу, то колебания — это энергия, а энергия — это колебания.

 В таком случае мы можем сказать, что возмущение среды, вызванное разрядом конденсатора, — это тоже энергия. Таким образом, мы можем говорить о конденсаторе как о передатчике энергии. Несмотря на то что для его зарядки достаточно подать слабое напряжение, внезапный разряд конденсатора вызовет колебания уже средней мощности. Конденсаторы повсеместно используются в современных электрических схемах, но Тесла придавал гораздо большее значение их способности функционировать в качестве передатчиков энергии, хотя в наше время почти ничего не слышно об их использовании в таком качестве. Сложно найти промышленные конденсаторы, отвечающие требованиям Теслы. Конструкторы трансформаторов Теслы и других высоковольтных устройств обычно вынуждены изобретать свои собственные конденсаторы. К счастью, их можно сделать, используя широко распространенные материалы.

Проще всего разрядить конденсатор при помощи искрового разрядника. Искровой осциллятор — это просто конденсатор, включенный в цепь контура под нагрузкой (это может быть лампа или что-то еще) через искровой разрядник. По промежутку между электродами искрового разрядника можно определить, когда конденсатор полностью заряжен. Эта настройка является одним из определяющих факторов частоты колебательного контура. Другими факторами являются емкость конденсатора и реактивное сопротивление или колебательные свойства нагрузки. Потенциал, необходимый для того, чтобы закоротить промежуток, — десятки тысяч вольт. Чтобы преодолеть сопротивление всего лишь четверти дюйма воздуха, необходимо подать на электроды напряжение порядка 20 000 вольт. Промежуток необязательно должен быть заполнен воздухом. Тесла упоминает об искровых промежутках, состоящих из изоленты. По сути, искровой разрядник — это переключательное устройство, полупроводник. Но при этом искровой разрядник — это устройство, параметры которого сложно рассчитать, в особенности для простейшего варианта, состоящего из двух электродов и воздуха между ними. Нагревание и ионизация воздуха вызывают сбои в его электропроводных свойствах и преждевременное зажигание. Дуговой разряд следует охлаждать. Для этих целей можно использовать либо последовательно соединенные небольшие искровые промежутки вместо одного большого, либо один вращающийся большой. Тесла также делал это с помощью льющегося масла, использовал впрыски воздуха и даже обнаружил, что магнитное поле также может способствовать охлаждению дугового разряда. Сам искровой промежуток Тесла заменил высокоскоростными роторными переключателями, которые он назвал «контурными контроллерами». У одних таких переключателей ротор погружается в сосуд с ртутью, в других для контакта может использоваться струя ртути. Вы можете работать с искровым промежутком без конденсатора, подсоединяя его напрямую к источнику напряжения достаточного потенциала. Разумеется, именно таким образом устроены наши автомобильные свечи зажигания, и работают они напрямую без индуктивности. (Конденсатор в этой цепи используется для того, чтобы первоначально напитать катушку зажигания.) А распределитель зажигания в автомобиле — между прочим это роторный разрядник,