Изобретатель и ученый Никола Тесла широко известен благодаря своему вкладу в создание устройств, работающих на переменном токе, многофазных систем,синхронного генератора и асинхронного электродвигателя, позволивших совершить так называемый второй этап промышленной революции. Также он известен как сторонник теории о существовании эфира — благодаря своим многочисленным опытам и экспериментам, имевшим целью показать наличие эфира, как особой формы материи, поддающейся использованию в технике.
Детство и юность Теслы
Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в селе Смилян недалеко от города Госпич в Австрийской империи (современная Хорватия) в семье сербского священника Милутина Теслы и его жены Георгины. Он был четвертым ребенком в семье.
С детства Никола проявлял незаурядные способности, много читал и увлекался техникой. Отец хотел, чтобы сын пошел по его стопам и стал священником, однако после тяжелой болезни Никола убедил отца разрешить ему получить техническое образование.
В 1875 году Тесла поступил в Высшее реальное училище в Граце (Австрия), где изучал электротехнику. Уже тогда у него возникла идея использования вращающегося магнитного поля.
Образование и начало карьеры
После окончания реального училища в Граце в 1878 году Тесла продолжил образование в области физики и математики в Пражском университете. Однако ему пришлось бросить учебу из-за нехватки средств на проживание.
В 1880 году Тесла устроился на работу в Будапештскую телефонную компанию, где занимался электрификацией Венгрии. Именно там в 1882 году у него возникла идея использования вращающегося магнитного поля для создания электродвигателя переменного тока. Однако руководство компании отнеслось к этой идее скептически.
В том же году Тесла переехал в Париж и устроился на работу в континентальный филиал компании Томаса Эдисона. Он занимался установкой осветительных приборов и электродвигателей. В свободное время продолжал разрабатывать свои идеи.
В 1883 году Теслу командировали в Страсбург для запуска освещения на новом вокзале. Там он собрал первый образец индукционного двигателя и продемонстрировал его работу местным чиновникам. Однако обещанного вознаграждения от компании Эдисона Тесла не получил.
Расстроенный неудачами с внедрением своих изобретений в Европе, в 1884 году Тесла эмигрировал в США. По рекомендации одного из менеджеров компании Эдисона он устроился на работу в фирму самого знаменитого в то время американского изобретателя.
Однако и там идеи Теслы о перспективах переменного тока встретили противодействие со стороны Эдисона, сторонника использования постоянного тока. После года работы в компании Эдисона Тесла уволился в знак протеста против отказа выплатить ему обещанное вознаграждение за внесенные усовершенствования в двигатели постоянного тока.
В 1886 году Тесла основал собственную компанию по производству уличного освещения на основе дуговых ламп. Это позволило ему заработать средства для проведения экспериментов с переменным током высокой частоты, результатом которых стало изобретение индукционного двигателя.
В 1888 году предприниматель Джордж Вестингауз, заинтересовавшийся разработками Теслы, выкупил у него патенты на использование многофазного переменного тока. Это позволило ученому сосредоточиться на экспериментальной работе и дальнейшем продвижении своих изобретений «изобретения Николы Теслы» в области электротехники.
Изобретение индукционного двигателя
Еще во время учебы в Граце у Теслы возникла идея использования в электродвигателях вращающегося магнитного поля вместо коллектора и щеток. Однако профессора отнеслись к этой идее скептически, считая ее неосуществимой. Лишь в 1882 году, работая в Будапештской телефонной компании, Тесла смог в полной мере сформулировать принцип действия индукционного двигателя на основе явления вращающегося магнитного поля.
Суть этого принципа заключалась в том, что магнитное поле, создаваемое системой катушек с многофазным переменным током, вращается с частотой этого тока. При таком вращающемся магнитном поле ротор начинает вращаться вслед за вращением поля с частотой, близкой к частоте тока в обмотках статора. Таким образом, отпадала необходимость в коллекторно-щеточном узле и механической коммутации тока, упрощалась и удешевлялась конструкция электродвигателя.
Первый рабочий образец индукционного двигателя Тесла изготовил и продемонстрировал в 1883 году во время командировки в Страсбург. Однако он работал на постоянном токе, так как генераторы переменного тока в то время еще не получили широкого распространения.
В 1887 году, после основания собственной компании по производству дуговых ламп, Тесла приступил к экспериментам с переменным током. Он сконструировал генераторы, позволявшие получать многофазный переменный ток с регулируемой частотой и фазовым сдвигом. Это позволило ему воплотить принцип вращающегося магнитного поля и запустить первые образцы индукционных двигателей на многофазном переменном токе в 1888 году.
Огромным преимуществом этих двигателей было отсутствие щеточного узла. Это позволяло увеличить мощность, кпд, надежность и срок службы двигателей по сравнению с коллекторными машинами постоянного тока. Кроме того, регулирование частоты и фазового сдвига многофазного переменного тока давало простой и удобный способ регулирования скорости вращения ротора.
Разработки Теслы в области многофазных систем переменного тока и индукционных двигателей позволили наладить промышленное производство и широко внедрить асинхронные электродвигатели взамен громоздких и дорогих двигателей постоянного тока. Это стало важнейшим вкладом «изобретения Николы Теслы» в развитие современной электроэнергетики и промышленности.
Эксперименты с высоким напряжением
После продажи патентов на изобретения в области переменного тока компании Вестингауза в 1888 году, Тесла получил достаточно средств, чтобы полностью сосредоточиться на научных исследованиях. Его в первую очередь интересовали явления, связанные с прохождением электрического тока высокого напряжения через разреженный воздух и в вакууме.
В 1889 году Тесла начал строительство собственной лаборатории в Нью-Йорке. Он сконструировал ряд генераторов высокочастотного переменного тока и трансформаторов для получения очень высоких напряжений порядка нескольких миллионов вольт.
При столь высоких напряжениях в воздухе возникали электрические разряды в виде ярких дуг. Тесла изучал природу этих разрядов и открыл ряд ранее неизвестных явлений. В частности, он обнаружил, что при определенных условиях электрический разряд не проявляет теплового действия и не вызывает ощутимых физиологических эффектов.
Это послужило основой для разработки Теслой методов электротерапии и физиотерапевтического оборудования. Тесла сконструировал индукторы и аппараты высокой частоты для лечения многих заболеваний. Он также испытывал аппараты на себе и доказал возможность безопасного для человека прохождения сквозь тело токов высокой частоты.
Другим важным открытием Теслы в ходе опытов с высокочастотными токами гигантского напряжения стало существование стоячих электромагнитных волн. Ученый экспериментально подтвердил теоретические выкладки о возможности возбуждения и удержания таких волн с помощью специальных резонансных контуров и их испускания в пространство.
Эти эксперименты положили начало работам Теслы над беспроволочными технологиями передачи информации и энергии. Позднее на основе открытия стоячих электромагнитных волн он разработал принцип радиосвязи и беспроводной передачи энергии на расстояние «изобретения Николы Теслы», которые опередили свое время более чем на десятилетие.
Беспроводная передача энергии
Идея осуществления беспроводной передачи энергии на расстояние пришла к Тесле еще во время работы с высоковольтными индукционными катушками и изучения стоячих электромагнитных волн. Он предположил, что при помощи хитроумной системы передающих и принимающих резонансных контуров можно без потерь направлять энергию посредством этих волн на большие расстояния по воздуху, подобно световым лучам.
Для проверки гипотезы Тесла в 1899 году построил большую экспериментальную лабораторию в Колорадо-Спрингс с передающей установкой гигантской мощности - его знаменитую «катушку Теслы». С ее помощью он смог получать высокочастотные токи очень высокого напряжения и произвести ряд опытов по беспроводной передаче энергии.
Первой крупной демонстрацией успеха стала передача сигнала на расстояние 48 километров без проводов с помощью электромагнитных волн в 1899 году. Для приема сигнала использовался простой радиоприемник когерерного типа с настройкой в резонанс с передатчиком.
Далее последовала серия опытов с беспроводным освещением ламп на удаленном расстоянии - сначала на несколько десятков метров, затем и на расстоянии в 25 миль от передатчика. Для этого Тесла использовал лампы специальной конструкции и резонансный контур в качестве приемной антенны.
В последующие годы Тесла планировал перейти к передаче больших мощностей на сотни и тысячи километров, в том числе через Атлантический океан. С этой целью он начал в 1903 году строительство грандиозной передающей установки на Лонг-Айленде, известной как «Башня Ворденклиф» или «Башня Теслы».
Однако из-за финансовых трудностей башня так и не была достроена. Тем не менее, опыты Теслы показали принципиальную возможность осуществления беспроводной передачи энергии на большие расстояния с высоким кпд, чему спустя десятилетия нашлись подтверждения и практические применения в виде резонансной индукционной зарядки, радиочастотной идентификации и других «изобретениях Николы Теслы» в данной области.
Вклад Теслы в развитие радио
У истоков развития радиотехники также стоит Тесла со своим открытием явления стоячих электромагнитных волн и их испускания с помощью специальных генераторов. Уже в 1891 году в лекции для Американского института инженеров-электриков Тесла описал принцип связи при помощи этих волн.
Для осуществления беспроводного обмена информацией он предложил использовать принцип резонанса: на передающей станции возбуждать волны определенной частоты, а на приемной станции настраивать контур в резонанс с передатчиком для усиления входящего сигнала и последующей его регистрации.
В 1894 году Тесла практически продемонстрировал этот принцип в действии, осуществив управление моделью корабля на расстоянии. Для этого он использовал электромагнитные волны от генератора в своей лаборатории в Нью-Йорке.
Следующие годы Тесла постоянно улучшал свою аппаратуру для беспроволочной связи, экспериментируя с формами и параметрами передающих и приемных антенн. К 1900 году дальность устойчивого приема радиосигнала в его опытах достигла 48 километров, а к 1907 году - 80 километров.
Патенты Теслы на изобретения в области радиотехники легли в основу современной радиосвязи. Однако широкое внедрение беспроволочной передачи данных и звука началось позднее, в том числе благодаря работам Маркони. Тем не менее роль Теслы как основоположника радиотехники вместе с другими его «изобретениями Николы Теслы» в этой области трудно переоценить.
Признание заслуг Теслы
Несмотря на многочисленные открытия и изобретения, при жизни Тесле не удалось полностью реализовать многие свои идеи и получить заслуженное признание научного мира.
Многолетняя острая конкурентная борьба с компанией Эдисона, а позднее - недостроенная Башня Ворденклиф для беспроволочной передачи энергии и прекращенное из-за этого финансирование омрачили последние десятилетия жизни Теслы.
Лишь после смерти ученого стала проявляться его роль первооткрывателя во многих областях электроэнергетики и радиотехники. Со временем имя Теслы приобрело всемирную известность, его стали называть одним из выдающихся инженеров и изобретателей в истории.
В его честь названы единицы измерения магнитной индукции - тесла и плотности магнитного потока - тесла на квадратный метр. Его именем также назван электрокар Tesla и кратер на Луне. В Белграде действует мемориальный музей Теслы, где хранятся многие из его изобретений и научные работы.
Со временем личность Теслы приобрела легендарный ореол в массовой культуре. Его «изобретения Николы Теслы», такие как лучевое оружие или устройства для связи с инопланетянами, до сих пор окутаны ореолом загадочности и притягивают внимание исследователей его научного наследия.
