Никола Тесла – Утраченные изобретения Николы Теслы (страница 18)

Solutions to Teste's Secrets (Разгадка секретов Теслы), Варден и Рацлафф (Bearden and Ratzlaff, Tesla Book Co.); статьи о подзем- ном радио Роджерса, The True Wineless (Вся правда о радио) Теслы и многое другое. Corsair, биография Дж. П. Моргана, Эндрю Синклер (Andrew Sinclair, Little Brown). Radios That Work For Free (Радио, ко- торое работает бесплатно), К.Е. Эдвардс (К.Е. Edwards, Lindsay): как построить детекторный приемник и открыть для себя, насколько мощным может быть резонансный контур.

6. Освещение

В 1891 году Тесла заявил, что существующие способы освещения «слишком расточительны», что «следует изобрести лучшие способы и более совершенные устройства». И Тесла пошел и сделал это, хотя мы до сих пор практически повсеместно используем все ту же самую лампу накаливания Эдисона. Эффективность лампы накаливания Эдисона составляет всего лишь шестьдесят процентов, а остальная энергия превращается в тепло, при этом высокоомные нити накаливания нагреваются до температуры 4000 градусов и в конечном счете неожиданно перегорают. Современная лампа дневного света также не является эталоном эффективности, хотя и была создана благодаря идеям Теслы. Ее внутренняя поверхность светится под воздействием потребляющих много энергии нитевидных катодов, которые точно так же перегорают, и в горящей лампе может произойти короткое замыкание, если не используется так называемый балластный трансформатор — индуктивность, включенная в цепь, чтобы снимать излишнее напряжение.

Что заставило Теслу исследовать высокочастотные явления, так это его уверенность в том, что эти сверхбыстрые колебания содержат ключ к лучшему способу освещения. Это исследование не было первой работой Теслы в области освещения. Один из его самых ранних патентов, полученных в соединенных Штатах, был патент на усовершенствование дуговой лампы (1885 г.). Он использовал электромагнит для подачи электрического тока равномерной интенсивности на угольные электроды дуги для получения более ровного освещения. (Патент № 335,785.) Первые дуговые лампы давали сияющий бело-голубой свет, пригодный для освещения улиц, но не подходящий для помещений, и, кроме того, эти лампы выделяли ядовитые газы. Дома освещались газом. В уличных дуговых лампах использовался последовательный контур. Эдисон ввел в употребление параллельный контур и сконструировал свою собственную лампу для этого контура. Эдисон организовал крупномасштабное производство и продажу собственно электроэнергии по образу и подобию газового освещения, основной промышленной технологии того времени. Он хотел быть первым в этом бизнесе и объявил прессе, что создал действующую лампу накаливания еще до того, как действительно получил работающую лампу. В то время когда заработала система переменного тока Теслы, она была наложена на систему Эдисона, что значительно повысило ее эффективность. Но в действительности это была все та же система освещения Эдисона с применением потребляющих много энергии ламп накаливания и работающая на его параллельном контуре, которой мы пользуемся до сих пор.

Тесла запатентовал и искровой осциллятор, и особенно трансформатор конкретно как источники энергии для новой системы освещения, которая использует ток высокой частоты и высокого напряжения.

Чтобы у вас не создалось впечатления, что одинокий гений по имени Тесла изобрел новый вид освещения совершенно неожиданно, вам следует знать, что его предшественники использовали высокие частоты, чтобы индуцировать свет, а другие, такие как сэр Уильям Крукс, делали то же самое с помощью высокого напряжения. Но Тесла был первым, кто соединил эти два подхода воедино. В романе Жюля Верна «Путешествие к центру Земли», написанном в 1872 году, рассказчик повествует об искрящейся переносной аккумуляторной лампе, используемой подземными исследователями. Она работала от катушки Румкорфа, высоковольтной индукционной катушки зуммерного типа, функционирующей как повышающий трансформатор и широко используемой в то время для экспериментов с электричеством. Катушка Румкорфа подавала сигнал на лампу (ее тип в романе не уточнялся, но весьма вероятно, что это была газовая труба), которая давала «искусственный дневной свет». Сила тока в этой лампе была настолько слабой, что аккумуляторов хватило на все подземное путешествие. Жюль Верн, очевидно, описал, по крайней мере отчасти, известные результаты экспериментов того времени, которые он называл «оригинальным применением электричества в практических целях». Возможно, кому-то захочется заново изобрести эту лампу высокого напряжения, чтобы заменить ею современные импульсные лампы, которые, как мне кажется, придуманы специально с целью обогащения отдела аккумуляторов компании Эвереди Бэттери и корпорации Юнион Карбайд в целом. Современные неоновые светильники работают под напряжением от 2000 до 15 000 вольт. (В трансформаторах для неоновых щитов можно использовать катушку Теслы, но с осторожностью, т.к. это низкочастотное устройство с высоким напряжением.) Неоновый свет, как и его родственник, 7500-вольтный флуоресцентный «холодный катод», который используется в некоторых промышленных светильниках, весьма близок к идеям Теслы о новом освещении. Приблизительно в 1900 году Тесла экспериментировал с люминесцентными трубками, изогнутыми в виде букв алфавита и других символов. Несмотря на то что современный неон по сравнению с люминесцентным светом Теслы предельно упрощен, но с трансформатором высокого напряжения с частотой 60 периодов в секунду и без преимущества в виде высокочастотного возбуждения он продемонстрирует нам на удивление эффективное освещение, ведь один-единственный неоновый трансформатор с напряжением 15 000 вольт мощностью всего лишь 230 ватт может зажечь трубку длиной до 120 футов. Насколько экономнее высокочастотное высоковольтное освещение Теслы в сравнении с лампой накаливания Эдисона? Тесла считал, что «по крайней мере в 20 раз, если не больше», света можно получить при одинаковых затратах энергии.

 Тесла изобрел множество ламп, и не все из них были им запатентованы. Он заставлял светиться твердые тела, такие как угольные электроды в вакуумных лам- пах или в лампах, содержащих различные инертные газы под низким давлением (разреженные). Он отмечал, что «трубки, не имеющее электродов, тоже можно использовать, и не составит труда заставить их светиться настолько ярко, чтобы при их свете можно было читать». Но он также писал, что этот эффект «значительно усиливается, если использовать фосфоресцирующие вещества, такие как оксид иттрия, урановое стекло и т.п.». Таким образом, Тесла положил начало флуоресцентному освещению. На такие лампы подавался электрический ток с напряжением, варьировавшимся в пределах от 20 000 до миллионов вольт с частотой 15 000 периодов в секунду и выше. Тесла мечтал, что, генерируя колебания с частотой, равной частоте колебаний видимого света, он создаст то, что он называл «чистый свет» или «холодный свет». Свет, производимый этими прямым и эффективным способом, потребовал бы колебаний с частотой от 350 до 750 миллионов периодов в секунду, но Тесла полагал, что такие колебания, частота которых значительно превышала возможности его катушки, когда-нибудь можно будет воспроизвести. Даже при этих условиях его лампы из труб, заполненных разреженным газом, давали свет, более похожий на естественный дневной, чем любой другой искусственный источник света. Свет, который давали лампы Теслы, был подобен полноспектральному свету, который признан более полезным, чем свет от ламп накаливания Эдисона и особенно в сравнении с вредным для глаз обычным флуоресцентным освещением. Более того, некоторые специалисты считают, что полноспектральное освещение обладает целебными свойствами.

 Газовые лампы Теслы имели обыкновение неожиданно перегорать, что случается и с современными неоновыми трубками, поэтому их нельзя было использовать. Что же касается его ламп, содержащих электроды наподобие угольных, они не перегорали, но подвергались некоторому износу. По словам Теслы, «в любом случае происходит незначительный износ и постепенное уменьшение размеров, как и в нитях накала, но при этом не происходит неожиданного и преждевременного выхода из строя, которое случается с лампами накаливания из-за перегорания нити накала, особенно для ламп накаливания кубической формы». В вакуумных лампах срок жизни зависит от степени разрежения, которая никогда не бывает идеальной. Также существует следующая зависимость: чем больше частота, подаваемая на лампу, тем меньше она портится. Электроды раскаляются до высоких температур, и это усложняет задачу — как подать на них напряжение, если провода или другие металлические элементы могут расплавиться. Эту задачу можно отнести к области конструирования ламп. К примеру, в лампах накаливания, изображенных в начале этой главы, питающие провода присоединены к горячим электродам при помощи контактов с бронзовым напылением, помещенных в тугоплавкую гильзу. Вероятно, Тесла придумал свои емкостные лампы для того, чтобы обойти это проблему.

То, как Тесла искал подходящие электроды, напоминает Эдисоновы поиски долгоиграющей нити накала. «Производство маленького электрода, способного выдержать высокие температуры, — писал Тесла, — я рассматриваю как огромный вклад в создание освещения». Один из электродов, который он испытывал, представлял собой крошечную «точку» из карбона, которую он поместил практически в вакуум. Тесла считал, что сильное накаливание электрода — это «необходимое зло». Для освещения применялось накаливание газа, оставшегося в камере после почти полного откачивания из нее воздуха. Эксперименты над лампой с карбоновым электродом продемонстрировали некоторые ее поистине замечательные свойства, помимо собственно освещения. Когда напряжение включалось, лампа выделяла такое огромное количество тепла, что карбоновый электрод очень быстро испарялся. Тесла экспериментировал с этим удивительным феноменом. Карбоновый электрод он заменил электродом из циркония,