Джон О'Нил - Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы
Энергетическая система Теслы сделала ненужными электростанции постоянного тока, которые могли считаться теперь предприятиями исключительно местного значения, способными обслуживать территорию радиусом в лучшем случае в одну милю. Его двигатели работали от переменного тока, который мог экономично передаваться на сотни миль линиями электропередачи, для которых он разработал экономичную двух— и трехфазную систему.
Колоссальные изменения, произошедшие в электротехнической индустрии благодаря открытиям и изобретениям Теслы в связи с переменным током, можно оценить, рассмотрев недостатки, имевшиеся до того времени в работе электростанций постоянного тока системы Эдисона. Электроэнергия вырабатывалась в них относительно небольшими генераторами и поступала к потребителю по медному кабелю, проложенному под землей. Но не вся эта энергия доходила до конца линии электропередачи, так как из-за сопротивления кабеля терялась в виде бесполезного тепла.
Величина электроэнергии определяется двумя составляющими: это ток, или направленное движение заряженных частиц, и напряжение, или сила, заставляющая эти частицы двигаться. Падение напряжения из-за сопротивления происходило независимо от значения напряжения. Напряжение при токе в один ампер падает из-за сопротивления на одну и ту же величину при напряжении и в 100, и в 1000, и в 100000 вольт. Если же сила тока не меняется, то количество передаваемой по проводу энергии зависит от значения напряжения. Так, скажем, при напряжении в 100000 вольт и токе в один ампер энергии по проводу передается в 100000 раз больше, чем при токе в один ампер и напряжении в один вольт.
Если сила проходящего по проводу тока удваивается, то потери на тепло возрастают в четыре раза; если она утраивается, то потери возрастают в девять раз; а если сила тока увеличивается в четыре раза, потери возрастают в шестнадцать раз. Это накладывает определенные ограничения на силу тока в кабеле.
Кроме того, в кабеле происходит и падение напряжения. При средних значениях тока в кабеле принятого тогда сечения протяженностью в полмили (* 800 м.) эти потери составляли около 30 вольт. Чтобы до некоторой степени компенсировать эти потери, генераторы вырабатывали 120, а не 110 вольт, на которые были рассчитаны лампы. Рядом с электростанцией потребители получали повышенное напряжение, а на расстоянии в полмили от нее оно опускалось до 90 вольт. Первые угольные лампы Эдисона давали не очень-то яркий свет и от 110 вольт, а уж при 90 вольтах светили совсем слабо.
Все это позволяло вырабатывать и распределять постоянный ток лишь на крайне ограниченной территории. Электростанция Эдисона могла обслуживать площадь диаметром менее полутора километра. А для электрификации большого города, чтобы получать достаточное напряжение в каждом районе, пришлось бы иметь по электростанции на каждые полтора квадратных километра и даже меньше. За пределами же больших городов ситуация осложнялась еще больше. И это служило серьезным пре пятствием для полномасштабной электрификации страны.
Энергетическая система Теслы, которую Эдисон столь категорично отверг, когда она была ему предложена, выводила электричество из узких рамок местного применения. Тесла дал не только двигатели переменного тока, которые были проще и гибче машин постоянного тока, но и высокоэффективный способ применения трансформаторов, состоящих из двух катушек провода на металлическом сердечнике, повышающих напряжение при одновременном и пропорциональном снижении тока и наоборот. Объем же электроэнергии при этом практически не менялся.
Медный кабель обходится весьма не дешево, когда покупается на целые километры, а его сечение накладывает ограничения на силу тока в нем. Эдисоновская система постоянного тока не позволяла найти практичный способ передачи электроэнергии. Изменить напряжение было нельзя, и когда значение тока поднималось до предельной проводимости кабеля, то тянуть дальше эту линию передачи было уже невозможно.
В системе же Теслы кабель может нести несравненно больше энергии, что достигается повышением напряжения, в результате чего сила тока не превышает допустимой нагрузки на линию электропередачи. Совсем тонкий провод в его многофазной системе переменного тока может передавать в тысячу, а то и больше раз энергии, чем в системе постоянного тока Эдисона.
Система Теслы давала возможность экономично нести ток на огромные расстояния от электростанции. При желании можно было получать электроэнергию, сжигая уголь прямо в шахте, и без больших затрат передавать ее в далекие города; или преобразуя в электричество силу воды и точно так же передавая его на большие расстояния.
Тесла освободил гиганта электроэнергии из оков электростанции и дал ему географическую свободу, возможность осваивать все новые просторы и творить на них свои чудеса. Он заложил основание нашей нынешней могучей энергосистемы. Достижение такого масштаба должно было нести в себе огромный заряд, и стоило поднести к нему огонек, и действие не заставило бы себя ждать.
5
Впечатляющая лекция с наглядной демонстрацией, прочитанная Теслой перед Американским институтом инженеров-электриков в Нью-Йорке, привлекла к его работе внимание сообщества электротехников всего мира. У большинства из них не было сомнений в том, что открытия Теслы — это начало новой эпохи в электротехнической индустрии. Но что с ними делать? Лишь немногие производители могли воспользоваться ими. Эти открытия можно было сравнить с пятикилограммовым алмазом: никто не сомневается в ценности камня, но кто может приобрести его или как-то использовать?
Сам Тесла в это время не особенно задумывался об извлечении коммерческой выгоды из своих открытий. Полным ходом шла работа над программой экспериментов, которая была далека от завершения и до окончания которой он больше ничем не хотел заниматься. Он предполагал, то ему не останется ничего иного, как основать собственную компанию и заняться производством своих генераторов, двигателей и трансформаторов, но это не позволило бы ему вести эксперименты, которые очень увлекали его и которых он не хотел прерывать. Поэтому извлечение прибыли из своих изобретений представлялось ему проблемой, решение которой можно было и отложить, насколько это зависело от него, по крайней мере пока финансируется его текущая работа.
Джордж Вестингауз, глава «Вестингауз электрик компани» в Питтсбурге, был человеком дальновидным. Его уже знали как изобретателя ряда электрических устройств, но главным образом как разработчика железнодорожных пневмотормозов, который разбогател на своих изобретениях. Он понял огромные коммерческие возможности, которые предоставляли изобретения Теслы, и огромные преимущества использования переменного тока по сравнению с использованием постоянного. Это был практичный бизнесмен, который не ограничивал себя в выборе между переменным и постоянным током.
У Эдисона же, главы компании «Эдисон дженерал электрик», ограничения были. Им была изобретена электрическая лампа накаливания. Осуществив свой проект, он искал возможности его коммерческого использования. Чтобы можно было продавать его лампы, требовалось сделать доступным электричество, а для этого нужно было строить электростанции и проводить линии электропередачи. Уже имевшиеся лампы другого вида — дуговые — мало интересовали его. Электростанции по системе Эдисона были рассчитаны на постоянный ток низкого напряжения. В то время употреблялись двигатели постоянного тока, и большинство работников технической сферы полагали, что практичный двигатель переменного тока вряд ли когда-нибудь появится. Поэтому, с точки зрения Эдисона, постоянный ток давал ряд практических преимуществ.
А вот Вестингауз не был привязан ни к какому проекту вроде лампы накаливания, который ограничивал бы его необходимостью дополнительных условий, таких как постоянный ток, поэтому на связанные с переменным током изобретения Теслы он мог смотреть без предвзятости и совершенно объективно. К решению он пришел через месяц после того, как Тесла прочитал свою лекцию, а, приняв его, послал ему краткое сообщение о том, что посетит его в его лаборатории.
Два изобретателя никогда не виделись прежде, но каждый из них был хорошо знаком с работой другого. Вестингауз, родившийся в 1846 г., был на десять лет старше Теслы. Это был внушительного вида невысокий, тучный человек с бородой, привыкший к прямоте в ведении своих дел, которая доходила у него почти до грубости. Тесла, которому было тридцать два года, имел высокий рост, темные волосы, был красив, строен и обходителен. Стоя в лаборатории Теслы, они составляли полную противоположность друг другу, но у них были три точки схождения: оба были изобретателями, оба были инженерами и оба любили электричество. В лаборатории у Теслы находились генераторы, трансформаторы и двигатели, позволявшие ему демонстрировать свои изобретения и модели в условиях реального действия. Вестингауз чувствовал себя здесь в своей тарелке и скоро пришел в полный восторг как от самого изобретателя, так и от его изобретений.
