Помоги проекту - поделись книгой:
В ту эпоху Тесла пережил один из своих кризисов, во время которых сильные шумы и свет вызывали у него особые психосоматические явления, уже описанные нами ранее. Врачи смотрели на него озадаченно, и помощи от них было немного. Только участие доброго друга помогло ему восстановить здоровье. Коллега Теслы, механик Анитал Сигеты, увлекавшийся спортом, смог заставить его тоже заняться физическими упражнениями. Именно тогда в феврале 1882 года, во время оздоровительной прогулки по Варошлигету в сопровождении Анитала, Тесла в уме разрешил проблему двигателя переменного тока с помощью вращающегося магнитного поля.
Никола в течение нескольких беспокойных лет вынашивал эту идею, совершенствуя ее до тех пор, пока она не обрела достаточную ясность для представления ее публике и получения патента. В то же время он продолжал работать в Будапеште, а в свободные часы разрабатывал разные виды двигателей и механизмов на переменном токе. Тесла хотел сам создать интегральную систему для распределения и превращения электричества в механическую энергию. Постоянному току нужны были генераторы через каждые несколько километров, что делало их чрезвычайно дорогими. Система Теслы позволила бы получить более высокое напряжение, а также привести электричество в любую точку планеты. Это было окно в новый мир, но у него не существовало ни малейшей надежды на финансовую поддержку для создания прототипов.
Тесла и Сигеты устроились работать в Континентальную компанию Эдисона, в европейский филиал предприятия, основанного великим американским изобретателем, который только что открыл отделение в Париже. Оба друга с большой радостью перебрались в одну из самых космополитичных столиц планеты, в этот вечно бурлящий город. Тесла был уверен, что смог убедить руководителей компании в неоспоримом преимуществе использования переменного тока. Однако вскоре он понял, что Эдисон был против идеи переменного тока. Тем не менее Тесле пришлось на какое-то время ограничить свои амбиции и заниматься предложенной работой.
В эти годы Никола Тесла трудился под начальством английского инженера Чарльза Бэчлора, близкого друга Эдисона и одного из его ранних сотрудников в лаборатории, открытой несколько лет назад в Ньюарке, Нью-Джерси. Вместе с Бэчлором Тесла работал над значительными проектами, например над системой освещения в Парижской опере, и превратился в доверенного сотрудника, разрешавшего все чрезвычайные ситуации на разных объектах, которыми занимались французские и немецкие отделения компании. В это же время Тесла воспользовался материалами, находившимися в его распоряжении, и сделал первый прототип своего двигателя. Ободренный успехом, он представил план улучшений динамо-машин Эдисона, и данный план был принят. Тесла ожидал заслуженного вознаграждения, но вместо этого его отправили в Страсбург с деликатной миссией. Там во время запуска электростанции, которая должна была служить для освещения немецкой железной дороги, из-за короткого замыкания произошел взрыв и обрушился кусок стены, все это — в присутствии престарелого императора Вильгельма I. Немецкое правительство отзывало заказ, и компания терпела огромные убытки. Как указывается во всех биографиях Теслы, руководство пообещало ему значительное вознаграждение за усовершенствование динамо-машин той станции.
Тесла решил все технические проблемы и, кроме того, благодаря своему беглому немецкому языку получил поддержку местного мэра для поиска инвесторов, заинтересованных в его двигателе. Богатые местные предприниматели присутствовали на демонстрации, но не поняли всех возможностей изобретения. Все, что получил Тесла, — несколько бутылок прекрасного вина. Однако он подумал, что, возможно, у него самого получится собрать необходимые средства для проекта, так как в Париже изобретатель ждал обещанного вознаграждения.
После его возвращения руководство всячески уходило от разговора о вознаграждении до тех пор, пока Тесла не понял, что его обманули и он не получит решительно ничего. Тогда Никола подал в отставку. Чарльз Бэчлор, с первого момента осознавший его гениальность, посоветовал ему поискать счастья в Америке и даже приготовил ему рекомендательное письмо. Для Николы Теслы это был драматичный момент, но наступил он вполне вовремя. Тесла продал все, что у него было, заказал билеты на деньги, взятые в долг у родственников, и собрал чемоданы.
Как и многие обстоятельства в его жизни, это путешествие Теслы к будущему было наполнено странными и неожиданными событиями. Джон О’Нилл в книге Prodigal genius пишет, что на вокзале, за несколько секунд до отправления, у него украли багаж вместе с билетом на поезд и на трансатлантический рейс. Ввиду возможной перспективы не успеть на пересадку Тесла бросился на поезд с тем, что у него было. К счастью, сумма, которую он смог набрать у себя в карманах, оказалась достаточной для оплаты билета на поезд. Так Тесла добрался до порта, и там ему даже удалось отплыть к американским землям. Изобретателю разрешили сесть на корабль, так как он объяснил ситуацию и показал документы, а на момент отплытия никто не занял его место. Длительное плавание оказалось для него неудобным, учитывая, что у Теслы совсем не было сменной одежды. Кроме того, посередине Атлантики на корабле поднялся бунт, и его чуть не выкинули за борт.
В возрасте 28 лет, 6 июня 1884 года, Никола Тесла сошел с корабля «Сатурния» и направился по скользкому и грязному пирсу в сторону иммиграционной службы Кастл Гарден. Он был на Манхэттене. За два года до того, как Франция подарила США величественную статую, выполненную скульптором Бартольди и инженером Эйфелем, названную «Свобода, освещающая мир», молодой Никола приехал из Парижа, пострадав как раз во Франции от мошенничества и кражи. У него было с собой несколько монет, стихи, научные статьи и несколько листов с расчетами и схемами летательного аппарата. На следующий день он уже пожимал руку гениальному изобретателю Томасу Альве Эдисону, не подозревая, что совсем скоро этот человек, которым он так восхищался, превратится в его врага.
ГЛАВА 2
Война токов
В годы, когда электричество превращалось в главный источник энергии для городов и промышленности, его истинный потенциал так и оставался предметом споров. Применение постоянного тока для питания больших электросетей быстро обнаружило его недостатки, но данную идею защищал всемогущий Эдисон. Единственной альтернативой был переменный ток, однако об этом говорил никому не известный европейский эмигрант Никола Тесла.
Война Эдисона против использования переменного тока вошла в историю как «война токов».
На следующий день после прибытия в США, 7 июня 1884 года, Никола Тесла ступил на порог одной из первых электростанций в истории. Электростанция компании «Эдисон электрик лайт» располагалась в зданиях с номерами 255-257 по узкой улице Перл-Стрит нижнего Манхэттена и снабжала энергией Уолл-Стрит и Ист-Ривер, где проживали богатейшие семьи Нью-Йорка. В начале того беспокойного лета компания провела свет на фабрики и в театры, однако используемое при этом оборудование становилось головной болью для всех, так как постоянно случались самые разные аварии. Особенно частыми были короткие замыкания. Иногда происходили пожары, как например, пожар в особняке Вандербильтов, которые в своем доме немедленно отказались от нового вида энергии, несмотря на то что были одними из первых его ценителей. Инженеры и бригады рабочих ездили туда-сюда по Пятой Авеню и постоянно чинили новые поломки. К 35 годам Томас Альва Эдисон преждевременно постарел, поседев и сгорбившись. Когда высокий, стройный темноволосый молодой человек по имени Никола Тесла, которого ему представили в Париже, вошел в его кабинет, Эдисон только что повесил трубку после разговора с владельцем «Орегона» — самого быстроходного в мире пассажирского судна и первого в истории с электрическим освещением. Динамо-машины «Орегона» пострадали после серьезной аварии, и судно долгое время стояло на якоре. Стремясь хоть как-то смягчить гнев судовладельца, Эдисон пообещал немедленно направить к нему кого-нибудь из инженеров — которых у него на тот момент не было. А этот внезапно появившийся молодой человек из Европы говорил на очень правильном английском с британским акцентом и, кроме того, очень громко. Возможно, ему объяснили, что Эдисон не слышит на одно ухо. Тесла показал рекомендательное письмо от Чарльза Бэчлора. Эдисон пробежал его глазами и, бросив недоверчивый взгляд на Теслу, сказал: «Это я и называю рекомендательным письмом. Что Вы умеете делать?»
Тесла был уверен, что взаимопонимание на интеллектуальном уровне возникло у него с Эдисоном, божеством во плоти, в одно мгновение. Он рассказал о своей работе для компании во Франции и Германии и перешел к объяснениям о вращающемся магнитном поле и индукционном двигателе, работающем на переменном токе. И тут собеседник перебил его с неприязнью: Штаты выбрали постоянный ток, и по его мнению, использование переменного тока — опасная глупость. Но несмотря на это расхождение во взглядах Эдисон нанял Теслу сразу же для того, чтобы починить «Орегон». Они скрепили договор коротким и крепким рукопожатием.
Через несколько часов Тесла поднимался на борт судна, нагруженный инструментами, все еще храня в кармане письмо Бэчлора. Он берег его в течение всей жизни, как если бы оно было первым с трудом заработанным долларом. Чарльз Бэчлор писал в нем: «Могу заверить Вас, что знаком с двумя великими людьми. Вы один из них, а второй — этот молодой человек, податель моего письма».
Американские магнаты быстро догадались, какие колоссальные выгоды сулит девственный рынок электричества, где главной приманкой была его новизна. Весь мир ждал электроэнергии; но немногие могли управляться с нею. В США такими умельцами, возможно, были лишь Эдисон, Джозеф Генри и Элиу Томсон (1853-1937), основатель одной из первых в стране электрических компаний «Томсон-Хьюстон Электрик». В создавшейся ситуации предпринимателям приходилось не раздумывая полагаться на ученых, получивших известность за границей и приезжавших искать счастья в Новый Свет. В этот жесткий, но в то же время райский и полный возможностей мир Никола Тесла пришел с твердым желанием добиться успеха. Не прошло и 48 часов с момента его приезда в Нью-Йорк, как он уже починил динамо-машины «Орегона» всего за одну ночь работы с помощью только лишь команды судна.
Эдисон был впечатлен таким успехом и предоставил ему место в штате с карт-бланшем на исследования в свободное от работы время. Сама работа заключалась в устранении поломок и разрешении сложных ситуаций. В тот период Тесла соревновался со своим кумиром, чтобы проверить, кто может выдержать больше времени без сна. Он начал изучать возможности улучшения динамо-машин на Перл-Стрит и, наконец, представил проект с более эффективной и экономичной схемой. Эдисон понял, что такой проект полностью оправдает себя, и обещал заплатить Тесле 50000 долларов, если дело закончится успехом. Тесла на месяцы погрузился в разработку технологии с использованием постоянного тока, в которую не верил. Уже в 1885 году он полностью переделал схему 24 генераторов станции, внеся значительные изменения, включая устройства автоматического контроля, которые запатентовала компания Эдисона. Закончив работу, он пришел за вознаграждением. Как рассказывал сам Тесла, Эдисон усмехнулся и сказал ему: «Вы не понимаете американского юмора». Почувствовав себя оскорбленным, Тесла уволился. Руководство попыталось удержать его, предложив ему повышение заработной платы на 10 долларов, но молодой ученый отказался. Тогда его зарплата равнялась 18 долларам в неделю. По официальной версии компании, Тесла предложил свои патенты на устройства, основанные на переменном токе, за 50 000 долларов, а Эдисон, естественно, принял это за шутку.
Возможно, Тесле было нетрудно оставаться твердым в защите своего достоинства, так как несколько инвесторов предложили ему основать собственное общество. Они не были заинтересованы напрямую в переменном токе, их внимание привлекала возможность разработки более совершенной модели дуговой лампы (см. рисунок 1), которая могла бы удовлетворить растущий спрос на уличное и промышленное освещение.
В марте 1885 года неподалеку от Менло-Парка, в Рауэйе, открыла свои двери «Тесла Электрик Лайт Кампани». Тесла сразу взялся за дело и благодаря целому ряду небольших усовершенствований, которые довольно трудно описать полностью в нашей книге, создал единственную в своем роде дуговую лампу — более простую, эффективную и надежную, чем существовавшие на тот момент. К этому патенту добавились и другие, также связанные с усовершенствованиями системы освещения. Первым патентом на имя Теслы стал патент 334 823, выданный 26 января 1886 года на коммутатор электрических динамо-машин для использования их с дуговыми лампами. Речь идет об устройстве, позволяющем избежать образования искр в коммутаторе электрических аппаратов, таких как динамо-машины Грамма, которые изобретатель изучал в Граце.
Несмотря на то что в это предприятие Тесла вложил все свои старания, ничего хорошего у него не получилось. Со свойственным отсутствием практической сметки он договорился, что его заработная плата будет состоять из акций компании. Как только он закончил работы, то оказался выведен из состава руководства компании, его оставили в качестве одного из обычных акционеров. Так как предприятие было совсем молодым, а страна переживала экономический кризис, его акции практически обесценились. Очень скоро стало очевидно, что данная ситуация явилась новым поражением для Теслы, еще более тяжелым, чем предыдущее, потому что на этот раз он не мог уйти с гордо поднятой головой. Этот движимый идеалами европеец слишком поздно начал понимать, что хитрость и беспринципность являются неотъемлемой частью безжалостного делового мира.
Экономический спад перешел в затяжную депрессию. В 1886 году Тесла пережил один из самых мрачных периодов своей жизни. Он не мог найти работу инженера, ему пришлось устраиваться в бригаду рабочих и копать канавы на улицах Нью-Йорка за два доллара в день, при этом и на такой работе каждый день грозил увольнением. Всего четыре года назад этот гениальный человек придумал вращающееся магнитное поле, показал свои блестящие способности, а теперь ему приходилось задаваться вопросом, для чего нужны его образование и страсть к знаниям. Стараясь воткнуть лопату в замерзшую землю, он ненавидел физическую работу и хранил в голове единственную возможность будущего для электричества — использование переменного тока.
В чем разница между постоянным и переменным током? По какой причине постоянный ток можно было назвать тупиковой ветвью использования электричества, а переменный — единственно возможным будущим? Желая понять это, нужно узнать несколько больше об электрическом токе.
Электрическим током называют движение электрических зарядов. Заряженные частицы движутся по пути, который может представлять собой электрический провод, как правило в направлении точки, где должна быть произведена какая-либо работа. Такая схема маршрута с «улицами» и «точками назначения» именуется цепью (см. рисунки 2 и 3).
Величина, которая используется для описания электрического тока, — сила тока; ее название говорит само за себя. Единицы силы тока — амперы. Аналогично, как если бы мы говорили о сообщающихся сосудах, между двумя заряженными телами, обладающими разным зарядом, возникает разность потенциалов, называемая напряжением (см. рисунок 4). Если тела соединены, заряд стремится к уравниванию. Единица напряжения — вольт. Изначально существовало представление о том, что прохождение электрического тока по проводу связано с движением положительных зарядов (протонов) от точки большего потенциала к меньшему. Сегодня известно, что оно связано с движением электронов (отрицательных зарядов). Но по традиции (и привычке) считается, что направление электрического тока идет от положительного к отрицательному полюсу, хотя на самом деле все происходит наоборот (см. рисунки 5 и 6).
Как мы уже говорили, между двумя телами, имеющими разный электрический заряд и соединенными проводником, например металлической проволокой, пойдет ток, но при выравнивании потенциалов он прекратится. Легкость и эффективность перемещения заряженных частиц преимущественно зависит от материала проводника и измеряется с помощью величины под названием электрическое сопротивление. Задача электрических генераторов состоит в том, чтобы создать и поддерживать между двумя точками, соединенными проводниками, разность потенциалов, что даст возможность получить непрерывный электрический ток.
Разница между постоянным и переменным током состоит в направлении движения зарядов. Постоянный ток (DC, от английского direct current) движется в одном направлении, его мгновенные значения постоянны во времени (см. рисунок 7). Как правило, также постоянным током называют ток, который не меняет направление своего движения, хотя прочие его характеристики могут изменяться. Самый известный и привычный способ получения постоянного тока — от электробатарейки.
В свою очередь, переменный ток (ЛС, от английского alternating current) представляет собой ток, величина которого в каждый момент зависит от периодической функции времени; таким образом, поток электронов цикличен. Период движения заряда в одном направлении, а затем в противоположном составляет полный цикл. Скорость, с которой происходит чередование полярности, характеризуется частотой, измеряемой в герцах (Гц), показывающей количество циклов за единицу времени, а именно за секунду. Частота в 60 Гц означает, что токи, проходящие по проводнику, делают 60 полных колебаний (циклов) каждую секунду; таким образом, они 120 раз за секунду меняют направление. Эта частота слишком велика, чтобы человеческий глаз мог уловить колебания при работе, например, лампочки.
Самый частый тип переменного тока — синусоидальный (см. рисунок 8), его получают от генератора переменного тока (альтернатора). Работа такого генератора основывается на смене полярности напряжения генератора в регулярные интервалы и позволяет добиться более эффективной передачи энергии. Переменный ток можно превратить в постоянный с помощью устройства, называемого выпрямитель.
За те месяцы, которые Эдисон и Тесла работали вместе, многие уже заметили недостатки постоянного тока, ограничивающие его использование. Несмотря на гигантские размеры станции на Перл-Стрит, ее мощности позволяли освещать 508 жилых домов и зажигать всего 10164 лампочки. Эдисон очень переживал из-за недостаточной рентабельности станции. Повсеместно используемый газ на деле оказывался значительно более дешевым. В чем же была проблема с Перл-Стрит?
Протекание электрического тока по проводам сопровождается выделением тепла, что приводит к потерям тока. Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889) открыл закон, устанавливающий связь между сопротивлением провода, по которому течет ток, и количеством выделяемого тепла.
Выражаясь фигурально, мы можем сказать, что данное явление происходит потому, что электроны, образующие электрический ток, «сталкиваются» с атомами материала, по которому проходят, и отдают часть своей кинетической энергии, преобразующейся в тепловую энергию. Выделяемое тепло передается непосредственному окружению проводника. На этом явлении основаны все электронагревательные приборы, равно как и лампы накаливания, в том числе созданные Эдисоном.
Однако здесь есть и негативные стороны — именно они сводили с ума Эдисона и его работников на Перл-Стрит. Как уже было сказано, часть энергии теряется при перемещении по проводам к пользователям. Значительная часть тока, вырабатываемого генераторами Эдисона, попросту уходила на нагрев проводов. Чтобы устранить данную проблему, было принято решение увеличить толщину проводников, но это привело к серьезному увеличению их стоимости и веса, возможность прокладки воздушных линий оказалась под угрозой. Для перемещения электричества в виде постоянного тока на далекие расстояния или по городской сети нужно было строить промежуточные станции через каждые несколько километров. Жители соседних домов жаловались на то, что эти станции шумные и некрасивые. К тому же они требовали постоянного обслуживания, так что система уже не казалась удобной и рентабельной. Переменный ток давал возможность решить проблему, но почему?
Согласно закону Ома, сформулированному в 1827 году немецким физиком и математиком Георгом Симоном Омом (1789-1854), силу тока (I) можно выразить формулой
I = U/R,
где U — напряжение. Сопротивление (R) показывает противодействие проводника прохождению электрического тока и измеряется в омах (Ω).
Опыты доказали, что потери тем меньше, чем меньше сила тока. Таким образом, для перемещения электроэнергии на большую дистанцию к точке потребления от точки генерирования или хранения требовалось поддерживать высокое напряжение. Однако высокое напряжение опасно в быту. Нужно было снизить силу тока перед транспортировкой, а затем увеличить ее в точке назначения. Но как это можно реализовать?
С помощью прибора, называемого трансформатор. При заданной мощности увеличение напряжения ведет к уменьшению силы тока и наоборот. При этом постоянный ток не позволял с легкостью использовать трансформатор. Для увеличения напряжения можно было подключить несколько динамо-машин, но такая система была очень медленной, малопрактичной и дорогой. Напротив, переменный ток позволял с легкостью увеличивать и уменьшать напряжение при помощи трансформатора, принцип действия которого основывался на электромагнитной индукции.
Невзирая на советы своих инженеров, которые все больше беспокоились о состоянии системы, Эдисон упрямо игнорировал тот факт, что при постоянном токе происходили значительные потери, а снабжение электричеством больших районов представлялось невозможным. Он вкладывал огромные суммы денег в свою систему и был уверен, что его лампочки по-другому просто не будут работать. Каждый, кто покушался на кусок электрического пирога, сразу же начинал сталкиваться с Эдисоном, уверенным, что еще не скоро появится человек, способный его сокрушить. Так довольно быстро один из его потенциальных врагов и конкурентов, иностранец Никола Тесла, оказался буквально втоптанным в грязь.
В конце 1886 года Никола Тесла работал в мастерской без особых надежд на будущее. Через своего начальника, которому он также рассказывал об индукционном двигателе, изобретатель познакомился с двумя потенциальными инвесторами, которые знали о перспективах переменного тока: директором телеграфного бюро «Вестерн Юнион» Альфредом С. Брауном и нью- йоркским адвокатом Альфредом Ф. Пеком. Оба находили идеи Теслы любопытными, но также испытывали и сомнения, в частности не могли понять смысла и возможностей вращающегося магнитного поля.
Как записано в воспоминаниях и многих биографиях Теслы, ему пришло в голову напомнить им историю о «колумбовом яйце». По рассказу Джироламо Бенцони в «Истории Нового Света»(1565), однажды за ужином, после возвращения Христофора Колумба из Америки, многие из присутствующих начали намекать, что кто угодно мог бы открыть Новый Свет и заслуга Колумба состоит лишь в упорстве, с которым он плыл на запад. Тогда Колумб попросил, чтобы ему принесли яйцо, и предложил присутствующим попытаться поставить его на стол вертикально. Как ни пытались гости, ни у кого ничего не получилось, и они стали говорить, что это невозможно. Тогда Колумб взял яйцо, уверенным ударом приплюснул его, не разбив, и поставил на стол. Все с изумлением увидели, что яйцо стоит вертикально. Колумб сказал тогда, что смог достичь того, что казалось невозможным, потому что знал, как это нужно делать, и точно так же он открыл дорогу к новым землям. Тесла тоже предложил Брауну и Пеку, выражаясь фигурально, поставить яйцо вертикально, и они с большим любопытством согласились.
Сербский изобретатель сделал необычное устройство, состоявшее из металлического тазика, подсоединенного к генератору. Под удивленным взглядом будущих инвесторов он положил медное яйцо в тазик и запустил устройство. Яйцо начало вращаться на боку. Оно вращалось все быстрее и быстрее и, достигнув головокружительной скорости, встало вертикально и продолжило вращение, не падая. Тесла объяснил, что яйцо «поддерживает» вращающееся магнитное поле.
В апреле 1887 года новое предприятие «Тесла Электрик Компани», основанное вместе с Пеком и Брауном, открыло двери лаборатории на Либерти-Стрит, 89. Наконец Тесле представилась возможность применить на практике идеи, кипевшие в его голове в течение стольких лет. Шлюзы, сдерживавшие его энергию, раскрылись, и он с колоссальной отдачей погрузился в работу. Довольно скоро изобретатель полностью запатентовал свою многофазную систему переменного тока, включавшую схемы генераторов, двигателей, трансформаторов и автоматического контроля, полную распределительную цепь.
Теперь его конкурентом был не только Эдисон. По всей стране функционировало множество электростанций с наполовину разработанными цепями и другими установками; велась деятельность по созданию альтернаторов и трансформаторов и поиски подходящих проводов для домашнего использования. Но целью всех заинтересованных лиц был эффективный двигатель переменного тока. Когда двигатель Теслы предстал перед публикой, он оказался настолько простым, что там даже нечему было ломаться, — все выглядело очевидным. Предприятие изобретателя не оставляло в покое патентное бюро, его имя быстро стало известным на Уолл-Стрит, среди предпринимателей и ученых. Многие уже тогда поняли важность его идей.
Поделиться книгой: