Nikola Teslas World Wireless System

I juni 1899, en videnskabsmand af serbisk oprindelse, Nikola Tesla, begynder eksperimentelt arbejde i sit laboratorium i Colorado Springs (USA). Teslas mål på det tidspunkt var en praktisk undersøgelse af muligheden for at overføre elektrisk energi gennem det naturlige miljø.

Teslas laboratorium er opført på et enormt plateau, som ligger i en højde af to tusinde meter over havets overflade, og området i hundredvis af kilometer rundt er kendt for ganske hyppige tordenvejr med meget skarpt lyn.

Tesla sagde, at han ved hjælp af en finjusteret enhed var i stand til at opdage lynnedslag, der opstod i en afstand af syv eller otte hundrede kilometer fra hans laboratorium. Nogle gange ventede han næsten en time på lyden af ​​torden fra det næste lynudladning, mens hans apparat nøjagtigt bestemte afstanden til, hvor udledningen var sket, samt det tidspunkt, hvorefter lyden ville nå hans laboratorium.

For at studere elektriske vibrationer i kloden installerede videnskabsmanden modtagertransformatoren, så dens primære vikling var jordet med en af ​​dens terminaler, mens dens anden terminal var forbundet med en ledende luftterminal, hvis højde kunne justeres.

Transformatorens sekundære vikling er forbundet med en følsom selvregulerende enhed. Oscillationer i primærviklingen fik strømimpulser til at opstå i sekundærviklingen, som igen drev optageren.

En dag observerede Tesla lynnedslag fra et tordenvejr, der rasede inden for en radius af mindre end 50 kilometer fra hans laboratorium, og så lykkedes det ham ved hjælp af sin enhed at registrere omkring 12.000 lynudladninger på kun to timer!

Under observationerne blev videnskabsmanden i første omgang overrasket over, at lynnedslag længere væk fra hans laboratorium ofte havde en stærkere indvirkning på hans optageenhed end dem, der slog tættere på. Tesla fastslog utvetydigt, at forskellen i styrken af ​​udledningerne ikke var årsagen til forskellene. Men hvad så?

Den tredje juli gjorde Tesla sin opdagelse. Da han observerede et tordenvejr den dag, bemærkede videnskabsmanden, at stormskyerne, der susede med høj hastighed fra hans laboratorium, genererede næsten regelmæssige (tilbagevendende med næsten regelmæssige intervaller) lynnedslag. Han begyndte at se sin båndoptager.

Efterhånden som tordenvejret bevægede sig væk fra laboratoriet, svækkedes strømimpulserne i den modtagende transformator i begyndelsen, men steg så igen, en peak kom, så passerede og blev erstattet af et fald i intensiteten, men så kom en peak igen, så et fald igen .

Han observerede dette distinkte mønster, selv når tordenvejret allerede havde bevæget sig omkring 300 kilometer fra hans laboratorium, forblev intensiteten af ​​de resulterende forstyrrelser ganske betydelig.

Videnskabsmanden var ikke i tvivl om, at det var bølger, der spredte sig fra de steder, hvor lynet slog ned til jorden, som langs en almindelig ledning, og han iagttog deres toppe og trug netop i de øjeblikke, hvor modtagespolens sted ramte dem.

Tesla satte sig derefter for at bygge en enhed, der ville generere lignende bølger. Det skulle være et kredsløb med meget høj induktans og så lidt modstand som muligt.

En sender af denne art kan transmittere energi (og information), men i det væsentlige ikke på samme måde som implementeret i Hertz-enheder, dvs. elektromagnetisk stråling… Disse formodes at være stående bølger, der forplanter sig langs jorden som en leder og gennem en elektrisk ledende atmosfære.

Som videnskabsmanden har udtænkt, skal frekvensen i hans energioverførselssystem reduceres i en sådan grad, at udledningen (!) af energi i formen minimeres elektromagnetiske bølger.

Så, hvis betingelserne for resonans er opfyldt, vil kredsløbet være i stand til at akkumulere den elektriske energi af mange primære impulser som et pendul. Og effekten på modtagestationer, der er indstillet til resonans, ville være harmoniske svingninger, hvis intensitet i princippet kunne overstige de fænomener med naturlig elektricitet, som Tesla observerede under tordenvejr i Colorado.

Med sådan en transmission antager videnskabsmanden, at han vil bruge det naturlige mediums ledningsegenskaber i modsætning til Hertz's metode med stråling, hvor meget energi blot spredes, og kun en meget lille brøkdel af den transmitterede energi når frem til modtageren.

Hvis du synkroniserer Teslas modtager med hans sender, så kan energi opnås med en effektivitet på op til 99,5% (Nikola Tesla, artikler, s. 356), som ved at overføre strøm gennem en ledning med lav modstand, selvom overførslen i praksis strøm opnås trådløst. Jorden fungerer som den eneste leder i et sådant system. Teknologien, mener Tesla, gør det muligt at bygge et verdensomspændende system til trådløs transmission af elektrisk energi.

Analogien, som Tesla gav, og kontrasterer sit system med det Hertziske system med hensyn til effektiviteten af ​​energi- (eller informations-) transmission er dette.

Forestil dig, at planeten Jorden er en gummikugle fyldt med vand. Senderen er en frem- og tilbagegående pumpe, der arbejder på et tidspunkt på boldens overflade — vand trækkes fra bolden og returneres til den med en bestemt frekvens, men perioden skal være lang nok til, at bolden som helhed kan udvide sig og trække sig sammen kl. den frekvens.

Så vil tryksensorerne på boldens overflade (modtagere) blive informeret om bevægelser, uanset hvor langt fra pumpen de er placeret, og med samme intensitet.Hvis frekvensen er lidt højere, men ikke særlig høj, så vil oscillationerne reflektere fra den modsatte side af bolden og danne knudepunkter og antinoder, mens hvis der arbejdes i en af ​​modtagerne, så vil energien blive forbrugt, men dens transmission vil vise sig at være meget økonomisk...

I det hertziske system, hvis vi fortsætter analogien, roterer pumpen med en enorm frekvens, og åbningen, hvorigennem vandet indføres og returneres, er meget lille. En kolossal del af energien bruges i form af infrarøde varmebølger, og en lille del af energien overføres til bolden, så modtagerne kan udføre meget lidt arbejde.

I praksis foreslår Tesla at opnå resonansforhold i verdens trådløse system som følger. Senderen og modtageren er lodret jordede multi-turn-spoler med høj overfladeledningsevne ved terminalerne, der er fastgjort til deres øvre ledninger.

Senderen drives af en primærvikling, som indeholder væsentligt færre vindinger end den sekundære, og er i stærk induktiv forbindelse til bunden af ​​en jordet multi-turn sekundær spole.

Vekselstrømmen i primærviklingen opnås ved hjælp af en kondensator. Kondensatoren oplades af kilden og aflades gennem senderens primære vikling. Svingningsfrekvensen af ​​det således dannede primære oscillerende kredsløb gøres lig med frekvensen af ​​frie svingninger i det sekundære kredsløb, og længden af ​​ledningen af ​​sekundærviklingen fra jorden til terminalen er lig med en fjerdedel af bølgelængden af ​​de svingninger, der forplanter sig langs den.

Forudsat at næsten al den selvelektriske kapacitet af det sekundære kredsløb falder på terminalen, så er det ved terminalen, at antinoden (altid det maksimale sving) af spændingen og noden (altid nul) af strømmen opnås, og ved jordingspunktet - strømmens antinode og spændingens node. Modtageren har et lignende design som senderen, med den eneste forskel, at dens hovedspole er multi-turn, og den korte i bunden er en sekundær.

Ved at optimere modtagerkredsløbet kom Tesla til den konklusion, at for dens mest effektive drift skal spændingen fra sekundærviklingen korrigeres. Til dette udviklede videnskabsmanden en mekanisk ensretter, som gør det muligt ikke kun at korrigere spændingen, men også at overføre energi til belastningen kun i de øjeblikke, hvor spændingen i den sekundære vikling af det modtagende kredsløb er tæt på amplitudeværdien.