Sistem Wayarles Dunia Nikola Tesla

Pada bulan Jun 1899, seorang saintis yang berasal dari Serbia, Nikola Tesla, memulakan kerja eksperimen di makmalnya di Colorado Springs (AS). Matlamat Tesla pada masa itu adalah kajian praktikal tentang kemungkinan menghantar tenaga elektrik melalui persekitaran semula jadi.

Makmal Tesla didirikan di dataran tinggi yang besar, iaitu pada ketinggian dua ribu meter di atas paras laut, dan kawasan ratusan kilometer di sekelilingnya terkenal dengan ribut petir yang agak kerap dengan kilat yang sangat terang.

Tesla berkata bahawa dengan bantuan peranti yang ditala halus dia dapat mengesan sambaran petir yang berlaku pada jarak tujuh atau lapan ratus kilometer dari makmalnya. Kadang-kadang dia akan menunggu hampir sejam untuk bunyi guruh dari nyahcas kilat seterusnya, manakala perantinya dengan tepat menentukan jarak ke tempat pelepasan itu berlaku, serta masa selepas bunyi itu akan sampai ke makmalnya.

Ingin mengkaji getaran elektrik di dunia, saintis memasang pengubah penerima supaya belitan utamanya dibumikan dengan salah satu terminalnya, manakala terminal kedua disambungkan ke terminal udara konduktif, yang ketinggiannya boleh dilaraskan.

Penggulungan sekunder pengubah disambungkan kepada peranti kawal selia kendiri yang sensitif. Ayunan dalam belitan primer menyebabkan denyutan arus muncul dalam belitan sekunder, yang seterusnya mengendalikan perakam.

Pada suatu hari, Tesla memerhatikan sambaran petir daripada ribut petir yang mengamuk dalam radius kurang daripada 50 kilometer dari makmalnya, dan kemudian dengan bantuan perantinya, dia berjaya merekodkan kira-kira 12,000 pelepasan kilat dalam masa dua jam sahaja!

Semasa pemerhatian, saintis itu pada mulanya terkejut bahawa sambaran petir lebih jauh dari makmalnya sering memberi kesan yang lebih kuat pada peranti rakamannya daripada yang menyambar lebih dekat. Tesla dengan tegas menegaskan bahawa perbezaan dalam kekuatan nyahcas bukanlah punca perbezaan. Tetapi bagaimana kemudian?

Pada 3 Julai, Tesla membuat penemuannya. Memerhatikan ribut petir pada hari itu, saintis itu menyatakan bahawa awan ribut yang bergegas dengan kelajuan tinggi dari makmalnya menghasilkan kilat yang hampir tetap (berulang pada selang masa yang hampir tetap). Dia mula menonton perakam pitanya.

Apabila ribut petir bergerak menjauhi makmal, denyutan arus dalam transformer penerima pada mulanya lemah, tetapi kemudian meningkat semula, puncak datang, kemudian berlalu dan digantikan dengan penurunan intensiti, tetapi kemudian puncak datang lagi, kemudian penurunan lagi. .

Dia memerhatikan corak yang berbeza ini walaupun ketika ribut petir telah bergerak kira-kira 300 kilometer dari makmalnya, keamatan gangguan yang terhasil kekal agak ketara.

Saintis itu tidak ragu-ragu bahawa ini adalah gelombang yang merebak dari tempat-tempat di mana kilat menyambar ke tanah, seolah-olah sepanjang wayar biasa, dan dia memerhatikan puncak dan palung mereka pada saat-saat ketika tempat gegelung penerima melanda mereka.

Tesla kemudiannya merancang untuk membina peranti yang akan menghasilkan gelombang serupa. Ia mestilah litar dengan kearuhan yang sangat tinggi dan rintangan sesedikit mungkin.

Pemancar jenis ini boleh menghantar tenaga (dan maklumat), tetapi pada dasarnya tidak dengan cara yang sama seperti yang dilaksanakan dalam peranti Hertz, iaitu, bukan melalui radiasi elektromagnetik… Ini sepatutnya gelombang berdiri yang merambat di sepanjang bumi sebagai konduktor dan melalui atmosfera konduktif elektrik.

Seperti yang difikirkan oleh saintis, kekerapan dalam sistem pemindahan tenaganya mesti dikurangkan sehingga ke tahap untuk meminimumkan pelepasan (!) tenaga dalam bentuk gelombang elektromagnet.

Kemudian, jika syarat untuk resonans dipenuhi, litar akan dapat mengumpul tenaga elektrik banyak denyutan primer seperti bandul. Dan kesan pada penerimaan stesen yang ditala kepada resonans ialah ayunan harmonik, keamatan yang pada dasarnya boleh melebihi magnitud fenomena elektrik semula jadi yang Tesla perhatikan semasa ribut petir di Colorado.

Dengan penghantaran sedemikian, saintis mengandaikan bahawa dia akan menggunakan sifat pengaliran medium semula jadi, berbanding kaedah Hertz dengan sinaran, di mana banyak tenaga hanya dihamburkan dan hanya sebahagian kecil daripada tenaga yang dihantar sampai ke penerima.

Jika anda menyegerakkan penerima Tesla dengan pemancarnya, maka tenaga boleh diperolehi dengan kecekapan sehingga 99.5% (Nikola Tesla, artikel, ms 356), seolah-olah dengan memindahkan arus melalui wayar rintangan rendah, walaupun dalam amalan pemindahan kuasa diperoleh secara wayarles. Bumi bertindak sebagai satu-satunya konduktor dalam sistem sedemikian. Teknologi itu, Tesla percaya, memungkinkan untuk membina sistem di seluruh dunia untuk penghantaran tanpa wayar tenaga elektrik.

Analogi yang diberikan Tesla membezakan sistemnya dengan sistem Hertzian dari segi kecekapan penghantaran tenaga (atau maklumat) adalah ini.

Bayangkan planet Bumi adalah bola getah yang dipenuhi air. Pemancar ialah pam salingan yang beroperasi pada satu titik di permukaan bola — air diambil dari bola dan dikembalikan kepadanya pada frekuensi tertentu, tetapi tempoh tersebut mestilah cukup lama untuk bola secara keseluruhan mengembang dan mengecut pada kekerapan itu.

Kemudian sensor tekanan pada permukaan bola (penerima) akan dimaklumkan tentang pergerakan, tidak kira sejauh mana ia berada dari pam, dan dengan keamatan yang sama.Jika frekuensi lebih tinggi sedikit, tetapi tidak terlalu tinggi, maka ayunan akan memantul dari sisi bertentangan bola dan membentuk nod dan antinod, manakala jika kerja dilakukan di salah satu penerima, maka tenaga akan digunakan, tetapi ia penghantaran akan terbukti sangat menjimatkan…

Dalam sistem Hertzian, jika kita meneruskan analogi, pam berputar pada frekuensi yang sangat besar, dan bukaan di mana air dimasukkan dan dikembalikan adalah sangat kecil. Sebahagian besar tenaga dibelanjakan dalam bentuk gelombang haba inframerah, dan sebahagian kecil tenaga dipindahkan ke bola, jadi penerima boleh melakukan sedikit kerja.

Dalam amalan, Tesla bercadang untuk mencapai keadaan resonan dalam sistem wayarles dunia seperti berikut. Pemancar dan penerima adalah gegelung berbilang pusingan yang dibumikan secara menegak dengan kekonduksian permukaan yang tinggi pada terminal yang dipasang pada petunjuk atasnya.

Pemancar dikuasakan oleh belitan primer, yang mengandungi lilitan yang jauh lebih sedikit daripada lilitan sekunder, dan berada dalam sambungan induktif yang kuat ke bahagian bawah gegelung sekunder berbilang pusingan yang dibumikan.

Arus ulang alik dalam belitan primer diperolehi dengan bantuan kapasitor. Kapasitor dicas oleh sumber dan dilepaskan melalui belitan utama pemancar. Kekerapan ayunan litar berayun primer yang terbentuk dibuat sama dengan kekerapan ayunan bebas litar sekunder, dan panjang wayar belitan sekunder dari tanah ke terminal dibuat sama dengan satu perempat daripada panjang gelombang ayunan yang dirambat sepanjangnya.

Dengan syarat bahawa hampir semua kapasiti elektrik sendiri litar sekunder jatuh pada terminal, maka di terminal itulah antinod (sentiasa ayunan maksimum) voltan dan nod (sentiasa sifar) arus diperolehi, dan pada titik pembumian - antinod arus dan nod voltan. Penerima mempunyai reka bentuk yang serupa dengan pemancar, dengan satu-satunya perbezaan bahawa gegelung utamanya adalah berbilang pusingan, dan yang pendek di bahagian bawah ialah a menengah.

Mengoptimumkan litar penerima, Tesla membuat kesimpulan bahawa untuk operasinya yang paling cekap voltan dari belitan sekunder mesti diperbetulkan. Untuk ini, saintis membangunkan penerus mekanikal, yang membolehkan bukan sahaja membetulkan voltan, tetapi juga untuk memindahkan tenaga ke beban hanya pada saat-saat apabila voltan penggulungan sekunder litar penerima hampir dengan nilai amplitud.