Страница 10 из 144
«Когда я произнес эти вдохновенные слова, – утверждал Тесла, – «внезапно мне открылась правда. На песке я палкой набросал схемы, показанные шесть лет спустя во время доклада перед Американским институтом инженеров-электриков… Пигмалион, видя оживающую статую, не мог быть потрясен сильнее. Я бы отдал тысячу тайн природы за одно это открытие, которое мне удалось вырвать у нее с риском для жизни».
Тесла подчеркнул, что его концепция включала новые принципы, а не являлась усовершенствованием предыдущих работ.
Переменный ток стал широко известен как вращающееся магнитное поле. Проще говоря, Тесла использовал для передачи энергии две электрические цепи вместо привычной одной и таким образом создал двойной поток электричества, расходящийся по фазе на девяносто градусов. В итоге принимающий магнит или якорь мотора при помощи индукции вращались в пространстве и постоянно привлекали устойчивый поток электронов независимо от того, каким был заряд: положительным или отрицательным. Тесла также разработал механизмы для объяснения этого явления.
Тесла обращался к своей диаграмме (или очень похожей на нее) в лекции перед Американским обществом инженеров-электриков в 1888 году. На рисунке изображен один и тот же механизм на разных стадиях вращения. Две независимые обмотки расположены крест-накрест. Токи в обмотках на девяносто градусов сдвинуты по фазе, В первой позиции якорь мотора (на рисунке обозначен стрелкой) обращен на север (обмотка север/юг, идущая от правого нижнего края к верхнему левому). Вторая обмотка (лево низ/ право верх) находится в стадии смены полярности, так что магнитное поле отсутствует и ни один полюс не заряжен. Если на долю секунды позже, в то время, когда ток продолжает меняться, обратить внимание на правый угол второй позиции, мы заметим, что заряд начинает появляться и во второй обмотке (идущей от нижнего левого края к правому верхнему). В этот момент в первой обмотке заряд начинает спадать, но пока сохраняет ту же полярность. Так как теперь мы имеем два «северных полюса», якорь мотора поворачивается, чтобы оказаться между ними. В третьей позиции обмотка «право низ лево верх» нейтрализуется, собираясь менять полярность, в то время как обмотка «лево низ право верх» только что обретенную полярность поддерживает. Таким образом, якорь продолжает вращение к самой северной точке и так далее.
«Менее чем за два месяца я создал практически все виды моторов и все модификации системы, которые теперь ассоциируются с моим именем, – писал Тесла. – Это было состояние счастья такого полного, какого я больше не знал в жизни. Мысли шли нескончаемым потоком, и единственной трудностью было успеть их зафиксировать». Тогда Тесла изобрел не только однофазные моторы со сдвигом по фазе в девяносто градусов, но и многофазные, которые использовали три или более цепей одной и той же частоты с разницей в определенное количество градусов. В голове ученого постоянно вращались различные схемы моторов, просчитывались варианты улучшения и дополнения системы, и, наконец, в записную книжку переносились планы и математические расчеты. Такая пошаговая процедура стала обязательной.
Ференц Пушкас, у которого первоначально работал Тесла, спросил, не хочет ли тот помочь его брату Тивадару управлять новой электрической компанией Эдисона в Париже. Тесла ответил: «Я с радостью принимаю это предложение». Жигети также предложили должность, и Тесла был доволен, что сможет разделить с лучшим другом новую радость.
Был ли Тесла первым, кто придумал вращающееся магнитное поле? Нет. Еще в 1824 году французский астроном Франсуа Араго экспериментировал с вращением стрелки магнита при помощи медного диска.
Первое вращающееся магнитное поле, похожее на открытое Тесла в 1882 году, было создано тремя годами ранее мистером Уолтером Бэйли, который продемонстрировал принцип его действия перед Лондонским физическим обществом 28 июня 1879 года, в докладе под названием «Способ создания вращений Араго». Изобретение состояло из двух батарей, присоединенных к двум парам электромагнитов, крепящихся друг к другу в форме буквы X, а переключателем служил коллектор. Вращающееся магнитное поле создавалось и поддерживалось ручным переключением коллектора. По этому случаю Бэйли заметил: «Диск можно заставить вращаться посредством перемежающегося вращения поля, создаваемого электромагнитами».
Два года спустя, на Парижской выставке 1881 года, появилось изобретение Марселя Депре, который рассчитал, что «вращающееся магнитное поле можно создавать без помощи коллектора, заряжая электромагниты двумя несинхронизированными потоками переменного тока». Однако творение Депре, завоевавшее награду на электрической выставке, имело существенный недостаток: один из потоков «создавался самой машиной». Поэтому изобретение так и не было показано в действии.
Другими изобретателями, которые также создавали вращающееся магнитное поле, аналогичное полю Тесла, созданному в начале 1882 года, были профессор Галилео Феррарис из Турина, Италия (1885–1888) и американский инженер Чарльз Брэдли (1887). На Феррариса оказала влияние работа Люсьена Голара и Джорджа Гиббса, которые в середине 1880-х годов разработали трансформаторы переменного тока. В 1883 году они представили свою систему в Королевском аквариуме Лондона, а в 1885 году установили систему распределения энергии в Италии, где и – встретились с Феррарисом. Это изобретение, купленное Джорджем Вестингаузом за 50 000 фунтов, на следующий год было установлено в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс, Уильямом Стэнли, главным инженером Вестингауза. Однако изобретение Голара-Гиббса по-прежнему было снабжено коллектором, от которого Тесла сумел отказаться.
В опубликованном труде Феррариса, посвященном независимому открытию вращающегося магнитного поля, он писал: «Этот принцип не может обладать такой же коммерческой ценностью, как мотор». После открытия Тесла Феррарис заявил: «Разработки Тесла намного глубже моих».
8 мая 1887 года Брэдли получил патент на многофазное устройство переменного тока (№ 390 439). Тесла к тому времени уже были выданы девять патентов. В том же году Газельвандер на место коллектора в устройстве постоянного тока Томсона-Хьюстона поместил скользящие кольца и также применил двух– и трехфазные обмотки в устройствах постоянного тока.
Вопрос «очередности» в отношении изобретения Тесла обсуждался Сильванусом П. Томсоном, лондонским профессором физики, в вышедшей в 1897 году статье о моторах переменного тока. Томпсон (почти однофамилец Элайхью Томсона) в то время был, «возможно, одним из самых лучших авторов, писавших о проблеме электричества». Он заявил, что открытие Тесла было совершенно не похоже на открытия его предшественников и современников – был «создан новый метод электрической передачи энергии (выделено курсивом. – Прим. авт.)».
Остается нерешенным вопрос, знал ли Тесла о работе Бэйли. Вполне возможно, что он читал его труды, хотя никто в то время, включая самого Бэйли, не осознавал важности исследования и не понимал, как применить это открытие на практике. В начале 1890-х годов Тесла сказал: «Я сознаю, что уже не ново вращать мотор, периодически изменяя полюса одного из элементов… В таких случаях я использую настоящий переменный ток, и мое изобретение состоит в открытии модели или метода использования такого тока».
Несколькими годами ранее в деле об очередности выдачи патентов, получившем известность как «многофазная система переменного тока Тесла», судья Таунсенд из окружного суда Коннектикута отметил, что до изобретения Тесла и лекции, прочитанной в Американском институте инженеров-электриков в 1888 году, моторов переменного тока не существовало; более того, ни один из присутствующих на лекции не назвал никаких предшественников. В то время как Бэйли имел дело с «далекими от практики абстракциями, Тесла создал действующий механизм, послуживший толчком к началу революции в этой области». Патенты Тесла также выдержали наступление со стороны отдельных лиц, в том числе Чарльза Брэдли, сеньоров Кабанеллы и Дюмениля, Уильяма Стэнли и Элайхью Томсона.
4
Пер. Б. Пастернака.