Нікола Тесла. Вклад в електротехніку
Сам Тесла, занурений в експерименти і дослідження, не дуже замислювався в той час про комерційну сторону своїх винаходів. Він розумів, що організаційні справи змусять його відкласти дослідження; і вибрав те, що було йому до душі: експерименти, технічні пошуки — доти, поки його фінансують.
Працюючи над багатофазною системою він вивчив досить широку область частот і помітив, що в міру їхнього збільшення устаткування стає все легшим, усе менше на нього потрібно заліза, і вирішив досліджувати такі частоти, при яких, як він вважав, можна буде обійтися взагалі без заліза в магнітному ланцюзі. В цій думці його впевнили роботи Максвелла й досліди Герца з метровими радіохвилями.
Тесла впевнився, що цікаві відкриття чекають на нього на кожній сходинці частотної шкали, що, плавно підвищуючи частоту електричних коливань аж до світлового діапазону, він зрештою отримає світло прямим способом, набагато більш ефективним, ніж за допомогою ламп накалювання, де корисне випромінювання буквально тоне в тепловому.
І він виготовив багатополюсні динамо-машини перемінного струму. 384-полюсна машина давала частоти до 10 тисяч герц, при яких електроенергія передавалася на великі відстані ще краще, ніж при 60 герцах. Такі струми було складно трансформувати, але він вирішив і цю задачу: сконструював високочастотні трансформатори без залізних сердечників, тільки з «повітряними», що складаються лише з концентричних первинної й вторинної обмоток. Згодом їх охрестили «котушками Тесли». В них збуджувалися коливання з частотою 150 кілогерц, напругою 7 млн вольт, що пробивали повітряний проміжок шириною два дюйми. І знайшов для високовольтних пристроїв надійну ізоляцію, що стала потім загальновживаною.
Одночасно він розробив високочастотний генератор без обертових частин – зі зворотно-поступальним рухом поршня, що приводиться паром чи стисненим повітрям. Ця машина давала струм з недосяжною на звичайному генераторі стабільною частотою 20 тисяч герц, вона навела Теслу на серію нових експериментів, про які докладна розповідь попереду, на важливі, але небезпечні і, почасти, комічні експерименти з механічними коливаннями. А попутно – на ідею електрогодинників, яку, втім, ні розвивати, ні патентувати він не став, вважаючи її дрібницею.
Гігантські напруги при високих частотах Тесла зумів одержати, доводячи електроколивання до резонансів, підбираючи для цього значення для основних параметрів контуру ємності й індуктивності, налаштовуючи контур. Досягнутий резонанс – значить кожна порція енергії, введена в ланцюг, підхльостує електровібрації, швидко підвищує амплітуду. А завчасно проведені розрахунки показали Теслі, що резонанси на високих частотах досягаються при невеликих емностях і індуктивностях.
У лекціях, що озаглавлені «Експерименти з перемінними струмами високого потенціалу й високої частоти», Тесла описав, зокрема, свої винаходи, що тільки зараз майже століття по тому входять у життя, а деякі з них, наприклад, лампочки накалювання з одним живильним проводом, ще чекають своєї години. На своїх лекціях Тесла показував електромотори, до яких струм подавався теж по одному проводі, взагалі «бездротові» лампи й трубки, що світяться... А головним експонатом була чуттєва електронна лампа — прототип усіх сучасних. Винахідник пророчив тоді, що цей прилад дозволить приймати бездротові телеграфні повідомлення через Атлантичний океан.
Публічна демонстрація багатофазної системи перемінного струму відбулася на Всесвітній виставці в Чикаго, влаштованої в 1893 р., з нагоди 400-річчя з дня відкриття Америки. Це була перша Всесвітня виставка з електричним освітленням, і архітектори постаралися скористатися новими можливостями для створення ефектної ілюмінації. Постачання всього освітлювального устаткування й енергопостачання виставки взяла на себе компанія Вестингауза, продемонструвавши до речі широкі можливості системи Тесли. Були там у Тесли й власні стенди. Один з його експонатів — металеве яйце, що крутиться. Воно лежало на невеликій круглій підставці, покритої оксамитом; Тесла клацав вимикачем, і яйце ставало «на попа», на загострений кінець, і починало стрімко обертатися. Публіці подобалося чудо, але навряд чи вона розуміла, що це просто ілюстрація принципу обертового магнітного полю, що збуджувалося багатофазними перемінними струмами. Показували також на виставці скляні трубки Тесли, ні до чого не підключені, які раптом загорялися «чарівним» образом.Але цвяхом програми був струм під напругою в мільйон вольт, що Тесла безбоязно пропускав крізь себе. Вісім років тому Едісон оголосив високовольтний перемінний струм смертельно небезпечним, тепер наступила година переможної відповіді Тесли Едісонові.
Наступним його грандіозним досягненням стало приборкання Ніагарських водоспадів. Їхній енергетичний потенціал — від 4 до 9 млн кінських сил, і спочатку його планували використовувати механічно, прямо на місці, за допомогою водяних коліс. Однак незабаром стало очевидним, що набагато раціональніше перетворювати енергію в електричну за допомогою динамо-машин, що приводяться від водяних коліс, і розподіляти по прилеглих районах. Вона була потрібна великому промисловому містові Буффало, розташованому в 22 милях від водоспадів, її можна було б передавати навіть у Нью-Йорк...