Никола Тесла. Изобретатель будущего

Карлсон Бернард

Первая лаборатория Теслы была расположена в деловом квартале Нью-Йорка. Лаборатория находилась на Либерти-стрит, 89, прямо за углом от офисов Mutual Union на Бродвее, 120. На первом этаже располагалась компания Globe Stationery & Printing Company [47] , и Тесла занял комнату наверху. Лаборатория была оснащена лишь рабочим местом, печью и динамо, произведенным Эдвардом Уэстоном. Чтобы запитать динамо электричеством, Пек и Браун заключили соглашение с печатной компанией. Поскольку Globe для работы своих прессов использовал паровой двигатель только днем, компания могла предоставить электроэнергию Тесле в ночное время. В результате Тесла выработал привычку работать над изобретениями по ночам {198} .

47

Полиграфическая компания

«Глобус».

198

Адрес компании Mutual Union взят из New York City, vol. 391, p. 2625, R. G. Dun & Co. Collection. См. также: William B. Nellis testimony, NT, Motor Testimony, 122-23, 132.

В соглашении с Пеком и Брауном Тесла обязался разработать несколько различных изобретений, а не только двигатель переменного тока, о котором он так долго мечтал. Поэтому Тесла в первую очередь принялся за работу над проблемой с коммутаторами в двигателях и динамо. Он думал о коммутаторах в течение многих лет, и хотя он предпочел бы исключить их из электрического оборудования, он тем не менее придумал несколько улучшений, включая двигатель переменного тока с короткозамыкающим коммутатором и коммутатор для динамо со сниженным риском искрения {199} .

199

Parker W. Page testimony, NT, Motor Testimony, 415-16. Though the motor was never patented, Tesla did file U. S. Patent 382,845, «Commutator for Dynamo-Electric Machines» (filed 30 April 1887, granted 15 May 1888). См. также: Martin, Inventions, Researches and Writings, 433–37.

Пиромагнитный генератор

В то время как Тесла занимался надлежащим оформлением патентной заявки на коммутатор для динамо, Пека и Брауна гораздо сильнее интересовали его идеи о преобразовании тепла от горящего угля напрямую в электричество {200} . Их привлекала эта идея, потому что их интересовало получение энергии в целом. Хорошо зная о растущем спросе американской промышленности на дешевую энергию, к Пеку и Брауну ранее обратился инженер, который предложил производить пар за счет перепада температур в океане. В определенных случаях разница между холодной водой на глубине и теплой водой на поверхности океана может достигать 60°. Один из способов использовать в своих интересах эту разницу температур состоял в том, чтобы применить принцип, реализованный в криофоре, устройстве, разработанном английским ученым В. Х. Вулластоном. Изучая природу тепла, Вулластон соединил два резервуара трубкой и затем выкачал весь воздух. В один резервуар он налил воду комнатной температуры, а в другой – ледяной термостат. К удивлению Вулластона, разница температур в двух резервуарах превратила воду в первом в пар, который стал перемещаться по трубе во второй резервуар и конденсироваться там. На основе этой идеи инженер произвел для Пека и Брауна расчет, как крупномасштабная система трубопроводов, насосов, двигателей, котлов и конденсаторов могла использоваться, чтобы произвести из океанской воды неисчерпаемый запас пара, который можно подавать по трубопроводу к паровым двигателям. Хотя Пек и Браун сочли этот план интересным, они были обеспокоены, что он потребует больших капиталовложений на строительство предложенного пилотного завода. Кроме того, они были озадачены проблемой распределения всей энергии, которую мог выработать огромный завод по производству пара: как передавать энергию на многочисленные фабрики, магазины и дома? {201}

200

NT, Motor Testimony, 212.

201

NT, «Our Future Motive Power», Everyday Science and Mechanics, December 1931, pp. 26–28ff., in Ratzlaff, Tesla Said, 230–36.

Пек и Браун были заинтересованы в реализации амбициозного плана вроде идеи по преобразованию океанского пара, поэтому вполне естественно, что их привлекли идеи Теслы о преобразовании тепла от горящего угля в электричество. Возможность производства электроэнергии напрямую из тепла прельщала изобретателей и инвесторов из-за высокой стоимости и сложности использования паровых двигателей и динамо. Чтобы произвести электричество в 1880-х годах (или даже сегодня), нужно было сжигать уголь, который нагревал бойлер и производил пар. Затем пар использовался механизмом, который поворачивал динамо. В этой системе энергия терялась на каждом этапе за счет выброса тепла или трения. Если можно было бы убрать промежуточные шаги и перейти от горящего угля прямо к электричеству, получилось бы эффективное изобретение, еще более революционное,

чем динамо. (Тесла вернулся к этой идее повышения эффективности производства электроэнергии несколько лет спустя в своем механическим осцилляторе; см. главу Х.)

Для своего пиромагнитного генератора Тесла объединил принцип, использованный им в термомагнитном двигателе, с законом электромагнитной индукции Фарадея. Тесла выяснил, что нагревание магнита в термомагнитном двигателе приводило к ослаблению или изменению его магнитного поля. А как выявил Фарадей, при изменении магнитного поля в проводнике, находящемся в этом поле, индуцируется электрический ток. Следовательно, если поместить проводник в поле магнита, который поочередно нагревался и охлаждался, в проводнике возникнет ток {202} .

202

TAE, «On the Pyromagnetic Dynamo: A Machine for Producing Electricity Directly from Fuel», Electrical World 10 (27 August 1887): 111-13.

Чтобы на практике объединить эти два принципа в пиромагнитном генераторе, Тесла использовал большой магнит подковообразной формы. Поперек полюсов этого магнита он поместил специальный сердечник, внутри которого был теплоизолированный металлический ящик со множеством полых железных труб. Поскольку сердечник находился на подковообразном магните, эти железные трубы были намагничены. Вокруг за пределами ядра было две обмотки провода. Под центральной частью сердечника находилась топка, которая нагревала железные трубы, а над центром сердечника был бойлер, соединенный с помощью трубы с сердечником таким образом, чтобы в железных трубах мог циркулировать пар. Чтобы управлять циркуляцией пара в сердечнике, Тесла поместил клапан в трубу между бойлером и сердечником {203} .

203

TCM, Inventions, Researches, and Writings, 429–31.

При работе устройства горящий уголь в топке нагревал железные трубы, пока они не становились темно-красными, до температуры 600 °C. При этой температуре железные трубы размагничивались и изменяющееся магнитное поле индуцировало ток в катушках. Затем открывали клапан, и пар (который был 100 °C) циркулировал в трубах и снижал их температуру. Процесс охлаждения восстанавливал магнитное поле в железных трубах, и вновь изменяющееся магнитное индуцировало ток в катушках. Так как нагревание и охлаждение вызвали токи, текущие в противоположных направлениях, пиромагнитный генератор Теслы производил переменный ток.

Тесла считал этот пиромагнитный генератор «большим изобретением» и энергично работал над ним с осени 1886 года до конца лета 1887 года {204} . По всей вероятности, он столкнулся с проблемой получения достаточной разницы температур между нагреванием и охлаждением. Чтобы произвести значительное количество электричества, температура сердечника должна была резко повышаться и падать; если бы сердечник сохранял постоянное тепло, то вырабатывалось бы мало электричества. Тесла подал заявку на патент для этого изобретения, но в выдаче патента ему было отказано.

204

NT, Motor Testimony, 207.

Обеспокоенный, что у него не получилось усовершенствовать это изобретение, Тесла испугался, что Пек и Браун могли покинуть его так же, как это сделали Вейла и Лейн в Рэуэе. Однако Пек был вполне уверен в Тесле и вместо этого поощрил его продолжать изобретать. Когда стало ясно, что пиромагнитный генератор не будет работать, вспоминал Тесла, «я встретил г-на Пека у двери здания, в котором был его офис, и он разговаривал со мной очень любезно и сказал: «Не отчаивайтесь, что ваше замечательное изобретение не оправдало ожиданий; вы все еще можете добиться с ним успеха. Возможно, вам стоит на некоторое время переключиться на другие идеи, а эту пока оставить. По моему опыту, это очень хороший план». Я возвратился приободренный» {205} .

205

Там же, 213.

Овладение противофазными токами

Последовав совету Пека, Тесла переместил внимание с пиромагнитного генератора на электродвигатели. Он теперь возвратился к идеалу, который озарил его в Будапеште пятью годами ранее: двигателю с вращающимся магнитным полем (см. главу II). В качестве первого шага на пути к достижению этого идеала Тесле необходимо было проверить догадку о том, что несколько переменных токов могли произвести вращающееся магнитное поле. Он много думал о том, как объединить несколько переменных токов, но никогда не пробовал этого на практике.