Кто придумал переменный ток

Появление переменного тока

Электропроводка в квартире, доме стала обязательным атрибутом в наше время. Кажется все просто: звоним мастеру-электрику, говорим, где и сколько установить розеток и светильников и всё. Мы уже не задумываемся, как электрическое освещение пришло в наш дом. При этом, с каждым годом все больше инноваций входят в нашу повседневную жизнь. Например, взять системы освещения с помощью светодиодных ламп. Еще совсем недавно это было новшество.

В данной статье, хотелось бы заострить внимание лишь на небольшой отрезок времени, а именно середину — конец 19 века. Именно в это время был открыт переменный многофазный ток, которым мы пользуемся до сих пор.

Реклама лампы Эдисона: никакой опасности, дыма или запаха

Начнем с времени, когда уже существовали генераторы электрического тока, которые устанавливались для подачи электроэнергии отдельно взятого дома (домов), для освещения улиц.

В 19 веке были широко распространены электродвигатели и генераторы постоянного тока. В те времена, Т. Эдисон, ученый, изобретатель и предприниматель, зарегистрировавший большое количество патентов, завоевывал Американский континент.Кстати, это он создал компанию General Electric, которая благополучно существует и до сих пор.

В 1884 году произошла первая встреча еще никому неизвестного Н.Теслы и Т.Эдисона. Но удачного тандема двух талантливых людей не получилась, а превратилась в антагонизм.

Тесла и Эдисон

Когда Тесла уволился, несколько лет жил в нищете, после чего его дела постепенно пошли в гору. Суть в том, что у Никола Тесла были разногласия с Томасом Эдисоном по поводу типа тока, который использовать для эксплуатации. Эдисон делал упор на использование постоянного тока, а Тесла – переменного. С этого момента и началась так называемая война токов.

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.

К 1887 году, в Америке уже работало около сотни электростанций постоянного тока. Постоянный ток не имеет частоты и не меняет направление, его генераторы гораздо легче подключаются и он удобнее для аккумулирующих станций. Но у постоянного тока есть один огромный недостаток: из-за потерь мощности в проводах, его крайне сложно и дорого передавать на большие расстояния.

Многофазный генератор переменного тока, мощностью 500 л.с.

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.

К слову, приблизительно в то же время, была принята новая единица измерения мощности, которой мы пользуемся до сих пор : Ватт.

Кроме вышеизложенного, хотелось бы упомянуть некоторые любопытные открытия Тесла, о которых мало кто знает.

Тесла выполнял много экспериментов с током высокой частоты и доказал, что ток с частотой выше 700 герц, то ток протекает по поверхности тела и является безопасным для человека.

Он же первый продемонстрировал модель радиоуправляемой лодки

Также, на видео можно увидеть, как работает фактически никуда не подключенная лампа благодаря трансформатору Тесла

Никола Тесла умер 7 января 1943 года при загадочных обстоятельствах. По официальным данным, смерть ученого наступила вследствие сердечной недостаточности. Однако, существует мнение, что Тесла не умер, а был похищен. И для похорон использовали тело двойника, которое впоследствии тайно кремировали.

В номере отеля спецслужбы провели обыск, в ходе которого были изъяты все бумаги Теслы. Позже было объявлено, что записи содержат исключительно философские размышления ученого. Однако до сих пор многие исследователи считают, что наиболее важные изобретения Николы Теслы были засекречены. Среди них бестопливный генератор энергии, беспроводная передача энергии, телепортация, искусственный интеллект, боевые лазеры

Статья создана по мотивам документального фильма: Свободная энергия Теслы SIGNAL RED

www.elektrik-kiev.com

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).

Лампа Эдисона

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.

Читайте также отдельную статью про изобретения Томаса Эдисона.

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.

Рекомендуем также интересную статью про современные российские разработки в области боевой робототехники.

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.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ …

kakizobreli.ru

10 величайших изобретений Николы Теслы

Никола Тесла был человеком с огромным количеством идей. Судите сами: с именем учёного связано более трёхсот патентов. Он далеко опережал время, поэтому многие его теории, к большому сожалению, не нашли физического воплощения. Несмотря на то, что Тесла так и не получил признания от главного соперника, Томаса Эдисона, его неоспоримый талант принёс человечеству действительно полезные изобретения. Мы собрали некоторые из наиболее впечатляющих творений Николы Теслы.

Катушка Тесла

Самое зрелищное изобретение Николы Теслы

Катушка Тесла была изобретена в 1891 году. Она состояла из первичной и вторичной катушек, у каждой из которых был собственный конденсатор для запаса энергии. Между катушками находился искровой промежуток, в котором генерировался разряд электричества, способного преобразовываться в дуги, проходить сквозь тело и создавать область заряженных электронов.

Тесла был одержим мечтой беспроводной городской электрификации, что и послужило толчком к изобретению этого механизма. В наши дни катушка Тесла чаще всего используется для развлечения и популяризации науки — её можно увидеть в экспозициях естественно-научных музеев по всему миру. Однако важность данного изобретения заключается в том, что был найден ключ к пониманию природы электричества и возможности его использования.

Усиливающий передатчик

Башня Варденклифф — один из символов гения Теслы

Развивая идею передачи электроэнергии без применения проводов, Тесла решил, что лучше всего это делать на больших высотах. Именно поэтому, пользуясь финансовой помощью меценатов, он создал лабораторию в горах Колорадо-Спрингс в 1899 году. Там он построил свою самую большую и мощную катушку Тесла, которую назвал «усиливающим передатчиком». Он состоял из трёх катушек и составлял почти 16 метров в диаметре. Передатчик генерировал миллионы вольт электричества и создавал пучки молний длиной до 40 метров. На тот момент это была самая мощная молния, созданная искусственно.

Проблема заключалась в том, что Тесла был слишком амбициозен для своей эпохи: идея беспроводной передачи энергии начала воплощаться в жизнь лишь во втором десятилетии XXI века, да и то в качестве концептов и образцов. Несмотря на то, что проект всё ещё лежит за пределами повседневного использования, дальновидность изобретателя поражает. Усиливающий передатчик был предшественником Башни Тесла, или башни Варденклифф, которая, по замыслу своего создателя, должна была обеспечить мир бесплатным электричеством и коммуникацией. Тесла начал работу над проектом в 1901 году, но после того, как финансирование прекратилось, он свернул свои изыскания, а в 1915 году участок был выставлен на торги. Провал выбил землю из-под ног изобретателя: его постиг нервный срыв, и Никола Тесла объявил о своём банкротстве.

Турбина Николы Тесла

Эффективность и рациональность всегда присутствовали в творениях Теслы

В начале XX века, на заре эры поршневых двигателей внутреннего сгорания, Тесла создал свою турбину, которая могла конкурировать с двигателем внутреннего сгорания (ДСВ). В турбине отсутствовали лопасти, а топливо сгорало вне камеры, вращая гладкие диски. Именно их вращение и давало работу двигателю.

В 1900 году, когда Тесла протестировал свой двигатель, эффективность потребления топлива составила 60% (к слову, с нынешними технологиями этот показатель не превышает 42% преобразования топлива в энергию). Несмотря на безусловный успех изобретения, оно не прижилось: бизнес был ориентирован именно на поршневые ДСВ, которые и сейчас, спустя более 100 лет, остаются основной движущей силой автомобилей.

Теневая фотография

Нога гения в ботинке стала достоянием истории

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген обнаружил таинственную энергию, которую он назвал «рентгеновскими лучами». Он обнаружил, что если поместить фотоплёнку между частью тела и свинцовым экраном, то получится снимок костей. Спустя несколько лет, именно снимок руки жены учёного, на котором видно костное строение конечности и обручальное кольцо, принёс Рентгену мировую известность.

При этом есть ряд доказательств того, что ещё до открытия рентгеновских лучей, Тесла знал об их существовании: его исследования были прекращены из-за пожара в лаборатории в 1895 году, который произошёл незадолго до публикации результата опытов Рентгена. Тем не менее, открытие новых лучей вдохновило Николу Теслу на создание собственной версии рентгена с использованием вакуумных трубок. Свою технологию он назвал «теневой фотографией».

Тесла считается первым человеком в США, сделавшим рентгеновский снимок собственного тела: «в кадре» оказались его ноги в ботинках. Этот снимок вместе с восторженным письмом, в котором Никола Тесла поздравлял своего коллегу с великим открытием, был отправлен Рентгену. Тот, в свою очередь, похвалил американского учёного за чёткость и хорошее качество его теневой фотографии. Эта особенность улучшенного метода внесла значительный вклад в развитие современных рентгеновских аппаратов, и её так и не удалось превзойти.

Радио

Тесла опередил Маркони, но всё же не стал отцом радио

Личность изобретателя радио по сей день является предметом ожесточённых споров. В 1895 году Тесла был готов передать радиосигнал на расстояние 50 км, но, как мы уже знаем, его лаборатория сгорела, что затормозило исследования в данной области. В то же время в Англии итальянец Гульельмо Маркони разработал и запатентовал технологию беспроволочной телеграфии в 1896 году. В системе Маркони использовались два контура, что снизило покрывающую площадь радиопередачи, а наработки Тесла могли значительно увеличить выходную мощность сигнала.

Никола Тесла представил своё изобретение перед Патентным бюро США в 1897 году и получил патент в 1900 году. В это же время Маркони попытался получить патент в США, но его изобретение было отвергнуто, так как оно слишком сильно походило на уже запатентованную технологию, принадлежащую Тесле. Испугавшись, Маркони открыл собственную компанию, находящуюся под серьёзной защитой Эндрю Карнеги и Томаса Эдисона.

В 1901 году, используя ряд патентов, принадлежащих Тесле, Маркони смог передавать радиоволны через Атлантику. В 1904 году, не имея внятного обоснования, Патентное бюро отменило своё решение и признало патент Маркони действительным, что и сделало его формальным изобретателем радио. В 1911 году итальянец получил Нобелевскую премию, а спустя 4 года, в 1915, Тесла подал в суд на компанию, принадлежащую Маркони, за незаконное использование чужой интеллектуальной собственности. К сожалению, на тот момент Никола Тесла был слишком беден, чтобы судиться с крупной корпорацией. Судебные тяжбы прекратились лишь в 1943 году, через несколько месяцев после смерти изобретателя. Тогда комиссия постановила законность его требований и оставила в силе патент Теслы.

Неоновые лампы

Ко всему прочему, Тесла изобрёл неоновые вывески

Несмотря на то, что флуоресцентный или неоновый свет не был открыт Николой Теслой, он внёс весомый вклад в улучшение технологии их получения: никто до сих пор не придумал альтернативы его катодному излучению, получаемому с помощью электродов, помещённых в вакуумные трубки.

Тесла увидел потенциал экспериментов с газовой средой, через которую проходили электрические частицы, а также разработал четыре различных типа освещения. Например, он конвертировал так называемый чёрный цвет в видимый спектр с помощью фосфоресцирующих веществ, созданных им же. Кроме того, Тесла нашёл практическое применение таким технологиям, как неоновые лампы и рекламные вывески.

На Всемирной выставке в Чикаго (также именуемой Колумбийской Экспозицией) в 1893 году, Тесла оборудовал своё выставочное место неоновыми вывесками, которые мгновенно произвели впечатление на посетителей. Идея настолько понравилась людям, что неоновые огни с тех пор стали символом мегаполисов по всему миру.

Трансформаторная подстанция гидроэлектростанции Адамса

Тесла построил первую подстанцию плотины, обуздавшей силу водопада

Комиссия по Ниагарскому водопаду находилась в поиске компании, которая в силах построить ГЭС, способную обуздать мощь водных ресурсов на долгие годы. Сначала фоворитом была фирма Томаса Эдисона, однако после того, как Тесла продемонстрировал эффективность переменного тока перед представителями компании «Уэстингхаус Электрик», выбор пал на него в 1983 году. Инженеры «Уэстингхаус» использовали наработки Николы Тесла, но большим препятствием было получение финансирования столь инновационного проекта, в жизнеспособности которого сомневались многие.

Тем не менее, 16 ноября 1896 года в машинном зале ГЭС Адамса был торжественно повернут рубильник, а станция начала обеспечивать электричеством город Буффало в штате Нью-Йорк. Позже были построены ещё десять генераторов, работающих для электрификации Нью-Йорка. Для того времени проект был поистине революционным и поставил планку для всех современных электростанций.

Асинхронный двигатель

Ещё одно изобретение Тесла, которое всё ещё используется в каждом доме

Асинхронный двигатель состоит из двух частей — статора и ротора и в работе используется переменный ток. Статор остаётся неподвижным, с помощью магнитов вращая ротор, находящийся в середине конструкции. Такой тип двигателя отличается долговечностью, простотой в использовании и сравнительно низкой стоимостью.

В 80-х годах XIX века над созданием асинхронного двигателя трудились два изобретателя: Никола Тесла и Галилео Феррари. Оба они представили свои наработки в 1888 году, однако Феррари опередил своего соперника на два месяца. При этом их исследования были независимы, а результаты идентичны, к тому же оба изобретателя использовали патенты Теслы. Асинхронный двигатель стал невероятно популярным и используется до сих пор в пылесосах, фенах и электроинструментах.

Телеавтомат

Так выглядел предок современных дронов

В 1898 году, на выставке электротехники в Мэдисон-Сквер-Гарден, Тесла продемонстрировал своё изобретение, которое он назвал «телеавтоматом». По сути, это была первая в мире радиоуправляемая модель судна. У изобретения не было патента, так как представители Патентного бюро не желали признавать существование того, что (по их мнению) не могло существовать. Никола Тесла показал несостоятельность их сомнений, продемонстрировав своё изобретение на выставке. Он дистанционно управлял рулевым винтом модели и освещением корпуса с помощью радиоволн.

Это изобретение стало первой ступенью в трёх совершенно разных сферах. Во-первых, Тесла разработал пульт дистанционного управления, который сейчас применяется в быту — от домашних телевизоров до гаражных ворот. Во-вторых, модель была первым роботом, который двигался без прямого воздействия человека. И наконец, в-третьих, сочетание робототехники и дистанционного управления позволяют назвать катер Николы Тесла прадедушкой современных дронов.

Изобретение переменного тока

Без этого изобретения Теслы современный мир выглядел бы иначе

Не подлежит сомнению тот факт, что наиболее важные изобретения Николы Теслы связаны с переменным током. Хоть изобретатель и не является пионером в этой области, его изыскания позволили провести электрификацию на мировом уровне.

Говоря о том, как переменный ток завоевал мир, нельзя не упомянуть имя Томаса Эдисона. На заре своей деятельности, Тесла трудился в компании своего будущего соперника. Именно фирма Эдисона первой стала работать с постоянным током. Переменный ток схож по характеристикам с батареями, так как посылает энергию на носители вне контура. Проблема в том, что сила тока постепенно ослабевает, а это делает невозможным перемещение электричества на большие расстояния. Эту задачу решил Тесла, работая с переменным током, который позволяет перемещать электричество от источника и обратно, а также покрывать огромные расстояния между объектами.

Томас Эдисон осуждал Николу Теслу за его исследования в области переменного тока, считая их бессмысленными и бесперспективными. Именно эта критика послужила поводом для того, чтобы пути двух изобретателей разошлись навсегда. Пока Тесла был безработным и перебивался на случайных заработках, он не мог собрать средства для создания собственной компании. Прошлые успехи привлекли к его работам внимание Джорджа Уэстингхауса, инженера и бизнесмена. Он выкупил все патенты Николы Теслы, связанные с переменным током.

Поворотным моментом в истории электричества можно назвать тендер на установку освещения Всемирной выставки в Чикаго в 1983 году, в котором участвовали фирмы Эдисона и Уэстингхауса. Первый предложил электрифицировать экспозицию за 554 тысячи долларов, а второй обещал сделать это за 399 тысяч долларов, что и дало ему победу и контракт, а затем и успешное воплощение обещанного в жизнь, тем самым обеспечив переменному току светлое будущее. И снова благодаря великому гению Николы Теслы.

Все эти изобретения ещё раз доказывают, что, в первую очередь, Тесла был мечтателем, который не боялся сойти с протоптанной тропы классической науки и мыслить шире установленных в то время рамок. Кто знает, в каком бы веке мы сейчас жили, не будь Тесла одержимым новыми идеями практиком?

Автор: Никита Линник
Распечатать

www.publy.ru

Электричество: в каком году появилось и кто изобрел, история открытия постоянного и переменного тока

В жизни современного человека огромную роль играет электричество. До сих пор многие не понимают, как когда-то люди жили без электрического тока. В наших домах есть свет, вся бытовая техника, начиная от телефона и заканчивая компьютером, работает от электрического напряжения. Кто изобрёл электричество и в каком году это произошло, знают далеко не все. А вместе с тем это открытие положило начало новому периоду в истории человечества.

Древнегреческий философ Фалес, живший в 7 веке до нашей эры, выяснил, что если потереть янтарь о шерсть, то к камню начнут притягиваться мелкие предметы. Лишь спустя много лет, в 1600 году, английский физик Уильям Гилберт ввел термин «электричество». С этого момента ученые стали уделять ему внимание и проводить исследования в этой области. В 1729 Стивен Грей доказал, что электричество можно передавать на расстоянии. Важный шаг был сделан после того, как французский ученый Шарль Дюфэ открыл, как он считал, существование двух видов электричества: смоляного и стеклянного.

Первым, кто попробовал объяснить, что такое электричество, был Бенджамин Франклин, портрет которого нынче красуется на стодолларовой купюре. Он считал, что все вещества в природе имели «особую жидкость». В 1785 был открыт закон Кулона. В 1791 году итальянский ученый Гальвани исследовал мышечные сокращения у животных. Он выяснил, проводя опыты на лягушке, что мышцы постоянно возбуждаются мозгом и передают нервные импульсы.

Огромный шаг на пути к изучению электричества был сделан в 1800 году итальянским физиком Алессандром Вольта, который придумал и изобрел гальванический элемент — источник постоянного тока. В 1831 году англичанин Майкл Фарадей изобрел электрический генератор, который работал на основе электромагнитной индукции.

Огромный вклад в развитие электричества внес выдающийся ученый и изобретатель Никола Тесла. Он создал приборы, которые до сих пор используются в быте. Одна из самых известных его работ — двигатель переменного тока, на основе которого был создан генератор переменного тока. Также он проводил работы в области магнитных полей. Они позволяли использовать переменный ток в электродвигателях.

Еще одним ученым внесшим вклад в развитие электричества, был Георг Ом, который экспериментальным путем вывел закон электрической цепи. Другим выдающимся ученым был Андре-Мари Ампер. Он изобрел конструкцию усилителя, которая представляла собой катушку с витками.

Также важную роль в изобретении электричества сыграли:

Пьер Кюри.
Эрнест Резерфорд.
Д. К. Максвелл.
Генрих Рудольф Герц.

Первое применение электроэнергии

В 1870-х годах русским ученым А. Н. Лодыгиным была изобретена лампа накаливания. Он, предварительно откачав из сосуда воздух, заставил светиться угольный стержень. Чуть позже он предложил заменить угольный стержень на вольфрамовый. Однако запустить лампочку в массовое производство смог другой ученый — американец Томас Эдисон. Поначалу в качестве нити в лампе он использовал обугленную стружку, полученную из китайского бамбука. Его модель получилась недорогой, качественной и могла прослужить относительно долгое время. Значительно позже Эдисон заменил нить на вольфрамовую.

Никто не знает, в каком году изобрели электричество, но начиная с XIX века оно активно вошло в жизнь человека. Поначалу это было просто освещение, затем электрический ток начали применять и для других сфер жизни (транспорта, средств передачи информации, бытовой техники).

Использование освещения в России

Пытаясь выяснить, в каком году появилось электричество в России, учёные склоняются к мнению, что это случилось в 1879 году. Именно тогда был освещен Литейный мост в Петербурге. 30 января 1880 года был создан электротехнический отдел в Русском техническом обществе. Это общество и занималось развитием электричества в Российской империи. В 1883 году произошло знаковое в истории электричества событие — было выполнено освещение Кремля, когда к власти пришел Александр III. По его указу образовывается специальное общество, которое занимается разработкой генерального плана по электрификации Петербурга и Москвы.

Переменный и постоянный ток

Когда открыли электричество, между Томасом Эдисоном и Никола Теслой разгорелся спор, какой ток использовать в качестве основного, переменный или постоянный. Противостояние между учёными даже было прозвано «Войной токов». В этой борьбе победил переменный ток, так как он:

легко передается на большие расстояния;
не несет огромных потерь, передаваясь на расстоянии.

Основные области потребления

В повседневной жизни постоянный ток применяется довольно часто. От него работают различные бытовые приборы, генераторы и зарядные устройства. В промышленности его используют в аккумуляторах и двигателях. В некоторых странах им оснащаются линии электропередач.

Переменный ток способен меняться по направлению и величине в течение определенного промежутка времени. Он применяется чаще постоянного. В наших домах его источником служат розетки, к ним подключают различные бытовые приборы под разным напряжением. Переменный ток часто применяется в промышленности и при освещении улиц.

Электроток в жизни и природе

Сейчас электричество в наши дома поступает благодаря электрическим станциям. На них установлены специальные генераторы, которые работают от источника энергии. В основном эта энергия тепловая, которая получается при нагревании воды. Для нагревания воды используют нефть, газ, ядерное топливо или уголь. Пар, образовывающийся при нагревании воды, приводит в действие огромные лопасти турбин, которые, в свою очередь, запускают генератор. В качестве питания генератора можно использовать энергию воды, падающую с высоты (с водопадов или плотин). Реже используется сила ветра или энергия солнца.

Затем генератор при помощи магнита создает поток электрических зарядов, проходящих по медным проводам. Для того чтобы передавать ток на большие расстояния, необходимо повысить напряжение. Для этой роли используется трансформатор, который повышает и понижает напряжение. Потом электричество с большой мощностью передается по кабелям к месту его применения. Но перед попаданием в дом необходимо понизить напряжение с помощью другого трансформатора. Теперь оно готово к использованию.

Когда заводят разговор об электричестве в природе, первыми на ум приходят молнии, но это далеко не единственный его источник. Даже наши с вами тела имеют электрический заряд, он существует в тканях человека и передает нервные импульсы по всему организму. Но не только человек содержит в себе электрический ток. Многие обитатели подводного мира также способны выделять электричество, например, скат содержит в себе заряд мощностью 500 Ватт, а угорь может создать напряжение до 0,5 киловольт.