Svetový bezdrôtový systém Nikola Teslu

V júni 1899 vedec srbského pôvodu Nikola Tesla, začína experimentálne práce vo svojom laboratóriu v Colorado Springs (USA). Vtedajším cieľom Tesly bola praktická štúdia možnosti prenosu elektrickej energie cez prírodné prostredie.

Teslovo laboratórium je postavené na obrovskej náhornej plošine, ktorá je vo výške dvetisíc metrov nad morom a okolie stoviek kilometrov naokolo je známe pomerne častými búrkami s veľmi jasnými bleskami.

Tesla uviedol, že pomocou jemne vyladeného zariadenia bol schopný detekovať údery blesku vo vzdialenosti sedem alebo osemsto kilometrov od jeho laboratória. Niekedy čakal takmer hodinu na zvuk hromu z ďalšieho výboja blesku, pričom jeho prístroj presne určil vzdialenosť od miesta, kde k výboju došlo, ako aj čas, po ktorom zvuk dorazí do jeho laboratória.

Vedec, ktorý chcel študovať elektrické vibrácie na zemeguli, nainštaloval prijímací transformátor tak, že jeho primárne vinutie bolo uzemnené jednou z jeho svoriek, zatiaľ čo jeho druhá svorka bola pripojená k vodivej vzduchovej koncovke, ktorej výšku bolo možné nastaviť.

Sekundárne vinutie transformátora je pripojené k citlivému samoregulačnému zariadeniu. Oscilácie v primárnom vinutí spôsobili, že sa v sekundárnom vinutí objavili prúdové impulzy, ktoré následne ovládali záznamník.

Tesla jedného dňa pozoroval údery bleskov z búrky zúriacej v okruhu necelých 50 kilometrov od jeho laboratória a následne sa mu pomocou svojho prístroja podarilo zaznamenať asi 12 000 bleskových výbojov len za dve hodiny!

Vedca počas pozorovaní spočiatku prekvapilo, že údery bleskov ďalej od jeho laboratória mali často silnejší dopad na jeho záznamové zariadenie ako tie, ktoré zasiahli bližšie. Tesla jednoznačne stanovil, že rozdiel v sile výbojov nebol príčinou rozdielov. Ale čo potom?

Tretieho júla urobil Tesla svoj objav. Vedec, ktorý v ten deň pozoroval búrku, si všimol, že búrkové mraky rútiace sa vysokou rýchlosťou z jeho laboratória generovali takmer pravidelné (opakujúce sa v takmer pravidelných intervaloch) blesky. Začal sledovať svoj magnetofón.

Keď sa búrka vzdialila od laboratória, prúdové impulzy v prijímacom transformátore spočiatku zoslabli, ale potom sa opäť zvýšili, prišiel vrchol, potom prešiel a bol nahradený znížením intenzity, ale potom opäť prišiel vrchol, potom opäť pokles .

Pozoroval tento zreteľný vzor, ​​aj keď sa búrka už presunula asi 300 kilometrov od jeho laboratória, intenzita výsledných porúch zostala dosť významná.

Vedec nepochyboval, že ide o vlny šíriace sa z miest, kde blesk udrel k zemi, ako po obyčajnom drôte a ich vrcholy a korytá pozoroval práve vo chvíľach, keď do nich zasiahlo miesto prijímacej cievky.

Tesla sa potom pustila do konštrukcie zariadenia, ktoré by generovalo podobné vlny. Musel to byť obvod s veľmi vysokou indukčnosťou a čo najmenším odporom.

Vysielač tohto druhu môže prenášať energiu (a informácie), ale v podstate nie rovnakým spôsobom, ako je implementovaný v zariadeniach Hertz, teda nie prostredníctvom elektromagnetická radiácia... Predpokladá sa, že ide o stojaté vlny šíriace sa pozdĺž zeme ako vodič a cez elektricky vodivú atmosféru.

Podľa vedca musí byť frekvencia v jeho systéme prenosu energie znížená do takej miery, aby sa minimalizovala emisia (!) energie vo forme elektromagnetické vlny.

Potom, ak sú splnené podmienky pre rezonanciu, obvod bude schopný akumulovať elektrickú energiu mnohých primárnych impulzov ako kyvadlo. A efektom na prijímacie stanice naladené na rezonanciu by boli harmonické oscilácie, ktorých intenzita by v princípe mohla svojou veľkosťou prevyšovať javy prírodnej elektriny, ktoré Tesla pozoroval počas búrok v Colorade.

Vedec pri takomto prenose predpokladá, že využije vodivé vlastnosti prirodzeného média, na rozdiel od Hertzovej metódy so žiarením, kde sa veľa energie jednoducho rozptýli a k ​​prijímaču sa dostane len veľmi malý zlomok prenášanej energie.

Ak zosynchronizujete Teslov prijímač s jeho vysielačom, potom možno energiu získať s účinnosťou až 99,5 % (Nikola Tesla, články, str. 356), ako keby prenosom prúdu cez vodič s nízkym odporom, hoci v praxi prenos napájanie sa získava bezdrôtovo. Zem pôsobí ako jediný vodič v takomto systéme. Tesla verí, že táto technológia umožňuje vybudovať celosvetový systém bezdrôtového prenosu elektrickej energie.

Analógia, ktorú dal Tesla, kontrastuje s Hertzovým systémom, pokiaľ ide o účinnosť prenosu energie (alebo informácií).

Predstavte si, že planéta Zem je gumová guľa naplnená vodou. Vysielač je piestové čerpadlo pracujúce v určitom bode na povrchu lopty – voda sa z lopty nasáva a vracia sa do nej pri určitej frekvencii, ale táto perióda musí byť dostatočne dlhá, aby sa lopta ako celok roztiahla a zmršťovala pri tú frekvenciu.

Potom budú tlakové senzory na povrchu gule (prijímače) informované o pohyboch bez ohľadu na to, ako ďaleko od pumpy sa nachádzajú, a to s rovnakou intenzitou.Ak je frekvencia o niečo vyššia, ale nie príliš vysoká, oscilácie sa budú odrážať od opačnej strany lopty a vytvoria uzly a antinody, zatiaľ čo ak sa pracuje v jednom z prijímačov, energia sa spotrebuje, ale jej prenos sa ukáže ako veľmi ekonomický...

V Hertzovom systéme, ak budeme pokračovať v analógii, čerpadlo sa otáča obrovskou frekvenciou a otvor, cez ktorý sa voda privádza a vracia, je veľmi malý. Obrovská časť energie sa minie vo forme infračervených tepelných vĺn a malá časť energie sa prenesie do lopty, takže prijímače môžu robiť veľmi málo práce.

V praxi Tesla navrhuje dosiahnuť rezonančné podmienky vo svetovom bezdrôtovom systéme nasledovne. Vysielač a prijímač sú vertikálne uzemnené viacotáčkové cievky s vysokou povrchovou vodivosťou na svorkách pripojených k ich horným vodičom.

Vysielač je napájaný primárnym vinutím, ktoré obsahuje podstatne menej závitov ako sekundárne a je v silnom indukčnom spojení so spodnou časťou uzemnenej viacotáčkovej sekundárnej cievky.

Striedavý prúd v primárnom vinutí sa získava pomocou kondenzátora. Kondenzátor sa nabíja zo zdroja a vybíja cez primárne vinutie vysielača. Frekvencia oscilácií takto vytvoreného primárneho oscilačného obvodu sa rovná frekvencii voľných oscilácií sekundárneho obvodu a dĺžka drôtu sekundárneho vinutia od zeme po svorku sa rovná jednej štvrtine vlnová dĺžka kmitov šírených pozdĺž nej.

Za predpokladu, že takmer celá vlastná elektrická kapacita sekundárneho obvodu pripadá na svorku, potom sa na svorke získa antinoda (vždy maximálny výkyv) napätia a uzol (vždy nula) prúdu, a v mieste uzemnenia - protiuzla prúdu a uzla napätia.Prijímač má podobnú konštrukciu ako vysielač, len s tým rozdielom, že jeho hlavná cievka je viacotáčková a tá krátka dole je sekundárne.

Optimalizáciou obvodu prijímača Tesla dospel k záveru, že pre jeho najefektívnejšiu prevádzku musí byť opravené napätie zo sekundárneho vinutia. Na tento účel vedec vyvinul mechanický usmerňovač, ktorý umožňuje nielen korigovať napätie, ale aj prenášať energiu do záťaže iba v tých okamihoch, keď je napätie sekundárneho vinutia prijímacieho obvodu blízke hodnote amplitúdy.