Джон О'Нил - Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы
А между тем он обнаружил целый новый мир интересных явлений, связанных с разрядами в его катушках при пропускании через них токов чрезвычайно высоких частот. Он изготавливал катушки все больших и больших размеров и экспериментировал с самыми разнообразными их формами. От обычной цилиндрической катушки он перешел к конусной форме, а от нее к плоской спиральной или дисковой катушке.
Токи чрезвычайно высокой частоты подарили Тесле математический рай, где он мог вволю наслаждаться своими уравнениями. Благодаря математическим способностям и необыкновенному феномену воображения он нередко очень быстро делал целый ряд открытий, на которые с обычным лабораторным оснащением уходит очень много времени. Так были открыты явления резонанса и разработаны резонансные цепи.
Поскольку волны были относительно короткими, то изготавливать конденсаторы для резонансных контуров было сравнительно просто. В резонансном контуре электрические колебания происходят ритмично, как колеблется звучащая струна музыкального инструмента, образуя петли равной величины с точками покоя между ними [10]. Петель может быть от одной до целой серии.
Не Тесла выдвинул идею электрического резонанса. Она была неотъемлемым элементом данного лордом Кельвином математического описания разряда конденсатора, а также физической сути переменных токов. Но Тесла извлек ее из глубин математического уравнения и превратил в яркую физическую реалию. Электрический резонанс аналогичен акустическому, который представляет собой естественное свойство материи. Но реальных цепей, в которых мог возникнуть резонанс, не было до тех пор, пока Тесла не начал работать с переменными токами, особенно с токами высоких частот. Приложив руку мастера к исследованиям в этой области, он развил принцип резонанса в отдельных цепях, состоящих из подобранных емкости и индуктивности, и добился усиления эффектов индуктивной связью двух резонансных контуров, а также особых проявлений резонанса в контуре, настроенном на четверть длины волны питающего тока. Только истинный гений мог нанести подобный штрих.
Две петли вибрирующей струны составляют полную длину волны, а одна петля половину этой длины, поскольку пучность [11] одной петли находится вверху, когда пучность соседней внизу.
Между двумя петлями находится узловая точка (узел), которая не движется. Расстояние от узла до пучности петли как раз и равно четверти длины волны. Четверть длины волны принимается за единицу, узел неподвижен, а пучность соответствует вершине амплитуды колебания.
Тесла обнаружил, что при настройке катушек на четверть длины волны один конец катушки остается электрически нейтральным, тогда как другой характеризуется огромной электрической активностью. Это был уникальный случай, когда один конец небольшой катушки инертен, а другой испускает град искр под напряжением в сотни тысяч и даже миллионов вольт. В качестве физической аналогии можно представить, что воды Ниагары, достигая края пропасти, не падали бы в нее, а гигантским фонтаном устремлялись бы вверх.
Катушка, рассчитанная на четверть длины волны, это электрическое соответствие вибрирующей ножке камертона, маятнику обычных часов или язычку музыкального инструмента [12]. Однажды созданная, она кажется простой вещью, но придумать ее мог только гений. Своей несомненностью подобная идея могла озарить лишь выдающийся ум, опирающийся на широкие принципы, каким и был всю свою жизнь Тесла, и лишь в самом невероятном случае — тех, кто без вдохновения ковыряет технические устройства в надежде наткнуться на что-нибудь, на чем можно сделать деньги.
Высоковольтная катушка, на одном из концов которой нет напряжения, значительно упрощала многие проблемы. Одной из таких серьезных проблем для Теслы был способ изоляции вторичной высоковольтной обмотки трансформатора от его низковольтной первичной обмотки, возбуждающей энергию во вторичной. Открытие Теслы позволило полностью снять напряжение с одного конца вторичной обмотки, а саму обмотку подсоединить непосредственно к первичной или заземлить [13]. Другой же конец вторичной обмотки мог по-прежнему извергать молнии. Именно для этого разработал он конусную и дисковую катушки.
В лаборатории у Теслы было множество самых разных катушек. В начале своих исследований он установил, что если в лаборатории на какой-то длине волны работает катушка, то в остальных катушках, настроенных на эту длину волны или на одну из ее гармоник, вызывается резонансная реакция, проявляющаяся в виде искр вокруг них, хотя они никак не соединяются с работающей катушкой.
Это был пример беспроводной передачи энергии. Тесле требовалось провести ряд экспериментов, чтобы понять смысл этого явления. Он никогда не терялся на новых просторах, которые открывал. Ум его воспарял на такие высоты понимания, что он мог обозреть открытый им мир одним взглядом.
Тесла планировал эффектную демонстрацию нового принципа. На всех четырех стенах под потолком самого большого зала его лаборатории работники натянули на изолированных опорах провод, который шел от одного из осцилляторов.
Подготовка к эксперименту закончилась поздно ночью. Для испытаний Тесла взял две стеклянные трубки около метра длиной и чуть больше сантиметра в диаметре. Запаяв их с одного конца, он создал в них разрежение, и запаял с другого конца.
Тесла распорядился полностью затемнить помещение. Рабочие по его сигналу должны были включить осциллятор.
— Если моя теория верна, — пояснил он, — то, когда вы включите осциллятор, трубки превратятся в сияющие мечи.
Выйдя на середину зала, он велел выклюить свет. Лаборатория погрузилась в кромешную тьму. Один из рабочих держал руку на включателе осциллятора. — Включайте! — скомандовал Тесла.
Зал мгновенно наполнился ярким, причудливым голубовато-белым светом. Рабочие смотрели на высокую, худую фигуру Теслы, энергично размахивавшего подобием двух пламенных мечей. Стеклянные трубки горели неземным светом, а он делал выпады и парировал удары, словно сражался с двумя противниками.
Работники лаборатории уже привыкли к необычным трюкам Теслы, но этот выходил за все мыслимые рамки. Тесла и до этого зажигал вакуумные лампы, но они всегда подсоединялись к питающим катушкам, эти же две светили, не подключаясь ни к чему.
После этой демонстрации, устроенной в 1890 году, лаборатории Теслы стали освещаться именно так. Петля под потолком всегда находилась под напряжением, и, если где-то нужен был свет, достаточно было просто взять трубку и положить ее в нужном месте.
*Когда Тесла приступил к разработке нового вида освещения, в качестве модели он взял Солнце. Господствовавшая тогда теория гласила, что в фотосфере, или внешней газовой оболочке Солнца, свет создается колебанием молекул. И именно такое колебание он и хотел использовать.
Грандиозное откровение, озарившее его в будапештском парке, когда он любовался пылающим диском заходящего Солнца, принесло ему, как мы видели, не только чудесную идею вращающегося магнитного поля и многих возможностей использования многофазных переменных токов, но и важный вывод о том, что все в Природе действует на принципе вибраций, соответствующих переменным токам. Множество открытий и изобретений, сделанных им за все последовавшие годы, тоже основывалось на принципе, который он вывел из этого возвышенного переживания.
Считалось, что свет Солнца излучается молекулами, которые колеблются под действием тепла. Тесла хотел воспользоваться этим явлением, но более совершенным способом, для чего нужно было заставить молекулы колебаться под действием электрических сил. Он полагал, что искры и электрические пламена, которые создаются его высоковольтными катушками, связаны с колебаниями молекул атмосферы, и если он сможет закрыть атмосферные газы в стеклянные сосуды и с помощью электричества вызвать их колебание, то они будут излучать свет без тепла, поскольку энергию будут давать холодные электрические токи.
Сэр Уильям Крукс, который задолго до Эдисона создал электрическую лампу накаливания, поместив электрически разогреваемую нить накала в вакуумную колбу, провел множество экспериментов в попытке провести электричество через газы в стеклянных сосудах в самых разных условиях — от атмосферного давления до максимальной разреженности, какой мог добиться, и получил необычные результаты. Он использовал ток высокого напряжения, который получал с помощью устаревшей катушки индуктивности.
Тесла предполагал, что когда он попробует получить те странные эффекты, что наблюдал при работе со своими токами крайне высоких частот, в закрытых стеклянных сосудах, результаты будут совершенно отличны от тех, что получили Крукс и Гесслер, который тоже работал в этой области. И он не ошибся.
