Джон О'Нил - Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы

Разработанные Теслой высокочастотные трансформаторы работали просто замечательно. В них не применялось ни грамма железа, которое, как выяснилось, только мешало их работе. Они имели воздушный сердечник и состояли лишь из концентрических первичных и вторичных обмоток. С помощью этих трансформаторов, которые стали известны как трансформаторы Теслы, он смог получать очень высокое напряжение. В первых экспериментах он достигал потенциалов, пробивавших воздух пятисантиметровой искрой, но уже очень скоро он достиг огромного прогресса, и разряды получались уже в виде пламени. Работая с такими напряжениями, он столкнулся с трудностями с изоляцией своих аппаратов и разработал способ изолирования, который применяется теперь в высоковольтных устройствах во всем мире: устройство погружается в масло, в результате чего воздух из катушек полностью устраняется. Это изобретение имело огромное коммерческое значение.

Был, однако, определенный предел, выше которого использование роторных генераторов высокочастотных токов становилось непрактичным, поэтому Тесла приступил к конструированию генератора нового вида. В идее, которую он положил при этом в основу, не было ничего нового. В роторном генераторе ток вырабатывается при вращении провода, который последовательно перемещается через ряд магнитных полей. Того же эффекта можно добиться, если перемещать провод вперед-назад в колебательном движении в одном магнитном поле. Никто, однако, до тех пор не создал еще возвратно-поступательный генератор, Тесле же удалось создать его, причем весьма практичный для его конкретной цели. Но больше он нигде применяться не мог, и позднее Тесла пришел к выводу, что мог бы с гораздо большей пользой потратить потерянное на него время. Это была оригинальная одноцилиндровая машина без клапанов, способная приводиться в действие сжатым воздухом или паром и имевшая два окна, как у двухтактного судового двигателя. С обеих сторон к поршню присоединялся шток, проходивший сквозь головку цилиндра, а на каждом конце штока плашмя крепилась катушка, которая при возвратно-поступательном движении поршня совершала такое же движение в поле электромагнита. А магнитное поле своим смягчающим действием служило маховиком.

Тесле удалось добиться частоты в 20000 герц и такой замечательной стабильности в работе генератора, что он предложил поддерживать столь же постоянную частоту и в своей многофазной системе в 60 герц с синхронными двигателями, где с помощью редуктора она снижается до нужной величины, как в часах, показывающих правильное время при подключении к переменному току. Эта идея и легла в основание современных электронных часов. Как и во многих других случаях его практичных и полезных новаций, он не позаботился о патенте и не получил никакой финансовой выгоды из своего предложения.

Работая над своей многофазной системой, Тесла хорошо понял ту роль, что играют в цепях переменного тока два таких фактора, как емкость и индуктивность: первую можно уподобить пружине, вторую бензобаку. Его расчеты показывали, что при токах достаточно высокой частоты можно получать резонанс при относительно небольших значениях индуктивности и емкости. Резонанс получается в колебательном электрическом контуре, а посредством получения резонанса производится электрическая настройка цепи. В качестве механического аналога электрическому резонансу можно привести постепенное раскачивание маятника, которое производится очень легкими ударами через равные по длительности промежутки времени, заставляющими его совершать все более широкие колебания; или разрушение моста марширующими по нему солдатами. Каждая легкая вибрация усиливает предыдущую, и процесс идет по нарастающей.

В колебательном электрическом контуре роль емкости играет конденсатор, а индуктивности — проволочная катушка. Обычно конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин (обкладок), отделенных друг от друга тонким диэлектриком. Каждая обкладка соединена с одним из концов катушки индуктивности. Емкость конденсатора и размер катушки определяются частотой тока. В электрическом контуре при протекании тока может возникнуть резонанс. Выглядит это так: ток течет в одну из обкладок конденсатора, пока не заполнит его емкость целиком, а затем плавно перетекает обратно в катушку, которая накапливает энергию в создаваемом ею магнитном поле. Таким образом вся энергия конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. Далее благодаря свойствам катушки энергия магнитного поля переходит в ток, который поступает в другую обкладку конденсатора и перезаряжает его. Процесс повторяется снова. Для создания резонанса нужно, чтобы частота питающего тока совпала с частотой колебаний в контуре. Каждый раз, когда это происходит, питающий ток дает добавочное напряжение, и амплитуда колебаний возрастает до весьма значительных величин.