Hệ thống không dây thế giới của Nikola Tesla

Vào tháng 6 năm 1899, một nhà khoa học gốc Serbia, Nikola Tesla, bắt đầu công việc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm của mình ở Colorado Springs (Mỹ). Mục tiêu của Tesla lúc bấy giờ là nghiên cứu thực tế về khả năng truyền năng lượng điện qua môi trường tự nhiên.

Phòng thí nghiệm của Tesla được dựng lên trên một cao nguyên rộng lớn, ở độ cao hai nghìn mét so với mực nước biển và khu vực rộng hàng trăm km xung quanh được biết đến với những cơn giông khá thường xuyên với những tia sét rất sáng.

Tesla nói rằng với sự trợ giúp của một thiết bị tinh chỉnh, ông có thể phát hiện ra những tia sét xảy ra ở khoảng cách bảy hoặc tám trăm km từ phòng thí nghiệm của mình. Đôi khi anh ấy đợi gần một giờ để nghe tiếng sấm từ lần phóng sét tiếp theo, trong khi thiết bị của anh ấy xác định chính xác khoảng cách đến nơi xảy ra phóng điện, cũng như thời gian sau đó âm thanh sẽ đến phòng thí nghiệm của anh ấy.

Muốn nghiên cứu các rung động điện trên toàn cầu, nhà khoa học đã lắp đặt máy biến áp nhận sao cho cuộn sơ cấp của nó được nối đất với một trong các cực của nó, trong khi cực thứ hai của nó được nối với một cực không khí dẫn điện, có thể điều chỉnh độ cao của nó.

Cuộn dây thứ cấp của máy biến áp được kết nối với một thiết bị tự điều chỉnh nhạy cảm. Các dao động trong cuộn dây sơ cấp làm cho các xung dòng điện xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp, từ đó vận hành máy ghi âm.

Một ngày nọ, Tesla quan sát thấy sét đánh từ một cơn giông đang hoành hành trong bán kính chưa đến 50 km tính từ phòng thí nghiệm của mình, và sau đó với sự trợ giúp của thiết bị, ông đã ghi lại được khoảng 12.000 tia sét chỉ trong hai giờ!

Trong quá trình quan sát, nhà khoa học ban đầu ngạc nhiên rằng những tia sét đánh xa phòng thí nghiệm của ông thường có tác động mạnh hơn đến thiết bị ghi âm của ông so với những tia sét đánh gần hơn. Tesla khẳng định một cách rõ ràng rằng sự khác biệt về cường độ phóng điện không phải là nguyên nhân gây ra sự khác biệt. Nhưng sau đó thì sao?

Vào ngày 3 tháng 7, Tesla đã thực hiện khám phá của mình. Quan sát một cơn giông vào ngày hôm đó, nhà khoa học lưu ý rằng các đám mây bão đang lao tới với tốc độ cao từ phòng thí nghiệm của ông đã tạo ra các tia sét gần như đều đặn (tái diễn gần như đều đặn). Anh ấy bắt đầu xem máy ghi âm của mình.

Khi cơn giông di chuyển ra khỏi phòng thí nghiệm, các xung dòng điện trong máy biến áp nhận ban đầu yếu đi, nhưng sau đó lại tăng lên, một cực đại xuất hiện, sau đó đi qua và được thay thế bằng cường độ giảm, nhưng sau đó lại xuất hiện một cực đại, rồi lại giảm xuống .

Ông đã quan sát mô hình khác biệt này ngay cả khi cơn giông đã di chuyển cách phòng thí nghiệm của ông khoảng 300 km, cường độ của các nhiễu loạn gây ra vẫn khá đáng kể.

Nhà khoa học chắc chắn rằng đây là những sóng lan truyền từ những nơi sét đánh xuống đất, như thể dọc theo một sợi dây bình thường, và ông đã quan sát các đỉnh và đáy của chúng vào chính thời điểm nơi cuộn dây tiếp nhận va vào chúng.

Tesla sau đó bắt đầu chế tạo một thiết bị có thể tạo ra sóng tương tự. Nó phải là một mạch điện có độ tự cảm rất cao và càng ít điện trở càng tốt.

Một máy phát loại này có thể truyền năng lượng (và thông tin), nhưng về cơ bản không giống như cách được thực hiện trong các thiết bị Hertz, nghĩa là không thông qua bức xạ điện từ… Đây được cho là sóng dừng truyền dọc theo trái đất dưới dạng chất dẫn điện và xuyên qua bầu khí quyển dẫn điện.

Theo quan niệm của nhà khoa học, tần số trong hệ thống truyền năng lượng của anh ta phải giảm đến mức tối thiểu hóa sự phát xạ (!) Năng lượng dưới dạng sóng điện từ.

Khi đó, nếu thỏa mãn các điều kiện để xảy ra cộng hưởng, mạch sẽ có khả năng tích lũy năng lượng điện của nhiều xung sơ cấp giống như một con lắc. Và hiệu ứng đối với các trạm thu được điều chỉnh theo cộng hưởng sẽ là các dao động điều hòa, về nguyên tắc, cường độ của nó có thể vượt quá cường độ của hiện tượng điện tự nhiên mà Tesla đã quan sát thấy trong các cơn giông bão ở Colorado.

Với cách truyền như vậy, nhà khoa học cho rằng anh ta sẽ sử dụng các đặc tính dẫn truyền của môi trường tự nhiên, trái ngược với phương pháp của Hertz với bức xạ, trong đó rất nhiều năng lượng bị tiêu tán đơn giản và chỉ một phần rất nhỏ năng lượng truyền đến được máy thu.

Nếu bạn đồng bộ hóa máy thu của Tesla với máy phát của anh ấy, thì năng lượng có thể thu được với hiệu suất lên tới 99,5% (Nikola Tesla, các bài báo, trang 356), như thể bằng cách truyền dòng điện qua một dây có điện trở thấp, mặc dù trong thực tế, việc truyền điện được lấy không dây. Trái đất đóng vai trò là dây dẫn duy nhất trong một hệ thống như vậy. Công nghệ này, Tesla tin rằng, có thể xây dựng một hệ thống truyền năng lượng điện không dây trên toàn thế giới.

Phép loại suy mà Tesla đưa ra để so sánh hệ thống của ông với hệ thống Hertzian về hiệu quả truyền năng lượng (hoặc thông tin) là thế này.

Hãy tưởng tượng rằng hành tinh Trái đất là một quả bóng cao su chứa đầy nước. Máy phát là một máy bơm pittông hoạt động tại một điểm nào đó trên bề mặt quả bóng - nước được hút ra từ quả bóng và quay trở lại quả bóng với một tần số nhất định, nhưng khoảng thời gian đó phải đủ dài để toàn bộ quả bóng giãn nở và co lại ở một tần số nhất định. tần số đó.

Sau đó, các cảm biến áp suất trên bề mặt của quả bóng (máy thu) sẽ được thông báo về các chuyển động, bất kể chúng được đặt cách máy bơm bao xa và với cùng cường độ.Nếu tần số cao hơn một chút, nhưng không cao lắm, thì các dao động sẽ phản xạ từ phía đối diện của quả bóng và tạo thành các nút và phản nút, trong khi nếu công việc được thực hiện ở một trong các máy thu, thì năng lượng sẽ bị tiêu hao, nhưng đường truyền sẽ tỏ ra rất tiết kiệm…

Trong hệ thống Hertzian, nếu chúng ta tiếp tục tương tự, máy bơm quay với tần số rất lớn và lỗ mở mà nước được đưa vào và quay trở lại là rất nhỏ. Một phần lớn năng lượng được sử dụng dưới dạng sóng nhiệt hồng ngoại và một phần nhỏ năng lượng được truyền vào quả bóng, vì vậy máy thu có thể thực hiện rất ít công việc.

Trong thực tế, Tesla đề xuất đạt được các điều kiện cộng hưởng trong hệ thống không dây thế giới như sau. Máy phát và máy thu là các cuộn dây nhiều vòng được nối đất thẳng đứng với độ dẫn điện bề mặt cao tại các đầu nối được gắn với dây dẫn phía trên của chúng.

Máy phát được cung cấp năng lượng bởi một cuộn dây sơ cấp, cuộn dây này có số vòng quay ít hơn đáng kể so với cuộn dây thứ cấp và được kết nối theo kiểu cảm ứng mạnh với đáy của cuộn dây thứ cấp nhiều vòng nối đất.

Dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp thu được với sự trợ giúp của tụ điện. Tụ điện được nạp bởi nguồn và phóng điện qua cuộn sơ cấp của máy phát. Tần số dao động của mạch dao động sơ cấp được hình thành do đó được tạo ra bằng tần số dao động tự do của mạch thứ cấp và chiều dài của dây của cuộn thứ cấp từ mặt đất đến cực được tạo ra bằng một phần tư chiều dài của dây cuộn thứ cấp. bước sóng của dao động truyền dọc theo nó.

Với điều kiện là gần như toàn bộ công suất tự điện của mạch thứ cấp rơi vào cực, thì tại cực đó, cực âm (luôn luôn dao động cực đại) của điện áp và cực (luôn bằng 0) của dòng điện thu được, và tại điểm nối đất - cực âm của dòng điện và cực của điện áp, máy thu có thiết kế tương tự như máy phát, chỉ khác ở chỗ cuộn dây chính của nó là nhiều vòng và cuộn dây ngắn ở phía dưới là một sơ trung.

Tối ưu hóa mạch thu, Tesla đi đến kết luận rằng để nó hoạt động hiệu quả nhất, điện áp từ cuộn thứ cấp phải được điều chỉnh. Đối với điều này, nhà khoa học đã phát triển một bộ chỉnh lưu cơ học, cho phép không chỉ điều chỉnh điện áp mà còn truyền năng lượng cho tải chỉ vào những thời điểm khi điện áp của cuộn thứ cấp của mạch nhận gần với giá trị biên độ.