Тесла увидел преимущества использования воды в генераторах, подобных этим, на плотине Гувера, хотя в то время это была непроверенная технология.
Представьте себе мир без электрического света, двигателей, насосов, вентиляторов, холодильников и лифтов. Ни микроволновки, ни радио, ни телевидения. В следующий раз, когда вы щелкнете выключателем, подумайте о Николе Тесла. Тесла больше, чем какой-либо другой изобретатель, положил начало эпохе электроэнергии. Но через 70 лет после его смерти и через столетие после его главных изобретений его имя менее известно, чем имена Томаса Эдисона, Александра Грэма Белла или братьев Райт.
Тесла создал ключевые инструменты эпохи энергетики: генератор переменного тока, двигатель переменного тока и систему передачи электроэнергии. Большая часть жизни в том виде, в котором она развивалась в 20-м веке, опиралась на фундамент, заложенный Теслой.
Беспокойный ум Теслы вывел его за пределы этих электрических и механических инноваций. Он изобрел «катушку-лупу», которая поднимала электричество до очень высоких частот и напряжений. Он обнаружил, что такой ток излучает электромагнитные волны, которые могут творить чудеса. Сегодня «беспроводной» - это общий термин в мире компьютерных сетей. Тесла открыл этот принцип более ста лет назад.
Теслу часто сравнивали с Томасом Эдисоном, но он был во многих отношениях противоположностью Эдисона. Эдисон утверждал, что изобретение было «1% вдохновения, 99% пота». И все же Тесла был во многом вдохновителем, провидцем. Эдисон был самоучкой; Тесла получил серьезное техническое образование. Эдисон решил практические задачи; Тесла мечтала о технологиях, преобразующих мир. Эдисон коммерциализировал свои изобретения; У Теслы было мало делового чутья. Единственное, что у них было общего, это то, что оба мужчины мало спали: Тесла иногда работал с 10:30 до 5:00 следующего утра.
За свою жизнь Тесла не получил кредита или компенсации за многие свои изобретения. Например, Гульельмо Маркони приписывают изобретение радио, но его оборудование было основано на идеях Теслы. Только в последние годы Тесла получил более широкое признание за свои глубокие идеи и их влияние на современную жизнь. Сегодня одна из самых инновационных компаний по производству электромобилей называется Tesla Motors. Это признак того, что Никола Тесла - изобретатель, которого стоит отметить.
Содержание
- История Теслы
- Триумф Теслы на переменном токе
- Тесла движется в неизвестность
- Наследие Теслы
История Теслы
Отец Теслы был православным священником, который хотел, чтобы его сын, родившийся в 1856 году, был таким же. Этнические сербы, семья Тесла жила в Хорватии, тогда входившей в состав Австро-Венгерской империи. Мама Николы изобрела бытовую технику, например, взбивалку для яиц, и мальчик почувствовал, что пошел по ее стопам. Когда он в подростковом возрасте заболел, он заставил отца пообещать отправить его в техникум, если он поправится. В надежде стать инженером он изучал механику и электричество в австрийской политехнической школе в Граце, Австрия.Мальчиком Никола видел изображение Ниагарского водопада. Он сразу же представил себе гигантское мельничное колесо, которое могло бы использовать силу катаракты. Такие видения указывали на уникальную природу ума Теслы. Молодой человек умел решать математические задачи в уме и обладал фотографической памятью. Но наиболее замечательными были его способности к визуализации: идеи казались ему полностью сформированными, почти как галлюцинации.
Но у его блеска была и обратная сторона. Когда ему было 20, высокий и тонкий Тесла пережил нервный срыв, из-за которого он стал сверхчувствительным - звук тикающих часов мучил его, а солнечный свет угнетал его. Всю свою жизнь он страдал фобиями и принуждениями.
Тесла рано проявил интерес к переменному току (AC). В то время в экспериментах с двигателями и освещением использовался постоянный ток (DC), подобный току, протекающему от батареи. Двигатели постоянного тока были неэффективны, но никто не мог представить, как двигатель переменного тока будет работать. Однажды, гуляя по парку и обсуждая стихи, Тесла внезапно понял, как сделать двигатель переменного тока реальностью.
Его идея использования переменного тока озадачила экспертов в Европе. В 1884 году 28-летний Тесла решил поехать в Нью-Йорк и представить свои идеи Томасу Эдисону. Он рассказал великому изобретателю о своих представлениях о переменном токе, но Эдисон не заинтересовался. Вместо этого он нанял Теслу для работы над своим оборудованием постоянного тока. Двое мужчин не поладили - Тесла уволился после того, как Эдисон не заплатил ему за выполнение работы.
Не имея денег, Тесла стал копать канавы, чтобы заработать на жизнь. Но его судьба вот-вот должна была измениться.
AC / DC - это просто
Постоянный ток представляет собой движение электронов по проводнику в одном направлении. Переменный ток меняет это направление на обратное 60 раз в секунду. Чтобы сделать электродвигатель, вам нужно изменить полярность, заряд с севера на юг, фиксированного электромагнитного куска металла, называемого статором. Магнитный ротор, непрерывно пытающийся выровняться с изменяющейся полярностью статора, вращается, чтобы обеспечить мощность. В двигателях постоянного тока для изменения полярности используется искрящий механический коммутатор. Двигатели переменного тока изменяют направление тока электрически. Как только Тесла придумал, как согласовать переменный ток с электромагнитами двигателя, он совершил одно из своих самых важных достижений.
Триумф Теслы на переменном токе
Эдисон подписал подписчиков на электроэнергию для своей системы постоянного тока, протянул провода по улицам Нью-Йорка и электромонтаж их домов. Но Джордж Вестингауз уже работал над конкурирующей системой кондиционирования воздуха. Он увидел, что изобретения Теслы могут дать ему большое преимущество перед Эдисоном.Тесла понимал, что переменный ток является более эффективным способом управления двигателями и освещением. Что еще более важно, переменный ток можно «усилить» с помощью катушек проводов. Посредством индукции низкое напряжение в одной катушке преобразовывалось в высокое напряжение в другой. Ток высокого напряжения может более эффективно проходить по проводам, а затем снижаться для домашнего использования. Цепи Теслы были предшественниками трансформаторов, которые мы обычно видим на электрических столбах. Постоянный ток не может быть увеличен. Чтобы передать его на расстояние более нескольких миль, требовались все более толстые провода.
AC был известен еще до того, как Тесла начал свою работу. Но изобретатель разработал интегрированную систему генераторов, линий передачи, двигателей, освещения и других схем, которые сделали переменный ток возможной альтернативой постоянному току. В 1887 году Тесла подал на семь патентов, связанных с его изобретениями переменного тока. Они были награждены без успешного оспаривания. Westinghouse купила права на них в 1888 году.
DC не умер - пока. Вестингауз и Эдисон погрузились в так называемую «Войну течений». Идя в наступление, Эдисон заявил, что кондиционер слишком опасен для использования публикой. Его точка зрения была подтверждена, когда знакомый Эдисона по имени Гарольд Браун устроил так, чтобы генератор переменного тока Westinghouse обеспечивал током для казни осужденного преступника в 1890 году.
Но Westinghouse, вооруженный патентами Tesla, смог показать, что переменный ток - гораздо более эффективная альтернатива. Кульминационная битва в Войне течений произошла на колоссальной Колумбийской выставке в Чикаго 1893-94 гг. Westinghouse мог поставлять электроэнергию гораздо дешевле, чем заплатил бы Эдисон. Он выиграл контракт и устроил ярмарку по системе Tesla. Когда экспозиция открылась, загорелись тысячи ярких ламп, поразив посетителей ярмарки. Демонстрация развеяла опасения общественности по поводу переменного тока, и переменный ток стал стандартом для энергосистем.
Победа была достигнута благодаря реализации Теслой своей детской мечты: электростанции на Ниагарском водопаде. В 1890 году инвесторы сделали большую ставку на переменный ток и гидроэлектроэнергию, технологии, которые до сих пор не проверены. Долгое, напряженное ожидание закончилось в 1896 году, когда генераторы, разработанные Теслой, начали подавать энергию в систему. В конце концов, они послали электричество в Нью-Йорк, осветив Бродвей. Когда по всему миру начали строить гидроэлектростанции, наступила эра электроэнергии.
Война токов закончилась, но Никола Тесла уже перешел к еще более дальновидным изобретениям.
Понимание индукции
Ряд изобретений Теслы был основан на принципе электрической индукции. В 1830-х годах английский ученый Майкл Фарадей показал, что электрический ток может вызывать магнетизм в соседнем проводнике и что движущийся магнит будет производить электрический ток в таком же проводнике. Именно способность электричества воздействовать на расстояние на расстоянии очаровала Тесла и привела его к идеям, начиная от двигателя переменного тока и заканчивая катушкой Тесла.
Тесла движется в неизвестность
Даже простой электрический ток создает магнитное поле. Переменный ток, колеблющийся при высоком напряжении, производит электромагнитные волны. Многие изобретатели присоединились к гонке за использованием этих волн, открытых Генрихом Герцем в 1888 году, для беспроводной связи или других целей.Тесла был очарован высокочастотными волнами. Применив их к работе, он смог:
- Свет лампы наполнены неоновым газом. Этот новый вид освещения не нуждался в светящейся нити; сам газ испускал свет.
- Заставьте вакуумные лампы светиться на расстоянии, без прямого подключения к источнику волн.
- Нагрейте металлический брусок до очень высокой температуры.
- Пройдите 50 миль (80 километров) до Вест-Пойнта, штат Нью-Йорк, и все еще обнаруживайте волны, генерируемые в его лаборатории в Нью-Йорке.
Тесла видел другое применение волнам. Он думал, что они позволят ему передавать электрическую энергию в больших масштабах без проводов. Он переехал в Колорадо-Спрингс в 1898 году и построил большие катушки, теперь известные как катушки Тесла, которые генерировали огромные напряжения. С их помощью он мог создавать искусственные молнии. Он зажег 200 лампочек с расстояния 25 миль (40 км) и экспериментировал с способами передачи энергии через воздух или землю.
Вернувшись в Нью-Йорк год спустя, он убедил банкира JP Morgan поддержать его в системе, которая создаст беспроводную связь по всему миру, позволяя передавать новости, почту и даже изображения. Тесла также продолжал мечтать о передаче электроэнергии. Он построил лабораторию под названием Wardenclyffe на Лонг-Айленде. Там он построил деревянную башню высотой 187 футов (57 метров) и вонзил стальные трубы в землю на сотни футов. Поскольку расходы росли, Морган отказался от проекта. По уши в долгах, Тесла был вынужден разрушить башню и покинуть лабораторию в 1905 году. До конца своей жизни он оставался убежденным, что беспроводная передача энергии возможна.
Тем временем Тесла использовал электромагнитные волны для создания радиоуправляемой лодки. Он обнаружил, что при очень высоких напряжениях его самодельные электронные лампы испускают лучи, которые могут проникать через твердое вещество, и он был одним из первых, кто экспериментировал с рентгеновскими лучами, создав то, что он назвал «теневыми изображениями». Со временем исследования Теслы высокочастотных волн легли в основу инноваций, начиная от микроволновых печей и заканчивая электронно-лучевыми телевизионными кинескопами.
Тесла направил свой изобретательный гений в другом направлении, чем его современники, такие как Эдисон. Его исследование неизведанной территории высокочастотного электричества и радиоволн проложило путь для многих изобретателей, последовавших за ним.
Будьте на связи
Еще одним важным принципом, на который опирался Тесла, была концепция электрического резонанса. Проводник (мы бы назвали его антенной) мог улавливать электромагнитные волны даже на расстоянии сотен миль. Но чтобы выбрать одну из множества волн разной частоты, нужно было «настроить» приемник. То есть ему нужно было резонировать на этой частоте. Это та же идея, которая позволяет скрипичной струне резонировать с камертоном. Тесла разработал способ настройки электрических цепей, и по сей день мы все еще «настраиваемся» на радио или телевизионные передачи.
Наследие Теслы
На гравюре изображен изобретатель Никола Тесла, читающий лекцию Французскому физическому обществу и Международному обществу электриков в 1880-х годах.
Всегда эксцентричный, теперь считается, что Тесла страдал обсессивно-компульсивным расстройством. С возрастом его причуды стали более очевидными. У него была боязнь микробов, и он одержимо мыл руки. Он ел только вареную пищу. Он был одержим числом три. Он утверждал, что получил сообщения из космоса. В старости он увлекся голубями, которых тайно проносил в свой гостиничный номер.
Еще в 1891 году компания Джорджа Вестингауза оказалась на грани банкротства. Чтобы помочь человеку, который поверил в него, Тесла согласился отказаться от гонорара, причитающегося ему за патенты переменного тока. Изобретатель мог заработать миллионы, но остался без средств к существованию. Вестингауз умер в 1914 году, так и не сумев полностью компенсировать Тесле его вклад.
И все же Тесла продолжал изобретать. За свою жизнь ему было выдано не менее 275 патентов. Он оставил после себя длинный список инноваций, многие из которых он так и не смог реализовать:
- Он придумал эффективную безлопастную турбину в 1904 году, но это устройство не нашло коммерческого применения.
- Он предложил производство электроэнергии за счет использования геотермальной, солнечной и ветровой энергии.
- Он размышлял о существовании ионосферы, электрически заряженного слоя земной атмосферы, за много лет до того, как это было открыто.
- Он запатентовал одну форму свечи зажигания для бензиновых двигателей.
- Он изобрел первые электрические часы, основанные на механических колебаниях.
- Его последний патент был на летательный аппарат с вертикальным взлетом, который станет реальностью намного позже.
В 1943 году Тесла умер один и разбился в отеле Нью-Йорка. Ему было 86 лет. После его смерти многие его бумаги исчезли. Шла Вторая мировая война; некоторые предполагали, что ФБР конфисковало их для возможного использования в военных целях. Позже его имущество было возвращено Югославии, но были ли его документы полными? Разве другие тайно развивали его идеи? Теорий заговора существует и по сей день.
«Когда-нибудь, - предсказал Тесла в 1915 году, - в мировой системе будет, скажем, шесть огромных беспроводных телефонных станций, соединяющих всех жителей Земли друг с другом не только голосом, но и визуально». Звучит знакомо? Это твой мобильный телефон или мой?
Примечание автора
Из-за своей эксцентричности и изобретательных полетов в неизведанное Тесла имеет репутацию безумного гения. Фактически, он был гораздо более современным исследователем, чем многие другие изобретатели 19-го века, полагаясь на математику и теорию звука. Как и многие, я чувствую близость к Тесле из-за большой смелости, которую он проявил в своей работе. Его смелость была наиболее очевидна в идеях, которые не сработали: башня в Ворденклиффе была своего рода памятником его безумно изобретательному уму.
Другой привлекательной чертой гения Теслы было то, что он работал в основном в одиночку. Уже появлялись промышленные исследовательские лаборатории, но исследования Теслы были исключительно его собственными. Идея одинокого пионера в мире изобретений по-прежнему имеет свою романтическую привлекательность.
