Представьте себе мир без электричества, моторов, насосов, вентиляторов, холодильников и лифтов. Ни микроволновки, ни радио, ни телевизора. В следующий раз, когда вы щелкнете выключателем, подумайте о Николе Тесле. Больше, чем любой другой изобретатель, Тесла положил начало эпохе электроэнергии. Но через 70 лет после его смерти и через столетие после его крупных изобретений его имя менее известно, чем имена Томаса Эдисона, Александра Грэма Белла или братьев Райт.
Tesla создала ключевые инструменты эпохи власти: генератор переменного тока, двигатель переменного тока и систему электрической передачи. Большая часть жизни, которая развивалась в 20-м веке, опиралась на фундамент, заложенный Теслой.
Беспокойный ум Теслы вывел его за пределы этих электрических и механических инноваций. Он изобрел «увеличительную катушку», которая поднимала электричество до очень высоких частот и напряжений. Он обнаружил, что такой ток испускает электромагнитные волны, которые могут творить чудеса. Сегодня «беспроводная связь» является общепринятым термином в мире компьютерных сетей. Тесла открыл этот принцип более ста лет назад.
Теслу часто сравнивают с Томасом Эдисоном, но во многих отношениях он был полной противоположностью Эдисона. Эдисон утверждал, что изобретение было «1 процент вдохновения, 99 процентов пота». И все же Тесла был человеком вдохновения, провидцем. Эдисон был самоучкой; Тесла получил основательное техническое образование. Эдисон решал практические задачи; Тесла мечтал о технологиях, которые изменят мир. Эдисон коммерциализировал свои изобретения; У Теслы было мало деловой хватки. Единственное, что у них было общего, это то, что оба мужчины мало спали: Тесла иногда работал с 10:30 до 5 утра следующего дня.
При жизни Тесла не получил признания или компенсации за многие из своих изобретений. 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 намек на то, что Никола Тесла - изобретатель, достойный упоминания.
История Теслы
Отец Теслы был православным священником, который хотел, чтобы его сын, родившийся в 1856 году, был таким же. Этнические сербы, семья Теслы жила в Хорватии, тогда входившей в состав Австро-Венгерской империи. Мать Николы изобрела бытовую технику вроде взбивалки, и мальчик почувствовал, что пошел в нее. Когда он заболел в подростковом возрасте, он взял с отца обещание отправить его в техникум, если он выздоровеет. Надеясь стать инженером, он изучал механику и электричество в Австрийской политехнической школе в Граце, Австрия.
Мальчиком Никола видел фотографию Ниагарского водопада. Он мгновенно представил себе гигантское мельничное колесо, которое будет использовать силу катаракты. Такие видения указывали на уникальную природу разума Теслы. Молодой человек мог решать математические задачи в уме и обладал фотографической памятью. Но самым замечательным была его способность к визуализации: идеи являлись ему полностью сформированными, почти как галлюцинации.
Но у его великолепия была и обратная сторона. В свои 20 лет высокий, худой, как рельсы, Тесла пережил нервный срыв, который сделал его сверхчувствительным - звук тикающих часов мучил его, а солнечный свет угнетал. Всю свою жизнь он страдал от фобий и навязчивых состояний.
Tesla рано заинтересовался переменным током (AC). В то время в экспериментах с двигателями и освещением использовался постоянный ток (DC), подобный току, вытекающему из батареи. Двигатели постоянного тока были неэффективны, но никто не мог себе представить, как будет работать двигатель переменного тока. Однажды, гуляя по парку и обсуждая поэзию, Тесла неожиданно понял, как воплотить в жизнь двигатель переменного тока.
Его идея использования переменного тока сбила с толку экспертов в Европе. В 1884 году 28-летний Тесла решил отправиться в Нью-Йорк и представить свои идеи Томасу Эдисону. Он поделился своими представлениями о переменном токе великому изобретателю, но Эдисона это не заинтересовало. 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.
Без денег Тесла пошел работать, копая канавы, чтобы заработать на жизнь. Но его судьба вот-вот должна была измениться.
AC/DC - это просто
Постоянный ток состоит из электронов, пыхтящих по проводнику в одном направлении. Переменный ток меняет это направление 60 раз в секунду. Чтобы сделать электродвигатель, вам нужно изменитьполярность, заряд север-юг, неподвижного электромагнитного куска металла, называемого статором. Магнитный ротор, постоянно пытающийся выровняться с изменяющейся полярностью статора, вращается, чтобы обеспечить мощность. В двигателях постоянного тока для изменения полярности используется искровой механический коммутатор. Двигатели переменного тока изменяют направление тока электрически. Как только Тесла понял, как согласовать переменный ток с электромагнитами двигателя, он добился одного из своих самых важных открытий.
Триумф Теслы на переменном токе
Эдисон привлек абонентов электроэнергии к своей системе постоянного тока, протянув провода вдоль улиц Нью-Йорка и проводя электропроводку в их домах. Но Джордж Вестингауз уже работал над конкурирующей системой переменного тока. Он увидел, что изобретения Теслы могут дать ему большое преимущество перед Эдисоном.
Tesla понимала, что переменный ток является более эффективным способом привода двигателей и освещения. Что еще более важно, переменный ток можно «усилить» с помощью катушек проводов. С помощью индукции низкое напряжение в одной катушке трансформировалось в высокое в другой. Ток высокого напряжения может более эффективно проходить по проводам, а затем уменьшаться для бытового использования. Схемы Теслы были предшественниками трансформаторов, которые мы обычно видим на электрических столбах. Постоянный ток нельзя было форсировать. Для передачи на расстояние более нескольких миль требовались еще 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 реальной альтернативой постоянному. В 1887 году Тесла подал заявку на семь патентов, связанных с его изобретениями переменного тока. Они были награждены без успешного оспаривания. Вестингауз купил права на них в 1888 году.
DC еще не умер. Вестингауз и Эдисон погрузились в то, что было известно как «Война токов». Перейдя в наступление, Эдисон заявил, что переменный ток слишком опасен, чтобы его могли использовать люди. Его точка зрения была подкреплена, когда знакомый Эдисона по имени Гарольд Браун договорился о том, чтобы генератор переменного тока Westinghouse обеспечивал ток для казни осужденного преступника в 1890 году.
Но Вестингауз, вооруженный патентами Теслы, смог показать, что переменный ток был гораздо более эффективной альтернативой. Кульминационная битва Войны Токов произошла на колоссальной колумбийской выставке в Чикаго в 1893-1894 годах. Westinghouse могла поставлять электроэнергию гораздо дешевле, чем Эдисон. Он выиграл контракт и провел ярмарку на основе системы Tesla. Когда экспозиция открылась, вспыхнули тысячи ярких ламп, напугав посетителей ярмарки. Демонстрация развеяла страхи общественности перед переменным током, и переменный ток стал стандартом для энергосистем.
Победа была достигнута благодаря реализации Теслой его детской мечты: электростанции на Ниагарском водопаде. В 1890 году инвесторы сделали большую ставку на переменный ток и гидроэлектроэнергию, обе еще непроверенные технологии. Долгое, напряженное ожидание закончилось в 1896 году, когда генераторы, разработанные Теслой, начали подавать энергию в систему. В конце концов, они направили электричество в Нью-Йорк, освещая 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 индуцировать магнетизм в близлежащем проводнике и что движущийся магнит будет генерировать электрический ток в аналогичном проводнике. Именно эта способность электричества оказывать влияние на расстоянии очаровала Теслу и привела его к идеям, начиная от двигателя переменного тока и заканчивая катушкой Теслы.
Tesla движется в неизвестность
Даже простой электрический ток создает магнитное поле. Переменный ток, колеблющийся при высоком напряжении, создает электромагнитные волны. Многие изобретатели присоединились к гонке за использование этих волн, открытых Генрихом Герцем в 1888 году, для беспроводной связи или других целей.
Тесла был очарован высокочастотными волнами. Заставив их работать, он смог:
- Зажгите лампы, наполненные неоновым газом. Этот новый вид освещения не нуждался в светящейся нити накала; сам газ дал свет.
- Заставляет вакуумные трубки светиться на расстоянии, без прямой связи с источником волн.
- Нагреть металлический брусок до очень высокой температуры.
- Путешествие на 50 миль (80 километров) в Вест-Пойнт, штат Нью-Йорк, и обнаружение волн, генерируемых в его лаборатории в Нью-Йорке.
Многие изобретатели внесли свой вклад в развитие радио, но Гульельмо Маркони был удостоен Нобелевской премии за изобретение в 1909 году. Тесла возмущался отсутствием признания его собственного фундаментального и оригинального вклада, который он запатентовал задолго до первого изобретения Маркони. прототипы. В 1943 году, через несколько месяцев после смерти Теслы, Верховный суд США наконец признал, что запатентованные изобретения Теслы были основой первоначальных достижений Маркони.
Тесла нашел 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 огромное напряжение. С их помощью он смог генерировать искусственные молнии. Он зажег 200 лампочек на расстоянии 25 миль (40 км) и экспериментировал со способами передачи энергии по воздуху или земле.
Вернувшись в Нью-Йорк год спустя, он убедил банкира Дж. П. Моргана поддержать его в системе, которая обеспечит беспроводную связь по всему миру, позволяя транслировать 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 вбил стальные трубы на сотни футов в землю. По мере роста расходов Морган отказался от проекта. По уши в долгах Тесла был вынужден разрушить башню и покинуть лабораторию в 1905 году. Всю оставшуюся жизнь 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 сквозь твердые вещества, и он был одним из первых, кто экспериментировал с рентгеновскими лучами, создавая то, что он назвал «теневыми снимками». 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 многим изобретателям, последовавшим за ним.
Оставайтесь с нами
Другим важным принципом, на который опирался Тесла, была концепцияэлектрического резонанса Проводник (мы бы назвали его антенной) мог улавливать электромагнитные волны даже на расстоянии сотен миль.. Но чтобы выбрать одну из множества волн различных частот, нужно было «настроить» приемник. То есть он должен резонировать на этой частоте. Это та же самая идея, которая позволяет скрипичной струне резонировать с камертоном. Тесла изобрел способ настройки электрических цепей, и по сей день мы все еще «настраиваемся» на радио- и телепередачи.
Наследие Теслы
Всегда эксцентричный Тесла, как теперь полагают, 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 цифрой три. Он утверждал, что получил сообщения из космоса. В пожилом возрасте он пристрастился к голубям, которых тайком проносил в свой гостиничный номер.
В 1891 году компания Джорджа Вестингауза была на грани банкротства. Чтобы помочь человеку, который поверил в него, Тесла согласился отказаться от гонораров, которые ему причитались за его патенты на переменный ток. Изобретатель мог заработать миллионы, но вместо этого остался без средств к существованию. Вестингауз умер в 1914 году, так и не выплатив полную компенсацию Тесле за его вклад.
Тесла продолжал изобретать. За свою жизнь он получил 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 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 он был открыт.
- Он запатентовал один из видов свечей зажигания для бензиновых двигателей.
- Он изобрел первые электрические часы, основанные на механических вибрациях.
- Его последний патент был на летательный аппарат с вертикальным взлетом, который стал реальностью намного позже.
Не все идеи Теслы сработали. Его мечта о беспроводной передаче энергии так и не осуществилась. Он отверг работу Эйнштейна, которая легла в основу современной физики. Во время и после Первой мировой войны Тесла работал над «лучом смерти», но он так и не был реализован за пределами научно-фантастических фильмов.
В 1943 году Тесла умер в одиночестве и сломался 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. Его имущество позже было возвращено Югославии, но были ли его документы полными? Разве другие тайно развивали его идеи? Теории заговора изобилуют и по сей день.
«Когда-нибудь, - предсказал Тесла в 1915 году, - в мировой системе будет, скажем, шесть великих беспроводных телефонных станций, соединяющих всех жителей земли друг с другом не только голосом, но и зрением».. Звучит знакомо? Это твой телефон или мой?
Примечание автора: как работал Никола Тесла
Из-за своей эксцентричности и изобретательных полетов в неизвестность Тесла имеет репутацию сумасшедшего 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 проявлял в своей работе. Его дерзость была наиболее очевидна в идеях, которые не сработали: башня в Уорденклиффе была своего рода памятником его собственному безумно изобретательному уму.
Другой привлекательной стороной гениальности Теслы было то, что он работал в основном в одиночку. Уже появлялись исследовательские лаборатории промышленного масштаба, но исследования Теслы были исключительно его собственными. Представление об одиноком пионере в мире изобретений по-прежнему имеет свою романтическую привлекательность.