Тесла и его вклад в науку

Никола Тесла, который был талантливым изобретателем и умел нужным образом преподносить информацию публике, стал прототипом «сумасшедшего ученого XIX века. Его успехи были огромны, они имели инновационное значение в создании современной электротехники. Однако не обошлось и без крупных неудач. Многие другие благоденствовали благодаря своим изобретениям, а Тесла умер в нищете.

Когда Тесле не было еще и сорока, он переехал в Нью-Йорк и стал ведущей фигурой в новой индустрии электрификации

Без Теслы не было бы привычного для нас современного мира. Генераторы на наших электростанциях, подстанции, снабжающие наше общество жизненно необходимой нам электроэнергией, и даже двигатели в новейших электромобилях в долгу перед этим загадочным гением.

Все эти изобретения были сделаны в конце XIX века в США, которые считались в ту пору непревзойденной промышленной сверхдержавой. После непродолжительной работы в европейском представительстве компании Томаса Эдисона во Франции в 1884 году Тесла переехал в Нью-Йорк и стал работать непосредственно с Эдисоном. Несколько лет он занимался полной переработкой неэффективных генераторов постоянного тока конструкции Эдисона.

Эдисон не был заинтересован в развитии идей Теслы относительно систем переменного тока, поэтому финансовый конфликт и отсутствие средств заставили Теслу начать работать самостоятельно.

Питсбургская лаборатория, где Никола Тесла и Джордж Вестингауз разрабатывали аппаратуру для электрических систем переменного тока

Системы переменного тока

Для получения переменного тока нужны простейшие электрогенераторы. Когда полюса магнита вращаются вокруг обмотки, они производят ток сначала в одном направлении, а затем в другом. В 1887 году Тесла изобрел асинхронную машину — электрическую машину переменного тока. В ней был магнитный ротор, который вращался под действием постоянно меняющегося магнитного поля, создаваемого переменным током.

Переменный ток (на схеме AC, черная линия) представляет собой постоянный поток электронов, которые переменная ЭДС толкает вначале в одну сторону (+), а затем в другую (–). Меж тем переменный ток переносит энергию столь же эффективно, как и текущий в одном направлении постоянный (DC). Синяя линия сверху показывает постоянный ток, эквивалентный по энергии переменному. Площадь заштрихованных областей синусоиды переменного тока и площадь под линией постоянного тока одинаковы. Современная электроника использует постоянный ток, так что переменный ток электропитания приходится преобразовывать в постоянный

На следующий год Тесла был приглашен в качестве консультанта к главному конкуренту Эдисона Джорджу Вестингаузу. Вместе они продвигали идею создания электрораспределительной системы, снабжавшей потребителей переменным током. Получение переменного тока более эффективно, чем выработка постоянного.

Также не без помощи Теслы компания Вестингауза получила в свое распоряжение трансформаторы, позволяющие повышать и понижать напряжение в сети. Трансформатор является устройством, в котором при помощи электромагнитной индукции в цепи можно менять напряжение. Он состоит из двух обмоток, объединенных общим сердечником — обычно из куска железа. Переменный ток в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной обмотке. Если в первичной обмотке меньше витков, чем во вторичной, то такой трансформатор будет повышать напряжение. В ином случае трансформатор будет понижающим. Повышающие трансформаторы используются для передачи тока на большие расстояния — с целью снижения омических потерь наиболее эффективна передача низких токов. (Перевод переменного тока в постоянный — задача намного более сложная.) Однако высокое напряжение буквально взорвет бытовые приборы, так что на подстанциях напряжение снижают, а затем уже подводят к домам. Современный мир выбрал в «войне токов» переменный ток и даже теперь придерживается лагеря Теслы.

Катушки Теслы

Это похожая на металлический гриб и испускающая молнии катушка называется катушкой Теслы (иногда ее называют трансформатором Теслы), и без нее не обходится ни один фильм про «сумасшедшего ученого». Изобретенная в 1891 году Николой Тесла, она действительно является трансформатором, который дает очень высокое напряжение. Первичная и вторичная обмотки в ней не объединены общим сердечником, как в обычном трансформаторе, и огромный электрический заряд скапливается на первичной обмотке. Когда обмотки настраиваются на общий резонанс, во вторичной катушке появляется ток, который выносит огромный электрический заряд в верхний тороид. Эти эффектные искры исходят именно от тороида.

В ранних радиопередатчиках использовались небольшие катушки Теслы. В наши дни большие катушки Теслы используются, чтобы заставлять природные молнии бить в определенные точки, а с помощью маленьких катушек поджигают газоразрядные лампы и ищут течи в вакуумных системах.