Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

Коллектив авторов

Для приема сигнала Тесла применял схожую с передатчиком катушку, используя взаимоиндукцию. Электрическое поле, создаваемое катушкой-передатчиком, могло индуцировать ток в катушке-приемнике, находящейся на расстоянии. После улавливания сигнала вторичной обмоткой приемника он использовался как трансформатор напряжения для того, чтобы получить на выходе первичной обмотки меньшее напряжение и большую силу тока.

В результате этих экспериментов весной 1893 года Тесла представил детальный доклад о принципах радиосвязи в Институте Франклина в Филадельфии. Через некоторое время в Сент-Луисе, перед членами Национальной ассоциации электрического света, он провел первую экспериментальную демонстрацию системы радиосвязи — со всеми элементами, которые впоследствии использовали в усовершенствованных

версиях другие изобретатели. Все это происходило за три года до экспериментов Маркони. Именно Тесла впервые описал основные компоненты радио. Это антенна, заземление, контур земля- воздух для настройки, установка для получения сигнала и еще одна — для передачи сигнала, которые должны были быть настроены на одну частоту, а также устройства для улавливания волн.

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСОВ РАДИОЧАСТОТЫ

На рисунке А начинается заряд конденсатора С током высокого напряжения, подаваемым на цепь. Когда достигается напряжение пробоя на разряднике, происходит разряд конденсатора С через разрядник с образованием искры (см. рисунок В). Ток проходит по обмотке L и снова заряжает конденсатор С; даже при измененной полярности (см. рисунок С) цикл разряда повторяется, хотя моментальное напряжение при нем ниже. Так продолжается много раз, пока, после нескольких циклов с уменьшающейся амплитудой, не затухает импульс радиочастоты.

Тесла в своих идеях относительно радио шел не совсем по верному направлению. Для экспериментов он использовал те же принципы и то же оборудование, что и для беспроводной передачи электрической энергии. Он считал, что радио основано на проводимости, а не на излучении, и что передача и прием могут быть достигнуты при электрическом резонансе и емкостных разрядах. Изобретатель часто оказывался в плену более общих рассуждений из-за пристрастия к простоте, контрастировавшей с невероятной амбициозностью его проектов.

На самом деле изобретение радио невозможно приписать какому-то одному исследователю. Над вопросом одновременно работали несколько ученых, они проводили демонстрации своих результатов и получали патенты. В 1894 году, после демонстрации Теслы, но до Маркони, английский физик Оливер Лодж (1851-1940) стал первым человеком, передавшим телеграфный сигнал без проводов, используя герцевые волны, на расстояние 150 м. Лоджу удалось сделать передатчик и приемник: таким образом он передал сигнал с помощью азбуки Морзе между двумя зданиями в Оксфорде.

Два года спустя, в 1896-м, молодой Гульельмо Маркони представил в Лондоне беспроводной передатчик, аналогичный тому, который был у Лоджа. Аппарат включал заземление и антенну, с его помощью Маркони провел простейшие эксперименты в Болонье. Скоро он увидел, что его оборудование как две капли воды похоже на аппараты Теслы, представленные в 1893 году, — подробные данные о них были опубликованы на разных языках.

Затем, когда разгорелся конфликт относительно авторства изобретения, Маркони отрицал, что прочел статьи про систему Теслы. Однако на самом деле вряд ли он оставался в неведении, поскольку на лекции, прочитанной Теслой в Лондонском королевском обществе в 1892 году, присутствовал и инженер- электрик Уильям Генри Прис, который в тот момент как раз занимался проектом системы беспроводного телеграфа для британской почты, а затем стал работать и тесно общаться с Маркони. В своем убеждении, что знание должно служить человечеству, Тесла на лекции рассказал о своих последних экспериментах, которые включали также изобретение радио. Он ловко обошел некоторые моменты, но опытный инженер в данной сфере мог без особого труда заполнить лакуны.

Когда Маркони в 1901 году передал радиосигнал через Атлантику, букву S на азбуке Морзе, прошедшую путь с Новой земли (Канада) до Корнуолла (Соединенное Королевство), то для своего оборудования он использовал 14 патентов, зарегистрированных Теслой и включавших

описание ключевых устройств для системы радиопередачи. Вопрос о том, кто первым придумал радио, годы спустя вновь заставил разгореться жаркие споры, но об этом мы поговорим далее.

ТЕСЛА И РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

В 1860-е годы группа физиков из Боннского университета начала исследование природы свечения вакуумных трубок Гейслера и обнаружила, что когда электрический ток движется между электродами — от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду), — то по прямой траектории проходят некоторые лучи. Эти лучи были названы катодными. Было доказано, что они могут проецировать объекты, тени. Между 1869 и 1875 годами британский ученый Уильям Крукс (1832-1919) внес изменения в вакуумную трубку, создав внутри нее более совершенный вакуум, и более глубоко исследовал природу катодных лучей. В одном из своих опытов Крукс разместил в трубке мальтийский крест, и на задней стенке трубки в флуоресценции, возникающей при столкновении лучей со стеклом, возникла четкая тень (проекция) креста (см. рисунок 9). При использовании фотопластинок трубка Крукса делала нечеткие снимки, но данное явление английский ученый мало исследовал.

РИС. 9 Схема трубки Крукса с мальтийским крестом внутри.

Тесла, пораженный феноменом, обнаруженным им во время экспериментов с фотографиями, которыми он занимался со своим другом Марком Твеном, начал сопоставлять результаты и изучать работы Крукса, что привело его к исследованию катодных лучей. Для этого Тесла разработал собственную трубку — однополярную лампу, имеющую только один электрод. Когда на него поступало высокое напряжение от одной из катушек, от электрода исходил пучок катодных лучей, сталкивавшихся со стеклянной стенкой.

После разработки своего варианта трубки Крукса Тесла заметил, что в точке столкновения лучей со стенкой или на аноде в биполярной трубке возникают «невидимые лучи», оставляющие «аномальные отметки и образы». Его догадка оказалась удивительной. Будущие трубки рентгеновского излучения следуют такому же принципу. Говоря языком современных терминов, катодные лучи представляют собой поток электронов. Это стало понятным после длительной серии экспериментов, в том числе с магнитным полем. Когда электроны достигают стеклянной стенки, то резко останавливаются, и сильное торможение вызывает высокочастотные электромагнитные волны, находящиеся в зоне спектра, соответствующей рентгеновским лучам. Такое излучение называется тормозным (нем. Bremsstrahlung).

НЕПРЕДВИДЕННОЕ ОТКРЫТИЕ

После первых экспериментов Теслы с вакуумными трубками, имеющих целью обнаружить присутствие излучения, началось и его активное сотрудничество с фотографами Манхэттена. В 1894 году Томас Коммерфорд и Роберт Джонсон организовали в его лаборатории фотосессию, где знаменитые персонажи были сняты, освещенные флуоресцентными лампами изобретателя. На самой известной фотографии из той серии мы можем увидеть Марка Твена — друга Теслы, часто приходившего в его лабораторию и ставшего свидетелем многих экспериментов. На той фотографии он в полутьме держит в руках лампу, от которой исходит яркий свет; в такой почти магической атмосфере на заднем плане можно разглядеть в сумраке и Теслу. В тот же год, во время одного из частых визитов Твена, Тесла предложил ему сфотографироваться — на этот раз при освещении трубкой Гейслера. Когда фотографы проявили фотопластинку, то обнаружили, что снимок писателя не получился, зато почему-то был виден один из винтиков, настраивающих линзу фотокамеры. Тогда Тесла не знал, что они сделали первую в США фотографию в рентгеновском излучении, но в любом случае он понял, что от трубки исходил некий «очень особый вид излучения», из-за которого на фотопластинке отобразился внутренний фрагмент фотокамеры.