Światowy system bezprzewodowy Nikoli Tesli

W czerwcu 1899 r. naukowiec pochodzenia serbskiego, Nikola Tesla, rozpoczyna pracę eksperymentalną w swoim laboratorium w Colorado Springs (USA). Celem Tesli było wówczas praktyczne zbadanie możliwości przesyłania energii elektrycznej przez środowisko naturalne.

Laboratorium Tesli wzniesiono na ogromnym płaskowyżu, który znajduje się na wysokości dwóch tysięcy metrów nad poziomem morza, a obszar w promieniu setek kilometrów znany jest z dość częstych burz z bardzo jasnymi błyskawicami.

Tesla powiedział, że za pomocą precyzyjnie dostrojonego urządzenia był w stanie wykryć uderzenia pioruna występujące w odległości siedmiu lub ośmiuset kilometrów od swojego laboratorium. Czasami czekał prawie godzinę na grzmot z kolejnego wyładowania atmosferycznego, podczas gdy jego urządzenie dokładnie określało odległość do miejsca wyładowania oraz czas, po którym dźwięk dotrze do jego laboratorium.

Chcąc zbadać drgania elektryczne w kuli ziemskiej, naukowiec zainstalował transformator odbiorczy w taki sposób, aby jego uzwojenie pierwotne było uziemione jednym z jego zacisków, a drugi zacisk był podłączony do przewodzącego powietrza, którego wysokość można było regulować.

Uzwojenie wtórne transformatora jest podłączone do czułego urządzenia samoregulującego. Oscylacje w uzwojeniu pierwotnym powodowały pojawianie się impulsów prądowych w uzwojeniu wtórnym, które z kolei obsługiwało rejestrator.

Pewnego dnia Tesla zaobserwował uderzenia pioruna podczas burzy szalejącej w promieniu niespełna 50 kilometrów od swojego laboratorium, a następnie za pomocą swojego urządzenia udało mu się zarejestrować około 12 000 wyładowań atmosferycznych w ciągu zaledwie dwóch godzin!

Podczas obserwacji naukowiec był początkowo zdziwiony, że uderzenia piorunów dalej od jego laboratorium często mają silniejszy wpływ na jego urządzenie rejestrujące niż te, które uderzają bliżej. Tesla jednoznacznie ustalił, że różnica w sile wyładowań nie była przyczyną różnic. Ale co wtedy?

Trzeciego lipca Tesla dokonał swojego odkrycia. Obserwując tego dnia burzę, naukowiec zauważył, że chmury burzowe pędzące z dużą prędkością z jego laboratorium generowały niemal regularne (powtarzające się w niemal regularnych odstępach czasu) uderzenia pioruna. Zaczął oglądać swój magnetofon.

Gdy burza oddaliła się od laboratorium, impulsy prądu w transformatorze odbiorczym początkowo osłabły, ale potem ponownie wzrosły, przyszedł szczyt, potem minął i został zastąpiony spadkiem intensywności, ale potem znowu szczyt, a potem znowu spadek .

Zaobserwował ten wyraźny wzór, nawet gdy burza przemieściła się już o około 300 kilometrów od jego laboratorium, intensywność powstałych zakłóceń pozostawała dość znacząca.

Naukowiec nie miał wątpliwości, że były to fale rozchodzące się z miejsc uderzenia pioruna na ziemię, jak po zwykłym drucie, a ich grzbiety i doliny obserwował dokładnie w momencie uderzenia miejsca cewki odbiorczej.

Następnie Tesla postanowił zbudować urządzenie, które generowałoby podobne fale. Musiał to być obwód o bardzo dużej indukcyjności i jak najmniejszym oporze.

Nadajnik tego rodzaju może przekazywać energię (i informację), ale zasadniczo nie w taki sam sposób, jak w urządzeniach Hertza, czyli nie poprzez promieniowanie elektromagnetyczne… To mają być fale stojące rozchodzące się po ziemi jako przewodniku i przez atmosferę przewodzącą elektryczność.

Zgodnie z koncepcją naukowca częstotliwość w jego systemie przekazywania energii musi zostać zmniejszona do takiego stopnia, aby zminimalizować emisję (!) energii w postaci fale elektromagnetyczne.

Wtedy, jeśli spełnione są warunki rezonansu, obwód będzie w stanie akumulować energię elektryczną wielu impulsów pierwotnych jak wahadło. A wpływ na stacje odbiorcze dostrojone do rezonansu byłyby oscylacjami harmonicznymi, których intensywność mogłaby w zasadzie przewyższać pod względem wielkości zjawiska naturalnej elektryczności, które Tesla zaobserwował podczas burz w Kolorado.

Przy takiej transmisji naukowiec zakłada, że ​​wykorzysta właściwości przewodzące ośrodka naturalnego, w przeciwieństwie do metody Hertza z promieniowaniem, gdzie po prostu rozprasza się dużo energii i tylko bardzo mała część transmitowanej energii dociera do odbiornika.

Jeśli zsynchronizuje się odbiornik Tesli z jego nadajnikiem, to można uzyskać energię z wydajnością do 99,5% (Nikola Tesla, artykuły, s. 356), jak gdyby przesyłając prąd przewodem o niskiej rezystancji, chociaż w praktyce transfer zasilanie jest uzyskiwane bezprzewodowo. Ziemia działa jako jedyny przewodnik w takim systemie. Technologia, zdaniem Tesli, umożliwia zbudowanie ogólnoświatowego systemu bezprzewodowej transmisji energii elektrycznej.

Analogia, którą podał Tesla, porównując swój system z systemem Hertza pod względem wydajności transmisji energii (lub informacji) jest taka.

Wyobraź sobie, że planeta Ziemia to gumowa kula wypełniona wodą. Nadajnik to pompa tłokowa działająca w pewnym punkcie na powierzchni kuli — woda jest pobierana z kuli i wraca do niej z określoną częstotliwością, ale okres ten musi być wystarczająco długi, aby kula jako całość mogła się rozszerzać i kurczyć z prędkością ta częstotliwość.

Wtedy czujniki nacisku na powierzchni piłki (odbiorniki) będą informowane o ruchach niezależnie od tego, jak daleko od pompy się znajdują iz taką samą intensywnością.Jeśli częstotliwość jest nieco wyższa, ale niezbyt wysoka, wówczas oscylacje będą odbijać się od przeciwnej strony kuli i tworzyć węzły i antywęzły, natomiast jeśli praca jest wykonywana w jednym z odbiorników, energia zostanie zużyta, ale jej transmisja okaże się bardzo ekonomiczna…

W systemie Hertza, kontynuując analogię, pompa obraca się z ogromną częstotliwością, a otwór, przez który woda jest wprowadzana i odprowadzana, jest bardzo mały. Ogromna część energii jest zużywana w postaci fal ciepła podczerwieni, a niewielka część energii jest przekazywana do piłki, więc odbiorniki mogą wykonać bardzo mało pracy.

W praktyce Tesla proponuje osiągnięcie warunków rezonansowych w światowym systemie bezprzewodowym w następujący sposób. Nadajnik i odbiornik to pionowo uziemione cewki wieloobrotowe o wysokiej przewodności powierzchniowej na zaciskach dołączonych do ich górnych przewodów.

Nadajnik jest zasilany przez uzwojenie pierwotne, które zawiera znacznie mniej zwojów niż uzwojenie wtórne i jest silnie połączone indukcyjnie z dolną częścią uziemionej wieloobrotowej cewki wtórnej.

Prąd przemienny w uzwojeniu pierwotnym uzyskuje się za pomocą kondensatora. Kondensator jest ładowany przez źródło i rozładowywany przez uzwojenie pierwotne nadajnika. Częstotliwość oscylacji pierwotnego obwodu oscylacyjnego utworzonego w ten sposób jest równa częstotliwości swobodnych oscylacji obwodu wtórnego, a długość drutu uzwojenia wtórnego od ziemi do zacisku jest równa jednej czwartej długość fali drgań rozchodzących się wzdłuż niej.

Pod warunkiem, że prawie cała samoelektryczna pojemność obwodu wtórnego przypada na zacisk, to na zacisku uzyskuje się antywęzeł (zawsze maksymalne wahanie) napięcia i węzeł (zawsze zero) prądu, aw punkcie masy - antywęzeł prądu i węzeł napięcia.Odbiornik ma podobną konstrukcję do nadajnika, z tą różnicą, że jego główna cewka jest wieloobrotowa, a krótsza na dole to wtórny.

Optymalizując obwód odbiornika, Tesla doszedł do wniosku, że dla jego najbardziej wydajnej pracy należy skorygować napięcie z uzwojenia wtórnego. W tym celu naukowiec opracował prostownik mechaniczny, który pozwala nie tylko korygować napięcie, ale także przenosić energię do obciążenia tylko w tych momentach, gdy napięcie uzwojenia wtórnego obwodu odbiorczego jest bliskie wartości amplitudy.