Изобретения Николы Теслы
В этой большой обзорной статье мы поговорим о том, что изобрёл Никола Тесла, выдающийся изобретатель и учёный. Мы постараемся описать все наиболее важные из его изобретений, а также расскажем о тех, о которых вы могли и не знать.
Никола Тесла — это, пожалуй, один из самых известных изобретателей в мире наравне с Архимедом или Леонардо да Винчи, чей вклад в мировую науку крайне трудно переоценить. Родился и вырос Тесла в Сербии, где и получил образование. Уже со студенческих лет он проявлял самостоятельность мышления и тягу к изобретательству. Позже он переезжает во Францию, а затем в США, где и проживает большую часть своей жизни, занимаясь изобретательством. Количество его патентов включает в себя более 150 изобретений и различных усовершенствований. Некоторые даже считают, что именно Никола Тесла изобрёл 20-й век, так как он был не просто практиком, но и теоретиком.
Интересы Теслы лежали в основном в сфере радиотехники и электротехники, а также в области изучения свойств электромагнетизма и передачи электричества на большие расстояния. Основные его изобретения связаны с переменным током и электрическими машинами, использующим его. Также в нашей статье мы поговорим об изобретениях Теслы в области беспроводного освещения и беспроводной передачи электроэнергии.
Жизнь Теслы в целом была трудной и порой крайне неудачной. Далеко не все его изобретения были коммерчески успешными, он часто становился банкротом или жертвой обмана (Эдисон кинул его на большую сумму) или обстоятельств (например, известный пожар в его лаборатории уничтожил множество прототипов).
Безусловно, что теоретический вклад Теслы огромен, но нас в этой статье будут интересовать прежде всего практические реализации его идей и задумок, поэтому давайте посмотрим на список изобретений Николы Тесла. Для удобства навигации по статье предоставляем небольшое содержание:
Переменный ток
DC — постоянный ток, AC — переменный ток
Прежде чем научиться использовать переменный ток, его необходимо сначала получить. В общем-то о переменном токе физики знали уже давно (со времён открытия электромагнитной индукции) и Тесла его как таковой не открывал, но тогда все полагали, что переменный ток — это попросту «мусор», который вряд ли как-то получится использовать. Тесла же был другого мнения и сразу увидел весь потенциал переменного тока.
Постоянный ток непрерывно течёт в одном направлении; переменный ток меняет своё направление 50 или 60 раз в секунду и у него можно изменять напряжение до высоких уровней, минимизируя при этом потери мощности на больших расстояниях. Позже напряжение переменного тока можно понижать, чтобы использовать его на заводах или в жилых домах. Тесла понял, что будущее принадлежит переменному току.
Тесла описал свои двигатели и электрические системы в статьей «Новая система двигателей переменного тока и трансформаторов», которую он презентовал в Американском институте инженеров-электриков в 1888 году. Именно тогда Джордж Вестингауз заинтересовался разработками Теслы, и однажды он посетил его лабораторию и поразился увиденному. Никола Тесла построил модель многофазной системы из понижающих и повышающих трансформаторов переменного тока, а также двигателя переменного тока. Так началось партнёрство Ветсингауза и Теслы. Позже Никола Тесла получил 40 патентов на свои изобретения в США, а Вестингауз выкупил их все, чтобы обеспечить себя богатством, а Америку переменным током.
Ниже мы как раз и поговорим об этих машинах и о том, как в США внедрялась многофазная система электроснабжения.
Генератор переменного тока
Генератор переменного тока — это электрическая машина, которая является составной частью полифазной системы электроснабжения Теслы, о которой речь пойдёт ниже. Генератор создаёт переменный ток, используя механическую работу (например, генераторы, установленные на дамбах, использующие падающую на их лопасти воду).
Мы не будем объяснять принцип работы генератора. Посмотрите видео ниже, если хотите понять подробнее.
Альтернатор Теслы (другое название генератора переменного тока) превосходил все другие по той простой причине, что он был действительно эффективен на практике. Свой генератор Тесла изобрёл ещё будучи на 2 курсе и уже тогда обращался к своим преподавателям с идеей использования переменного тока, но от его идей все отмахивались, как от бредовых. Некоторые профессора даже просто смеялись над его изобретениями.
В 1882 году Тесла работает в Париже и создаёт первый рабочий прототип своего генератора.
Приехав в 1884 году в США, Тесла направился к тогда уже известному изобретателю и коммерсанту в области электричества Томасу Эдисону и устроился к нему на работу. Попутно Тесла предлагал Эдисону свои идеи по использованию переменного тока, но Эдисон считал, что он сошёл с ума, раз думает, что переменный ток можно хоть как-то использовать. Дошло даже до того, что Тесла, не поняв сарказма Эдисона, подумал, что получит большую сумму от Эдисона, если сделает несколько десятков определённых изобретений на заказ. Тесла их сделал, а Эдисон сказал, что пошутил, а Тесле рекомендовал научиться понимать американский юмор.
В 1891 году Тесла получает в США патент на первый в мире альтернатор.
Генератор переменного тока 1891 года
Патент Теслы на генератор переменного тока
Многофазный генератор Теслы мощностью 500 л.с. (около 370 кВт) на выставке Вестингауза
Двигатель переменного тока
Двигатель переменного тока или асинхронная машина — это ещё один этап в развитии идей применения переменного тока. Генератор переменного тока мы уже обсудили, значит электричество мы получаем, но что с ним делать дальше? У нас ведь нет машин, которые бы работали от переменного тока! Вот Тесла их и изобрёл.
Патент Теслы на электрический двигатель 1888 года
В 1880-е года множество изобретателей пыталось изобрести рабочие варианты двигателей переменного тока, но сделать этого не удавалось. Галилео Феррарис занимается теоретическим исследованием создания двигателей переменного тока и приходит к ошибочному выводу, что они попросту не могут быть эффективными и коммерчески успешными. Это добавило мотивации изобретателям всего мира, это звучало как вызов — создать эффективный двигатель переменного тока. Тесла отвечает на этот вызов и демонстрирует в 1887 году свой первый вариант двигателя, работающего на переменном токе, а в 1887 году совершенствует свою модель, выпуская вторую машину.
Один из оригинальных электрических моторов Теслы 1888 года.
Основная причина, по которой рациональное использование двигателей переменного тока казалось невозможным, заключалась в том, что они были однофазовыми. Тесла же обосновал теоретически и доказал практически, что можно не ограничиваться одной фазой, а делать две или больше фаз.
На картинке ниже показано схематически устройство двух- и трёхфазных двигателей переменного тока:
Позже Тесла изобретает и патентует множество модифицированных моторов и двигателей переменного тока. Все эти патенты, как писалось выше, Тесла продаёт Вестингаузу.
Двухфазный электрический двигатель переменного тока из коллекции Вестингауза.
4-х фазный электрический двигатель переменного тока из коллекции Вестингауза.
Полифазный электрический двигатель переменного тока из коллекции Вестингауза.
Многофазная система электроснабжения
Тесла обратил внимание, что электрические станции постоянного тока Эдисона неэффективны, а Эдисон уже застроил ими всё Атлантическое побережье США. Чтобы преодолеть недостатки постоянного тока, надо было, по идее Теслы, использовать переменный ток. Многофазной такая система называется потому, что двигатели и генераторы имеют несколько фаз (см. пояснения выше).
Лампы Эдисона были слабыми и неэффективными при использовании постоянного тока. Вся эта система имела один большой недостаток в том, что она не могла транспортировать электричество на расстояние более 3 км из-за неспособности изменять напряжение до высокого уровня, необходимого для передачи на большие расстояния. Поэтому электростанции постоянного тока устанавливались с интервалом в 3 км.
Схема работы многофазных систем электроснабжения
Переменный ток, как писалось выше, мог достигать больших напряжений и поэтому его можно было передавать на огромные расстояния (выйдите из дома и посмотрите на ближайшие высоковольтные линии электропередач, это оно самое).
Когда Эдисон узнал, что у него появился столь мощный конкурент, он понял, что может потерять свою империю постоянного тока. Именно так и началась война между Вестингауза вместе с Теслой против Эдисона, которую назовут войной токов. Эдисон начал усиленно пытаться дискредитировать изобретение Теслы, показывая, что переменный ток более опасен для жизни, чем постоянный.
Стоит также отметить, что когда Тесла приехал в США, то сначала он предложил свои разработки Эдисону, но он назвал всё это вздором и сумасшествием.
Эдисон бил переменным током животных на публике, чтобы привести их в ярость и доказать, что этот вид тока опасен. Однажды Эдисон узнал об идее одного врача, об использовании переменного тока для умерщвления людей. Реализация не застала себя ждать. Так был изобретён электрический стул, который впервые применили к Уильяму Кеммлеру, виновному в убийстве своей любовницы.
Эдисон долго не мог придумать для своего нового изобретения название, но ему больше всего нравилось слово «увестингаузить», правда ни один из них, как мы теперь видим, не прижился.
Тесла тоже не сидел без дела и отвечал на все попытки дискредитации Эдисона. Он стремился наоборот показать, что переменный ток не опасен и показывал это, при помощи скин-эффекта.
Австралийский любитель электрического эксгибиционизма Питер Террен бьёт себя в течение 15 секунд током в 200 000 вольт при помощи катушки Тесла, демонстрируя скин-эффект.
Как мы знаем, Тесла и Вестингауз в конечном итоге победили, поэтому переменный ток стал повсеместным явлением. Понадобилась целая экономическая и юридическая война, чтобы обеспечить Америку и весь мир более прогрессивным изобретением.
Катушка или трансформатор Теслы
Тесла изобрёл свою катушку примерно в 1891 году. В то время он повторял эксперименты Герниха Герца, который обнаружил электромагнитное излучение тремя годами ранее. Тесла решил запустить его устройство вместе с высокоскоростным генератором переменного тока, который он разрабатывал в рамках улучшения системы дугового освещения, но он обнаружил, что ток высокой частоты перегревает стальной сердечник и плавит изоляцию между первичной и вторичной обмотками в катушке Румкорфа, которая использовалась по умолчанию в экспериментах Герца. Для устранения этой проблемы Тесла решает изменить конструкцию таким образом, чтобы образовался воздушный зазор между первичной и вторичной обмотками, вместо изоляционного материала. Тесла сделал так, что сердечник мог быть перемещён в различные положения в катушке. Тесла также установил конденсатор, который обычно используются в таких установках между генератором и его первичной катушкой обмотки, чтобы избежать выгорания катушки. Экспериментируя с настройками катушки и конденсатора, Тесла обнаружил, что он мог бы воспользоваться возникающим резонансом между ними для достижения более высоких частот.
В катушке трансформатора Теслы конденсатор, после пробивания короткой искры, подключался к катушке из нескольких витков (первичная катушка), формируя таким образом резонансный контур с частотой колебания, как правило, 20-100 кГц, определяемый ёмкостью конденсатора и индуктивностью катушки.
Конденсатор заряжался до напряжения, которое необходимо для пробоя воздушного искрового промежутка, при входном линейном цикле, что достигает примерно 10 киловольтам при использовании линейного трансформатора, который подключён через воздушный зазор. Линейный трансформатор был спроектирован так, чтобы иметь более высокую, чем обычно, индуктивность рассеяния (параметр, отражающий неидеальность трансформатора), чтобы выдерживать короткое замыкание, возникающее в то время, когда зазор оставался ионизированным, или в течение нескольких миллисекунд, пока ток высокой частоты не исчезал.
Искровой разрядник настраивался таким образом, чтобы его пробой происходил при напряжении, которое несколько меньше пикового выходного напряжения трансформатора, чтобы максимизировать напряжение на конденсаторе. Внезапный ток, проходящий через искровой промежуток, вызывает резонанс первичной резонансной цепи на её резонансной частоте. Кольцевая первичная обмотка магнитно соединяет энергию с вторичной обмоткой в течение нескольких радиочастотных циклов, пока вся энергия, которая первоначально была в первичной обмотке, не перенесётся на вторичную. В идеале зазор затем прекращает проведение тока (гашение), захватывая всю энергию в колебательный вторичный контур. Обычно промежуток снова начинает расти, а энергия вторичных передач возвращается к первичной цепи в течение ещё нескольких радиочастотных циклов. Цикл энергии может повторяться несколько раз, пока искровой промежуток окончательно не ослабнет. Как только зазор прекратит проводить ток, трансформатор начнёт заряжать конденсатор. В зависимости от напряжения пробоя искрового промежутка, он может срабатывать много раз на протяжении всего цикла переменного тока.
Более заметная вторичная обмотка с значительно большим количеством витков более тонкой проволоки, чем у вторичной, была расположена для перехвата части магнитного поля первичной обмотки. Вторичная система была сконструирована так, чтобы иметь такую же частоту резонанса, что и первичная, используя только паразитную ёмкость (нежелательная ёмкостная связь) самой обмотки на «землю», а также любую клемму, расположенную в верхней части вторичной обмотки. Нижний конец длинной вторичной обмотки должен быть заземлён.
Применение катушек Тесла
Применение можно разделить на практическое и чисто декоративное. Практическое применение тока катушки Тесла нашли в радиоуправлении, радио и беспроводной передачи энергии для питания различных устройств (например, лампочек). Генератор Теслы обнаружил и неожиданное применение в медицине. Арсен Д’Арсонваль применил токи, создаваемые генератором, для физиотерапевтического воздействия на поверхность кожи и слизистые различных органов человека. Ток проходил по поверхностным слоям кожи и оказывал тонизирующий и оздоровляющий эффект. Также катушки Тесла применяются для работы газоразрядных лапм и обнаружения течи внутри вакуумных систем.
Но гораздо большую распространённость катушки Тесла получили в сфере спецэффектов и декораций, ведь разряды, создающиеся трансформатором Тесла выглядят крайне эффектно и красиво.
Пример работы катушки Тесла можете посмотреть на видео:
Интересно также понаблюдать и за музыкальными свойствами данных катушек, которые достигаются за счёт изменения частоты:
Интересно, что в своё время в 20-м веке пытались продавать катушки Теслы, как эффективный способ защитить вашу машину от угона: 
Также подобные катушки используются в различных центрах, чтобы развлечь посетителей и попытаться увлечь молодёжь красотой физических эффектов, а также в аттракционах:
Беспроводное освещение
В 1891 году Тесла усовершенствовал передатчик волн, изобретённый Герцом, который был необходим для радиочастотного снабжения энергией, переделав его в систему освещения, состоящую из газоразрядных ламп.
В этом же году он продемонстрировал в Колумбийском колледже своё изобретение.
Когда мы говорим о том, что освещение беспроводное, не имеются в виду радиоволны, речь идёт об электростатической индукции.
В руках у Теслы две длинные трубки Гейсслера , которые похожи на неоновые лампы.
В 1893 году в Чикаго проходит всемирная выставка, где Тесла демонстрирует своё изобретение. Лампы были не только беспроводными, но и люминесцентными.
В 1894 году новое достижение. Удаётся зажечь фосфорную лампу накаливания в своей лаборатории, используя резонансный метод взаимоиндукции.
Правда широкого коммерческого применения такая лампа найти не смогла, но резонансный метод индуктивной связи сейчас применяется повсеместно в электронике.
Башня Теслы
Тесла не остановился на беспроводной системе освещения и пошёл дальше. Он решил, что можно в принципе не использовать высоковольтные провода для передачи тока и передавать всю электроэнергию посредством воздуха. Для этого он хотел построить огромную экспериментальную установку в Нью-Йорке, известную как башня Теслы или башня Ворденклиф. Позже, проводя свои эксперименты и наблюдения над молниями, Тесла пришёл к ошибочному выводу, что может использовать весь земной шар, чтобы проводить ток.
Одна из страниц патента на башню Теслы
Деньги на строительство от получил от известного в то время финансиста Дж. П. Моргана, которому он сообщил, что башня будет использоваться для трансатлантической беспроводной телефонии и вещания, на чём Морган планировал заработать. По сути это была первая подобная башня в своём роде.
В 1901 году началось строительство башни и продолжалось до 1903 года. Вторую башню-приёмник планировалось построить около Ниагарского водопада. Когда первую башню в Ворденклифе почти достроили, Морган понял, что беспроводная передача электроэнергии может привести к обрушению всего рынка, в котором он имел вложения (ему принадлежала Ниагарская ГЭС), то он прекратил финансирование проекта Теслы. В мае 1905 года Тесла также потерял свой доход от патентов по истечению срока, поэтому он оказался банкротом и завершить строительство второй башни так и не удалось.
Как устроена башня Теслы
Башня в Ворденклифе представляла из себя огромную катушку Теслы высотой около 60 метров, на верхушки которой была большая медная сфера. Башня генерировала молнии длиной до 40 метров, а гром от высвобождаемой электроэнергии порождал гром, который можно было услышать за 24 километра от башни. Вес башни достигал 55 тонн, а диаметр 21-го метра.
Башня Уорденклифф изнутри
В 1905 году был произведён тестовый пуск, который произвёл шокирующий эффект. В газетах писалось, что Тесла сумел зажечь небо над океаном на тысячи миль. Вокруг же самой башни лошади получали удары током и даже крылья бабочек наэлектризовались до такой степени, что вокруг них можно было видеть «Огни Святого Эльма» (коронный разряд).
К сожалению, башню снесли в 1917-м году.
Изобретение радио и радиоуправления
Тесла демонстрирует свою радиоуправляемую лодку
20-й век крайне богат на различные изобретения и технические новинки. Многие изобретались параллельно в различных вариациях, при этом кто-то патентовал свои изобретения, а кто-то это сделать не мог или не хотел по каким-то причинам. Поэтому достаточно сложно установить, кто же первым изобрёл радио. Так, например, в США считают, что радио изобрели Дэвид Хьюз, Томас Эдисон и Никола Тесла, которые сделали соответствующий технический вклад для этого изобретения; в Германии полагают, что радио изобрёл Генрих Герц, а во Франции — Эдуард Бранли; В Белоруссии в изобретатели радио записывают Якова Наркевича-Иодку; В Бразилии полагают, что изобретателем радио был Ландель де Муру; в Англии — Оливер Джозеф Лоджа; в СССР же общепринятым было считать изобретателем радио Александра Степановича Попова и так далее ещё для многих стран. Гульермо Маркони же следует считать не изобретателем радио, как технологии или законченной системы, а как создателем первой успешной в коммерческом плане реализации системы радио.
Все их патенты и изобретения появлялись в промежутке 1880-1895 годов и все они занимались исследованием радиоволн. Попросту говоря, они все были изобретателями радио в той или иной степени, делая свой вклад в развитие теории передачи информации.
Но что же сделал Тесла? А он сделал тоже не мало. Он описал принципы, по которым можно было передавать радиосигнал на большие расстояния, провёл ряд собственных экспериментов по передаче сигналов, а также создал первую радиоуправляемую лодку, которую продемонстрировал на электротехнической выставке в 1898 году. Правда он не считал, что при помощи радиоволн возможно общение.
Радиоуправляемая лодка Николы Теслы
Одна из страниц патента на радиоуправляемую лодку Николы Тесла
На видео вы можете посмотреть лодку, которую собрали в 2015 году по подобию той, что была у Теслы:
Лодка контролировалась при помощи радиоуправления. Тесла продемонстрировал эту лодку в 1898 году на выставке электротехнике в Мэдисон Сквер Гарден. Там она произвела фурор. Представьте себе людей того времени, которые не понимали, каким образом Тесла управляет лодкой, приказывая ей плыть в то или иное место. Кроме слова «магия» здесь сложно что-то было подобрать для обывателя того времени.
Хотя газетчики того времени сразу начали называть изобретение Теслы «радиоуправляемой торпедой» (видимо, из-за того, что в то время Томас Эдисон пытался изобрести подобную торпеду и продать военным), сам же Тесла не нацеливался на войну. В 1900 году журнал Centure взял интервью у изобретателя, где тот сообщил, что целью его изобретения является попытка создать «искусственный интеллект», так как современные автоматы попросту заимствуют разум человека и откликаются только на его приказы. Тесла полагал, что однажды люди сумеют создать машину со своим собственным разумом. Что же, спустя более чем 100 лет мы пока можем утверждать, что такой машины мы не создали.
Позже во время Второй мировой войны нацисты догадаются использовать радиоуправления для создания дистанционно управляемых танков.
Безлопастная турбина Теслы
Турбина Теслы из музея
Эту турбину Тесла запатентовал в 1913 году. Изобретение турбины без лопастей по сути было вынужденным, так как для изготовления турбины с лопастями не было подходящих технологий, да и аэродинамическая теория ещё не была создана, поэтому Тесла решил использовать эффект пограничного слоя, а не давление вещества на лопатки, как сейчас широко распространено в традиционных турбинах.
Устройство турбины Теслы
Часто можно встретить утверждения, что КПД его турбины может теоретически достигать 95%, но на практике на заводах Вестингауза такая турбина показала КПД в районе 20%. Хотя позже различные модификации турбины другими изобретателями доводили КПД до 40% и более.
Путь жидкости в турбине Теслы
Очень хорошо принципы работы турбины Тесла на английском языке объяснены в этом видео:
По состоянию на 2016 год турбина Теслы так и не нашла широкого коммерческого использования с момента своего изобретения. Пока что ей удалось найти узкое применение в насосах. Связано это в первую очередь с тем, что диски внутри турбины сильно деформируются во время работы и это сказывается на общей эффективности применения турбины. Хотя сейчас продолжаются технологические поиски, чтобы решить все возникающие проблемы. Сравнительно недавно вопрос о деформации дисков частично был решён с использованием новых материалов, таких как углеродное волокно.
Клапан Тесла
Труба с клапаном Теслы в разрезе
Данный клапан был изобретён Теслой в 1920 году и почему-то многие даже не слышали об этом интересном изобретении. Суть в том, что этот однонаправленный клапан не имеет подвижных частей. Затор в клапане создаётся за счёт того, что основной поток ветвится и его ответвления направляются обратно, что постепенно замедляет основной поток.
Когда газ или жидкость течёт в прямом направлении, они слегка отклоняют и текут как бы по зигзагу, но не находя большого сопротивления. Можете посмотреть это на видео ниже, где для наглядности в поток добавлены шарики:
Однако, когда поток течёт в обратном направлении, то он ветвится таким образом, что ответвлённый поток направляется против основного, что вызывает сопротивление. И так повторяется на каждом ответвлении, из-за чего поток останавливается. Этот принцип вы можете наблюдать на видео ниже:
Конечно, нужно понимать, что данный клапан не предназначен для того, чтобы быть пробкой для бутылки или что-то в этом роде, так как он плохо работает при низком давлении потока. Однако, стоит начать использовать высокое давление, как соотношение давления между основным и ответвлённым потоком выравниваются.
Тесла изобрёл клапан, когда разрабатывал бесступенчатую турбину. Но так оказалось, что клапан стал самостоятельным изобретением, так как Тесла понял, что турбина лучше взаимодействует с ламинарным потоком, а клапан лучше работает с импульсным.
История переменного тока
История переменного тока — совокупность исторических сведений о переменном токе, от его появления и конкурирования на рынке электроэнергии, до полной монополизации переменного тока во всем мире. Рассматриваются преимущества и недостатки переменного тока во всех областях его эксплуатации. Переменный ток — род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Переменный ток, в отличие от постоянного, непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению. Эти изменения называются частотой. Но самое важное в том, что электростанции постоянного тока, используя обычное напряжение, могут передавать электроэнергию в радиусе не больше мили. Это означает, что для того, чтоб осветить город, нужно было бы построить целую сеть местных электростанций. С переменным током все иначе: для того, чтоб осветить город, нужна одна большая электростанция.
Содержание
Преимущества переменного тока [ править ]
- 1) значительно более дешевое производство генераторов;
- 2) также и электродвигатели в изготовлении дешевле и проще;
- 3) более удобная передача на большие расстояния;
- 4) возможность легко менять напряжение;
- 5) возможность преобразовывать его в постоянный.
Тесла и переменный ток [ править ]
- В 1889 году Никола Тесла начал исследования токов высокой частоты и напряжения. Тесла начал разрабатывать новый тип генератора и двигателя с другим видом тока. Кстати, он же придумал использовать землю как проводник. Этими его открытиями мы пользуемся до сих пор. Известный промышленник, Джорж Вестингауз, хорошенько изучив патент Эдисона, пришел к выводу, что разработанные Теслой, который был менее известным, генераторы переменного тока более рентабельны. Поэтому, он предложил Тесле 1 млн долларов за все полученные им патенты, а также обещал платить по 1 доллару за каждую одну лошадиную силу сделанных на основе патентов генераторов. В те времена единица измерения мощности. С тех времен переменный ток и начал внедряться человечеством.
Появление электричества в России [ править ]
Война переменного и постоянного тока [ править ]
Противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы (а также Джорджа Вестингауза) в борьбе за использование постоянного и переменного тока соответственно. «Война» продолжалась свыше ста лет и закончилась в конце ноября 2007 года с окончательным переходом Нью-Йорка с постоянного тока на переменный. Война токов берет своё начало с 80-х годов XIX века, когда электричество начинает активно применяться при котором возникает проблема распределения и подачи электроэнергии на дальние расстояния. Постоянны ток не мог похвастаться передачей электроэнергии на дальние, а если и эта электроэнергия могла быть передана, то электрическое напряжение было очень маленьким следовательно не выгодным для использования. Переменный ток может менять своё напряжение с помощью трансформаторов — это способствует передавать электроэнергию на большие расстояния по магистральным линиям. При кратковременном воздействии переменного тока на человека вызывает сбой в работе сердечной мышцы, а действие постоянного тока на человека даже используется в медицине, действие постоянного тока способствует очищения кожи человека от сыпи и бактерий. Переменный ток имел проблемы в распространении для больших масс в том, что не было соответствующих моторов и счетчиков. Вскоре к 1882 году Тесла справился с этой проблемой и изобрел многофазный электромотор, который получил патент в 1888 году и в этом же году появляется первый счётчик переменного тока. Противостояние Когда Томас Эдисон начинает понимать, что общество постепенно переходит на переменный ток и, следовательно, отказывается от постоянного, он начинает проводить политику черного пиара против переменного тока. Это выражалось в том, что Эдисон публично убивал животных действием на ни переменным током. Он открыто высказывался, то переменный ток является более опасным чем постоянный. Черный пиар Эддисона ни к чему не приводил. Люди, работавшие с переменным током, получали огромные заказы на освещение разных объектов(одним из таких объектов стала Чикагская ярмарка в 1893 году). Война завершается победой переменной тока в середине 90-х годов XX столетия. Эта победа обуславливается сворачивание сетей постоянного тока. Хотя и по сей день в разных районах Америки до сих пор используется постоянный ток для поддержания работы устройств работающих изначально на постоянном токе, например, раритетные лифты.
12 Гениальных изобретений Николы Теслы в различных областях
Никола Тесла был, без сомнения, одним из величайших изобретателей в истории человечества. Родившийся в 1856 году в сербской семье, Тесла всегда опережал свое время. Он окончил школу на год раньше, преуспел в университете, где он изучал электротехнику, однако не получил степень.
За всю свою карьеру Тесла получил около 300 патентов из 26 разных стран, большинство из которых из США, Канады и Великобритании. Хотя многие из нас знают его как изобретателя-футуриста, сыгравшего ключевую роль в развитии переменного тока наряду с достижениями в области радио и двигателей, он также предложил некоторые из самых странных идей, которые отделяют его от других изобретателей.
Ниже мы составили список изобретений Теслы, которые все еще влияют на нашу жизнь, а также те, которые никогда не были реализованы.
12. Безлопастная турбина
Турбина Тесла в Музее Николы Теслы
Запатентовано в: 1913
В 1906 году, в возрасте 50 лет, Тесла продемонстрировал безлопастную турбину мощностью 200 лошадиных сил или 149,2 киловатт при 16 000 об/мин. Безлопастная турбина, как следует из названия, не имеет лопаток, а состоит из нескольких гладких, плотно набитых пластин, прикрепленных к валу.
Жидкость подается из отверстия, которое обычно расположено на верхнем крае турбины. При этом единственный выход, расположенный в центре, жидкость перед выходом из турбины совершает спиральный путь. Она создает тягу, чтобы заставить диски вращаться.
Несмотря на то, что безлопастные турбины используются с начала 1980-х годов, они так и не стали популярными или коммерчески успешными. Сегодня такие турбины используются в основном в тех случаях, когда в качестве источника энергии используется пар или сжатый воздух (например, турбокомпрессор в автомобилях).
11. Лодка с дистанционным управлением
Радиоуправляемая лодка Теслы
Предложено в: 1907
В 1898 году во время электрической выставки Тесла продемонстрировал (маленькое) радиоуправляемое судно, которое он мог маневрировать над водой. При этом он развлекал публику, создавая впечатление, будто лодка подчиняется голосовым командам зрителей. В действительности, однако, он управлял лодкой, используя радиочастоты. Он назвал эту технологию «телавтоматика».
Для многих из присутствовавших там в тот день это был момент чистой магии. С другой стороны, немногие видели в нем потенциальную военную машину. Тесла получил патент США на это 1 июля 1898 года.
10. Искусственные приливные волны
Как инженер и изобретатель, Тесла твердо верил, что наука может быть отличным средством против войны и может эффективно использоваться для их предотвращения. Он потратил значительное количество времени на разработку нового и мощного оружия, которое могло бы использоваться сегодня, если бы оно работало.
Опираясь на свою радиоуправляемую лодку, Тесла начал амбициозный проект под названием « Искусственная приливная волна», который, как он полагал, уничтожит военно-морские силы противника без единого выстрела. Чтобы достичь этого, Тесла предложил беспроводное судно, которое будет направлять значительное количество взрывоопасного материала под вражеские суда и взрывать его.
По оценкам Теслы, такой взрыв должен вызвать приливную волну высотой до 100 футов на участке в 1 милю от первоначального источника взрыва. Такого рода сильных волн было бы достаточно, чтобы потопить любой крупный корабль в то время.
Во время Холодной войны и Соединенные Штаты, и Советский Союз подвергли теорию Теслы испытанию, выполнив серию ядерных взрывов в Тихом океане. К сожалению, результаты оказались совсем не такими, как представлял себе Тесла.
9. Осциллятор Теслы
Запатентовано в: 1893
В 1893 году Тесла получил патент на свой паровой электрический генератор, который, по его мнению, мог бы заменить поршневые паровые двигатели. Он работает путем впрыскивать пар в генератор и выкидывать его от множественных портов, который причиняет поршень двинуть вверх и вниз. Это движение производит вибрации на высокой скорости, которая в свою очередь производит электричество.
Тесла, позже в его жизни, утверждал, что версия этого устройства вызвала землетрясение в Нью-Йорке в 1898 году. Только после этого инцидента осциллятор был популяризирован как машина землетрясения Теслы.
По словам Теслы, он когда-то работал над уменьшенной версией механического генератора в своей лаборатории на Хьюстон-стрит. Генератор был всего 7 дюймов в длину и максимум два фунта. Это было что-то, что «можно было положить в карман.»
8. Катушка Тесла
Запатентовано в: 1891
В конце 1890-х и начале 1900-х Тесла экспериментировал с различными идеями, в которых он исследовал возможные способы беспроводной передачи электроэнергии. Системой, которая могла бы сделать это, была катушка Тесла, которая, без сомнения, является одним из его замечательных изобретений.
Катушка Тесла представляет собой электрическую цепь, которая производит высокочастотный переменный ток. Он состоит из двух частей; первичная и вторичная катушка, обе из которых имеют свои конденсаторы. Искровой разрядник (воздушный зазор между двумя проводниками) соединяет две катушки и их конденсаторы.
Внешний источник питания подключен к первичной катушке, конденсатор которой поглощает первоначальный заряд. В конце концов, огромное количество энергии заставляет его разрушать сопротивление воздуха в искровом промежутке и в конечном итоге переносит электрический ток во вторичную катушку.
Цикл повторяется с конденсатором на вторичной катушке, и когда заряд слишком высок, он врывается в воздух, производя молнии. Одна такая катушка может иметь выходное напряжение где-то от 50000 вольт до нескольких миллионов вольт.
Сегодня катушки Теслы в основном можно найти в музеях.
Они когда-то использовались коммерчески в радиопередатчиках и нескольких медицинских оборудованиях. Однако небольшие версии катушек Теслы используются для обнаружения утечек в системах высокого вакуума.
7. Увеличительный передатчик
Никола Тесла сидит рядом со своим увеличительным передатчиком
Увеличительный передатчик — это, в основном, усовершенствованная версия катушки Тесла, которую он намеревался использовать для беспроводной передачи электрической энергии на большие расстояния.
Все это произошло в 1899 году, когда Тесла заявил, что он сделал революционное открытие «земных стационарных волн», которые могли бы позволить Земле использоваться в качестве проводника и резонировать на определенной частоте.
Увеличительный передатчик вместо разряда электричества предназначен для генерации стоячих волн с использованием естественного резонансного контура Земли, который может использоваться на расстоянии приемным контуром. В дополнение к двум большим катушкам, увеличительный передатчик имеет третью или дополнительную катушку, которая работает как резонатор.
Тесла даже сообщил, что ему удалось привести в действие поле лампочек, расположенных в 1 км от увеличительного передатчика, и создать вспышки молнии длиной до 40 метров.
6. Башня Ворденклиф
Башня Ворденклиф на фото 1904 года
Первоначальный успех увеличительного передатчика позволил Тесле планировать что-то гораздо более значительное. В марте 1901 года он получил инвестиции в размере около $150,000 от финансиста и банкира Джона Пирпонта Моргана для создания башни Wardenclyfee, системы или инфраструктуры, которая могла бы передавать электричество на большие расстояния.
Тесла, в то время, был вовлечен в жестокую битву против Гульельмо Маркони, который уже имел некоторый успех в радиопередачах на большие расстояния. Чтобы конкурировать с системой радиоуправления Маркони, Тесла искал больше средств у Джона Пирпонта Моргана, но на этот раз ему было отказано.
К концу 1901 года Маркони успешно осуществил первую в истории трансатлантическую радиопередачу, отметив поражение Теслы. Объект Wardenclyfee Tower так и не был введен в эксплуатацию и был заброшен в 1906 году после того, как Тесла не смог обеспечить никаких дальнейших средств.
5. Сверхзвуковой дирижабль с питанием от наземных башен
Авторская концепция наземных башен Теслы, управляющих сверхзвуковыми дирижаблями
От бытовой электроники и телевизоров до военных беспилотников, мы управляем очень многими вещами по беспроводной сети. Но если бы это зависело от Теслы, у нас были бы сверхзвуковые дирижабли с дистанционным управлением.
В 1919 году Тесла публично объявил о своей идее сверхзвукового дирижабля, который мог бы пролететь 8 миль или 40 000 футов над землей и совершить трансатлантическое путешествие из Нью-Йорка в Лондон чуть более чем за три часа. Но самое лучшее в этом самолете то, что он должен был питаться от беспроводного электричества, передаваемого с наземных вышек.
По словам Тесла, можно построить несколько электростанций, чтобы обеспечить практически неограниченное количество энергии для самолетов, подобно тому, как теперь электричество подается в поезда протяженностью более тысячи километров по проводам.
4. Teleforce или «Луч смерти»
Еще одно его военное предприятие имело форму «Луча смерти» или того, что он называл Teleforce. 11 июля 1934 года газеты объявили о новом предлагаемом оружии Теслы, которое сначала ускорит гранулы ртути до высокой скорости (посредством электростатического отталкивания), а затем выстрелит пучками частиц по намеченным целям.
Он описал, что его Луч Смерти «сбьет флот из 10 000 самолетов противника на расстоянии 200 миль и заставит армии погибнуть на своих путях». По словам Тесла, идея такого оружия возникла после изучения генератора Ван де Граафа.
Газеты прозвали его «лучом смерти» или «лучом мира», аналогичным другому теоретическому оружию с пучками частиц. Тесла, однако, поспешил указать, что его машина не попадает в категорию так называемых «лучей смерти».
3. Камера мысли
Впечатление художника от мысленной камеры Теслы
Человеческий мыслительный процесс, каким бы сложным он ни казался, необходим для интерпретации, осмысления вещей и даже предсказания будущих событий. Это все еще не было должным образом понято исследователями. Но Тесла, в одной из самых необычных идей, предполагал, что будет возможно сфотографировать и записать их.
Еще в 1933 году, на своем дне рождения, Тесла рассказал журналистам, что образ, формируемый (в мозгу) во время мысли, может быть зеркально отображен на сетчатке человека через рефлекторное действие. Это изображение сетчатки может быть сфотографировано с помощью инструмента, который будет проецироваться (например, слайд-шоу) на смотровой экран.
Теперь, если это действительно так, эти изображения могут быть получены с помощью соответствующего устройства. «Таким образом, каждая мысль о человеке может быть прочитана, и тогда наши умы будут как открытые книги».
Очевидно, что человеческий мыслительный процесс не работает таким образом, хотя мы мало что о нем знаем. Но опять же, мы не можем исключить, что Тесла был совершенно неправ.
2. Асинхронный двигатель
Модель асинхронного двигателя с ротором короткого замыкания в музее Николы Теслы, Сербия | Изображение предоставлено Викимедиа
Запатентовано в: 1887
Заслуга изобретения первого в истории асинхронного двигателя принадлежит Николе Тесле и итальянскому физику Галилео Феррарису. Именно Феррарис продемонстрировал рабочую модель трехфазного асинхронного двигателя в 1885 году, за два года до Теслы. Тем не менее Тесла был первым, чтобы подать заявку и получить патенты (США) для него.
В асинхронном двигателе ток в роторе, который необходим для создания крутящего момента, получается не от электрических соединений, а от электромагнитной индукции магнитного поля обмотки статора.
Индукционный двигатель является, пожалуй, наиболее распространенным типом двигателей, используемых в жилых и коммерческих помещениях. Трехфазные асинхронные двигатели, как правило, предпочтительны в промышленных областях благодаря своей экономичности и надежности. В небольших нагрузочных устройствах, которые используются в жилых помещениях, применяются однофазные асинхронные двигатели (потолочные вентиляторы).
1. Переменный ток
Тесла демонстрирует беспроводную передачу электричества в Колумбийском колледже в 1891 году
Тесла не изобрел переменный ток, и при этом он сначала не использовал его в практической демонстрации, но он сыграл важную роль в популяризации переменного тока по сравнению с его конкурентом.
Происхождение переменного тока можно проследить до 1832 года, когда Ипполит Пиксий, французский инженер, разработал первый в мире динамоэлектрический генератор, основанный на принципах Фарадея.
Тогда это был Гийом Дюшенн, который успешно продемонстрировал практическое использование переменного тока в электротерапии в 1855 году. Работы Себастьяна Ферранти, Галилея Феррари и Люсьена Голлара способствовали дальнейшему развитию этой технологии.
Вклад Теслы в переменный ток пришелся на конец 1880-х годов, когда его асинхронный двигатель был интегрирован в системы переменного тока, произведенные компанией Джорджа Вестингауза, чтобы конкурировать с низковольтным постоянным током Томаса Эдисона. В отличие от постоянного тока, альтернативные системы позволяют эффективно передавать электричество на большие расстояния.