Башня Ворденклиф
Башня Ворденклиф (англ. Wardenclyffe Tower , 1901–1917, также известная как Башня Теслы) — первая беспроводная телекоммуникационная башня, созданная Николой Теслой и предназначавшаяся для коммерческой трансатлантической телефонии, радиовещания, и демонстрации беспроводной передачи электроэнергии. [1] [2] Строительство основной установки не было завершено из-за финансовых проблем и никогда не работало. [3]
Башня была названа в честь Джеймса С. Вордена (James S. Warden), западного юриста и банкира, который приобрел землю для строительства башни в Шорехам, Лонг-Айленд, около 60 миль от Манхэттен. Здесь он построил курорт, известный как Ворденклифф-на-проливе (Wardenclyffe-On-Sound). Ворден считал, что строительство «всемирной системы» Теслы приведет к росту «Радио-города». Он предложил Тесле 200 акров (81 гектар) земли рядом с железной дорогой, на которой тот смог бы построить свою беспроводную телекоммуникационную башню и разместить лабораторию.
История
Никола Тесла начал планировать башню Ворденклифф в 1898 году, а в 1901 году началось строительство около пролива Лонг-Айленд. Архитектор Стэнфорд Уайт построил основное здание лаборатории. Сама башня была построена У.Д. Кроу, партнером Уайта. Финансирование строительства предоставили влиятельные промышленники и другие венчурные капиталисты. Проект поддержал богач Дж.П. Морган, инвестировавший $150.000 в лабораторию (более $3 млн в ценах 2009 года). [4]
В июне 1902 года Тесла перенес свою лабораторию с улицы Хьюстон, Манхэттен, в Ворденклиф. Однако в 1903 году, когда башня была почти закончена, она все еще не функционировала из-за последних доводок конструкции. В дополнение к коммерческой беспроводным телекоммуникациям Тесла намеревался продемонстрировать передачу электроэнергии без проводов. Поскольку это могло обрушить рынок и предоставить всем желающим бесплатную электроэнергию, Дж.П. Морган, акционер первой в мире Ниагарской ГЭС и медных заводов, решил отказаться от дальнейшего финансирования. Издержки строительства превзошли бюджет, предоставленный Дж.П. Морганом, а другие финансисты неохотно предоставляли деньги (другим основным финансистом Николы Тесла был Джон Джекоб Астор). К июлю 1904 года Дж.П. Морган с другими инвесторами окончательно решили отказаться от дальнейшего финансирования. Дж.П. Морган также предостерег других инвесторов от продолжения проекта. В мае 1905 года патенты Теслы на двигатели переменного тока и другие методы передачи электроэнергии истекли, что привело к прекращению платежей гонораров и вызвало серьёзное сокращение финансирования строительства башни Ворденклиф.
Оборудование
Всемирная беспроводная система
Конструкция передающей катушки Теслы
U.S. Patent 1 119 732
Ранние эксперименты известного сербского изобретателя Николы Теслы касались распространения обычных радиоволн, то есть «волн Герца», электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве.
В 1919 году Никола Тесла писал: «Считается, что я начал работу над беспроводной передачей в 1893 году, но на самом деле два предыдущих года я проводил исследования и конструировал аппаратуру. Для меня было ясно с самого начала, что успех можно достичь благодаря ряду радикальных решений. Высокочастотные генераторы и электрические осцилляторы должны были быть созданы в первую очередь. Их энергию необходимо было преобразовать в эффективных передатчиках и принять на расстоянии надлежащими приемниками. Такая система была бы эффективна в случае исключения любого постороннего вмешательства и обеспечения ее полной эксклюзивности. Со временем, однако, я осознал, что для эффективной работы устройств такого рода они должны разрабатываться с учетом физических свойств нашей планеты».
Одним из условий создания всемирной беспроводной системы является строительство резонансных приемников. Заземленный винтовой резонатор катушки Теслы и расположенный на возвышении терминал могут быть использованы в качестве таковых. Тесла лично неоднократно демонстрировал беспроводную передачу электрической энергии от передающей к приемной катушке Теслы. Это стало частью его беспроводной системы передачи (патент США № 1119732, Аппарат для передачи электрической энергии, 18 января 1902 г.). Тесла предложил установить более тридцати приемо-передающих станций по всему миру. В этой системе приемная катушка действует как понижающий трансформатор с высоким выходным током. Параметры передающей катушки тождественны приемной.
Целью мировой беспроводной системы Теслы являлось совмещение передачи энергии с радиовещанием и направленной беспроводной связью, которое бы позволило избавиться от многочисленных высоковольтных линий электропередачи и содействие объединению электрических генерирующих в глобальном масштабе.
Соответствующие патенты
- «Means for Generating Electric Currents,» U.S. Patent 514 168 , 6 февраля 1894
- «Electrical Transformer,» U.S. Patent 593 138 , 2 ноября 1897
- «Method Of Utilizing Radiant Energy,» U.S. Patent 685 958 5 ноября 1901
- «Method of Signaling,» U.S. Patent 723 188 , 17 марта 1903
- «System of Signaling,» U.S. Patent 725 605 , 14 апреля 1903
- «Art of Transmitting Electrical Energy Through the Natural Mediums,» U.S. Patent 787 412 , 18 апреля 1905
- «Apparatus for Transmitting Electrical Energy,» January 18, 1902, U.S. Patent 1 119 732 , 1 декабря 1914
См. также: Список патентов Теслы
- Hansell, U.S. Patent 2 389 432 , Communication system by pulses through the Earth.
- Leydorf, G. F., U.S. Patent 3 278 937 , «Antenna near field coupling system». 1966.
Примечания
- ↑ Anderson, Leland I., Nikola Tesla On His Work with Alternating Currents and Their Application to wireless Telegraphy, Telephony, and Transmission of Power, 21st Century Books, 2002, pp. 106, 153, 170.; Counsel, «This Wardenclyffe station was that — experimental?» Tesla, «No, it was a commercial undertaking. . . .»
- ↑«The Future of the Wireless Art,» Wireless Telegraphy & Telephony, Van Nostrand, 1908
- ↑ Cheney, Margaret (1999), Tesla Master of Lightning, New York: Barnes & Noble Books, ISBN 0-7607-1005-8, pp. 107.; “Unable to overcome his financial burdens, he was forced to close the laboratory in 1905.”
- ↑Broad, William J.. A Battle to Preserve a Visionary’s Bold Failure, New York Times (May 4, 2009). Проверено 5 мая 2009. «Today, a fight is looming over the ghostly remains of that site, called Wardenclyffe — what Tesla authorities call the only surviving workplace of the eccentric genius who dreamed countless big dreams while pioneering wireless communication and alternating current. The disagreement began recently after the property went up for sale in Shoreham, N.Y.».
Внешние ссылки
- Facility details:Interior view (a) — Interior view (b) — Interior view (c) — Facility front view —Facility side view — Facility large front view — Tower alone
- Facilities assembled; Colorado Springs, Long Island, and Lac Edouard (near Sanford, Quebec).
- PBS Tower of Dreams
- The Tesla Wardenclyffe Project
- Tesla’s vision of the wireless global communications
- Tesla Radio: A Ground-based System for Global Wireless Transmission
- Creation of a Monument to Nikola Tesla
- The Real Science of «Non-Hertzian» Waves (ed. Attempts to invalidate Tesla’s wireless energy transmission ideas; main focus is on the transverse EM radio wave, i.e. «Hertz waves.» Plasma wave physics, longitudinal waves, and transmission-line propagation modes are not considered).
- The Basic Tesla Transmitter with Passive Receiver.
- The Basic Tesla Transmitter with Passive Receiver.
- The Basic Tesla Transmitter with Passive Receiver.
- The Basic Tesla Transmitter with Passive Receiver.
- The Basic Dual-tower Earth Resonance Tesla Transmitter.
- The Basic Dual-tower Earth Resonance Tesla Transmitter Configuration. A receiver is standing out to the right.
- Cooper, John. F., «Modified Type 2 Magnifying Transmitter circuit diagram #2; circuit diagram #3.» Both designs are deemed to be unusable.
- The Finalized Magnifying Transmitter Design of 1914, patented by Nikola Tesla.
- Wardenclyffe Tower на сайте Structurae
- Bird’s Eye view of the Wardenclyffe laboratory and power plant building as it exists today (from Live maps).
- Utilization of Radiant Energy 1901 Nikola Tesla, My test, My setup 1, My setup 2, My setup 3, My test 2, My test 3, My test 4, My test 5, My test 6, My test 7, My test 8. youtube.com
- Small-scale demonstration of Tesla’s system for the transmission of electrical energy without wires on YouTube.
- Tesla Wardenclyffe Science Center, Plaque [1]
- Designated Superfund Site
- Линии электропередачи
Wikimedia Foundation . 2010 .
Башня повелителя молний
Установка, которая даст энергию порядка одной тысячи миллионов лошадиных сил, равная мощности ста Ниагарских водопадов, сотрясет Вселенную такими ударами, что очнутся от сладкой дремы самые сонливые электрики, где бы они ни были — на Венере или на Марсе… Это не мечта, это просто достижение научной электротехники, требующее только больших затрат. О слепой, малодушный, недоверчивый мир. Человечество еще не достигло такой ступени развития, чтобы добровольно следовать за острым чутьем изобретателя.
Башня Теслы «Ворденклиф».
В 1900 году в нескольких десятках километров от пригорода Нью-Йорка, на северо-западной оконечности острова Лонг-Айленд началась подготовка к строительству знаменитой башни Теслы. В основе проекта изобретателя была идея создать глобальный беспроволочный ретранслятор электрической энергии в любую точку планеты. Тесла прекрасно осознавал, что для такого необычного проекта он вряд ли найдет финансирование. Поэтому изобретатель предложил дельцам Уолл-стрит вкладывать деньги в создание системы трансатлантического беспроводного телеграфа с последующей перспективой построения всемирной сети беспроволочных сообщений.
Электротехническое оборудование башни Теслы.
Подобные перспективы создания некоего прообраза сегодняшнего интернета выглядели весьма многообещающими, тем более что они были подкреплены двумя десятками радиопатентов изобретателя. Так или иначе, но Тесла смог получить первичное финансирование своей идеи и тут же приступил к строительству исследовательской станции, прозванной в прилегающей местности башней Теслы «Ворденклиф».
Действие электроэфирного резонатора.
Вскоре местные жители с удивлением разглядывали корпус колоссальной конструкции деревянной 60-метровой башни со странным 20-метровым мозаичным куполом весом несколько десятков тонн, выполненным из меди, стали и бронзы. Не менее поражали и внутренности башни «Ворденклиф», подземным продолжением которой была 36-метровая шахта, облицованная стальными листами с медными шинами. Циклопическое металлическое навершие своей башни Тесла гордо называл «волновым излучателем глобального резонатора электрического эфира». Внутри основания вышки был построен обширный лабораторный корпус с уникальным оборудованием, включавшим гигантскую катушку Теслы, один из полюсов которой соединялся с большой медной сферой, возвышающейся над лабораторным залом.
Внутри башни Теслы (современная реконструкция).
К 1902 году основные работы по строительству были закончены, и Тесла переехал в небольшой коттедж, где оборудовал себе кабинет управляющего исследовательским центром. Начался монтаж оборудования, и сразу же возникли проблемы с установкой новых сверхмощных генераторов переменного тока и необходимого электрооборудования. В то время никто не выпускал вакуумированные колбы и баллоны, поэтому Тесла создал собственную стекольную мастерскую и сам же освоил профессию стеклодува. Довольно сложно оказалось изготовить стеклянные трубки с электродами, форму которых Тесла придумывал в уме буквально на ходу. Эти трубки предназначались для «волнового излучателя трансатлантических сообщений» и, судя по всему, входили в состав аналога будущих ламповых генераторов, появившихся лишь через 30 лет.
Эскиз глобального резонансного излучателя усилителя мощности.
Пять лет длилось строительство этого первого в истории крупнейшего электротехнического и радиоэлектронного испытательного полигона. До сих пор неизвестен весь перечень опытов, которые собирался произвести на нем Тесла, но даже дошедшие до нас отрывочные сведения поражают воображение. Так, при демонтаже этой удивительной конструкции были найдены громадные батареи разбитых электронных ламп необычного вида и странные решетчатые конструкции, напоминающие множество коаксиально расположенных воронок-параболоидов с многогранным полым стержнем внутри.
Последние годы «Мировой системы».
По просьбе своего друга — редактора журнала «Эпоха» — Тесла написал серию статей, разъясняющих значение опытов, которые изобретатель собирался проводить на полигоне «Ворденклиф». Затем на основе этих очерков Тесла издал брошюру «Мировая система», в которой, хотя и в завуалированной форме, описал все свои замыслы. Так великий изобретатель впервые полностью обнародовал свой план мирового обеспечения энергетических ресурсов путем беспроволочной подачи эфирного электричества. Разумеется, эффективность своего главного проекта Тесла доказал благодаря анализу перспектив развития радиотехники, представив свои доводы в виде не только точно аргументированной научной фантастики, но и конкретного научного анализа. Впечатляющий образ «Мировой системы», представленный изобретателем, охватывал весь земной шар, обеспечивая обмен радиосигналами, несущими самые разные сообщения как в виде закодированных телеграмм, так и в открытых телефонных переговорах и даже передающих кинематографические изображения. Тесла считал, что в недалеком будущем у каждого жителя Земли будет дешевый портативный радиотелефонный приемник, настолько миниатюрный, что его можно будет вмонтировать в наручные часы. Это будет способствовать созданию единого интернационального языка, на котором в любой точке земного шара можно будет слушать сообщения, участвовать в заочных дискуссиях, референдумах и плебисцитах, легко связываясь с любым нужным абонентом «Мировой системы».
Вторую и главную сторону своего проекта Тесла описывал более туманно, мотивируя это опасностью военного применения энергетической составляющей «Мировой системы».
Лабораторный зал башни «Ворденклиф» с катушкой Теслы.
Современные резонансные трансформаторы Теслы.
В качестве ее основных элементов изобретатель упоминал свой резонансный трансформатор, осциллятор для получения токов высокой частоты, усиливающий трансформатор для возбуждения стоячих волн в земле и другие приборы и аппараты. Тесла считал одним из важнейших своих открытий, имеющих огромную практическую ценность, обнаружение стоячих волн электрической энергии. А изобретение избирательной передачи, то есть возможности одновременной передачи бесконечного множества различных сигналов без взаимных помех и воздействия их на различные приемные устройства или их части, должно было способствовать развитию «телеавтоматики». Все эти изобретения, входящие в «Мировую систему», имели главную цель — обеспечить беспроводную передачу бесплатной электроэнергии в любых количествах в любую точку земного шара.
Между тем над проектом Теслы стали сгущаться тучи. Г. Маркони, воспользовавшись открытыми публикациями изобретателя радио, русского ученого А. С. Попова, и некоторыми патентами самого Теслы, сумел осуществить посылку радиосигнала через Атлантический океан.
Телеавтомат «кораблик Теслы». Экспозиция в белградском музее Николы Теслы.
Это буквально шокировало акционеров компании Теслы во главе с известным финансистом Морганом. Получалось, что декларируемых Теслой результатов можно достигнуть совсем иным и несравненно более простым и дешевым способом! Стал назревать грандиозный скандал, тем более что именно в этот завершающий период комплектации и отладки «Ворденклифа» у изобретателя закончились авансированные на строительство средства. Тесла попытался убедить бизнесменов в необходимости дальнейшего финансирования, взывая к их здравому смыслу. Он с увлечением описывал перед капиталистами грандиозные перспективы всемировой сети линий беспроводного телеграфа, охватывающей все точки земного шара и в будущем даже связывающей поселения землян на планетах Солнечной системы.
Полигон «Ворденклиф». Гигантские разряды над многоконтурной катушкой резонансного трансформатора Теслы.
Похоже, что здесь Тесла и совершил свою роковую ошибку. Широта планов изобретателя и его неосторожные фразы типа «разрабатываю флотилию межпланетных кораблей, которые за несколько часов смогут пересекать Солнечную систему вдоль и поперек», «сигналы, которые я принимаю с Марса, Венеры и, возможно, далеких звезд, помогут распространить мою систему связи на все мировое пространство», «радиолучи глобального ретранслятора лишь предшественники настоящего содержимого моего плана беспроводной передачи энергии» совершенно перепугали уолл-стритских деятелей. Они тут же предъявили Тесле ультиматум: или он немедленно берется за скорейшую организацию передач радиосообщений через Атлантику, или они не только прекращают дальнейшее финансирование, но и начинают процедуру банкротства. Тщетно взывал великий изобретатель к разуму и совести своих финансовых партнеров, тщетно пытался еще раз обрисовать грандиозные перспективы использования «Ворденклифа». Бизнесмены были непреклонны… Тогда Тесла поставил перед собой последнюю задачу, пообещав вскоре продемонстрировать возможности своей установки. На это дельцы легко согласились.
Собственно говоря, они и вкладывали деньги в конкретные результаты, а не в фантастические «звездные корабли» и марсианских компаньонов по радиосети.
Прошло несколько дней, и Тесла решился на пробный пуск «глобального резонатора». Изобретатель подобрал подходящее время для демонстрации и в предвечернюю пору, дождавшись мощного грозового фронта, надвигавшегося со стороны Атлантики, подключил свой «атмосферный резонатор». За годы жизни в Америке Тесла досконально изучил нрав местных газетчиков, поэтому первым делом организовал специальный поезд с нью-йоркского вокзала, который с комфортом доставил пишущую братию в «Ворденклиф». Там репортеров с удобством разместили на специальной крытой от непогоды веранде, где они за выпивкой и закусками могли бы наблюдать за ходом эксперимента.
Наконец все было готово, и великий изобретатель с непередаваемым волнением замкнул рубильник питания своей установки. Что тут началось! Эффект был потрясающим. На следующий день все газеты пестрели заголовками: «Доктор Электричество поджег воздушный океан», «Тесла зажигает небо», «Электрический фейерверк над Нью-Йорком».
Наверное, это был один из самых грандиозных и опасных экспериментов в науке того времени, да и во всей истории электротехники. Медная полусфера купола резонатора при включении установки покрывалась морем бушующих молний длиной в десятки метров, а гром был слышен в радиусе 20 километров. Издали казалось, что вокруг экрана резонатора пылает огромный ослепительно светящийся шар, а на окрестных дворах и улицах прохожие с паническим страхом разглядывали снопы искр, летящих между их ногами и землей. Известно, что в силу ряда физиологических причин лошади более болезненно, в отличие от людей, переносят электрошоковые удары, поэтому множество грузовых и пассажирских экипажей носились, сталкиваясь из-за понесших лошадей, получающих непрерывные болезненные уколы через железные подковы. В виде огней святого Эльма на всех металлических предметах в округе тихо жужжало статическое электричество.
Гроза над «Ворденклифом».
А в нескольких километрах от «Ворденклифа» ассистенты и помощники изобретателя демонстрировали перед кучкой дельцов беспроволочную передачу энергии. Акционеры предприятия Теслы с безмолвным изумлением наблюдали, как загорелись батареи из сотен электрических лампочек. Один контакт у ламп был заземлен, а второй соединялся с пластиной «воздушно-эфирного резонатора», играющего роль одной из обкладок конденсатора.
До сих пор не удается в полной мере прояснить загадочные обстоятельства создания Теслой рукотворных гроз. Известно только, что он неоднократно подчеркивал важность «сосредоточения максимальной плотности эфирного электричества» для своих экспериментов.
После демонстрации возможностей своей башни Тесла снова стал горячо убеждать спонсоров-акционеров в необходимости новых вложений, нужных не только для доукомплектования «Ворденклифа», но и для строительства второй башни электрорезонатора у Ниагарской гидроэлектростанции. Ведь именно там впервые в мире были установлены усовершенствованные генераторы переменного тока конструкции Теслы, а изобретатель получил пакет акций Ниагарской электротехнической компании. Дельцы, будучи под впечатлением от недавней демонстрации возможностей «Ворденклифа», внимательно выслушали изобретателя. Однако, немного поразмыслив, они решили не рисковать и повторили свой ультиматум: или изобретатель полностью переключается на радиотехнические исследования и создает трансатлантическую линию радиовещания, или они немедленно начинают выдвигать судебные иски и банкротить его компанию.
Конечно же, Тесла не согласился, еще раз повторив аргумент, что без линий беспроволочного переброса энергии вся его сеть мировой радиотрансляции теряет всякий смысл. Ситуация выглядела немного странно, ведь Тесла сам построил несколько моделей радиопередатчиков и радиоприемников раньше того же Маркони, который только в декабре 1900 года установил трансатлантическую связь между Англией и Канадой. Поэтому историкам приходится только догадываться об истинных причинах отказа Теслы продолжать свои радиоисследования. Иногда можно слышать высказывания о том, что изобретатель прекрасно видел призрачность возможности еще когда-либо заново вернуться к масштабным исследованиям своего глобального резонатора электрического эфира и решил стоять до конца.
Некоторое время Тесле еще удавалось держаться на плаву, занимая и перезанимая средства для расчета с кредиторами. Изобретатель даже организовал в лабораториях «Ворденклифа» небольшое производство высокочастотных медицинских приборов, но все равно все амбициозные проекты Теслы по «жонглированию Гольфстримами эфирного электричества между земными полушариями», как писали газеты, потеряли финансирование.
Правда, был один странный момент, когда казалось, что исследования Теслы частично возобновились. После долгих переговоров с правительственными органами изобретателю удалось заключить секретное соглашение об аренде военным министерством всех зданий и сооружений полигона «Ворденклиф». Что же собирался делать Тесла со своим «потрясателем электрического эфира»? Увы, здесь нам придется ступить на зыбкую почву догадок и предположений. Дело в том, что все документы, связанные с этим периодом деятельности экспериментатора, до сих пор спрятаны где-то в глубине спецхрана США.
Более-менее достоверно известно, что в годы Первой мировой войны Тесла начал работать над секретными военными проектами по беспроводной передаче энергии прямо на голову наступающего противника и созданию загадочного резонансного оружия. Единственное, что попало в печать, это то, что Тесла создал очень емкие воздушные конденсаторы, заряжая которые до напряжения в несколько десятков тысяч вольт, он получал при разряде мощное дециметровое излучение. При этом он варьировал напряжение пробоя искрового промежутка, изменяя течение разряда и соответственно мощность импульсного тока первичной обмотки, создавая СВЧ-радиоволны.
Тут в окрестностях Лонг-Айленда началась череда очень странных событий. Прежде всего были отмечены вспышки массового падежа мелких диких и домашних животных.
У крупного рогатого скота стали наблюдаться быстропроходящие приступы коровьего бешенства, что тут же привлекло внимание ветеринаров. Местные жители очень быстро сопоставили периоды работы башни резонатора, покрывавшейся гирляндами статического электричества огней святого Эльма, со странным поведением животных, впадавших в припадки бешенства со смертельным исходом. Затем настала пора людей, и окрестные больницы переполнились сердечниками. Тут, почуяв запах настоящей сенсации, за расследование взялись полчища журналистов, полетели запросы во все органы власти и даже была создана сенатская временная следственная комиссия. Представляется, что военному ведомству пришлось приложить титанические усилия для погашения этого информационного пожара. И, заметая следы загадочных опытов, военные не нашли ничего лучшего, как в спешном порядке уничтожить все документы, в том числе отчеты исследований вместе с экспериментальной базой. Окончательный демонтаж всего оборудования, включая башню Теслы, был закончен в 1917 году.
Эти события сильно огорчили и поссорили изобретателя с правительственными органами, и долгое время он жил отшельником на своем ранчо в Техасе, занимаясь никому не известными делами. Однако деятельная натура Теслы не могла обходиться без масштабных проектов, поэтому с 1936 по 1942 год он принимал участие в проекте Управления ВМС «Радуга». Многие исследователи данного периода жизни ученого даже считают, что он был исполнительным директором проекта, закончившегося печально известным Филадельфийским экспериментом. Есть основания полагать, что Тесла после опытов на «глобальном резонаторе» предвидел возможность человеческих жертв и всячески затягивал начало решающего эксперимента, проводя бесконечные модификации и настройки оборудования. Однако после его смерти зимой 1943 года сдерживающие факторы исчезли, и чиновники Управления военно-морских исследований (УВМИ) США самым решительным образом приступили к первым опытам.
Башня Тесла: электротехнический расчет
Я с большим удовольствием прочитал топик-исследование башни Тесла.
Безусловно, авторы ставят очень заманчивую цель: передача энергии без проводов, в планетарных масштабах, просто мечта энергетики.
Анализ, проведенный в топике, глубок, формулы — классика радиотехники, все расчеты верны.
Но после прочтения остался вопрос: если все сделать согласно авторам, то что мы получим? Какие характеристики передачи энергии будут у такой системы?
Вот цитата из источника:
Откуда мы возьмем “заземление”, к которому подключается генератор для накачки такого резонатора на ранее приведенном рисунке?
… для генератора башня это и есть “заземление” через сопротивление, равное активному сопротивлению башни
Позволим себе поставить это утверждение авторов под сомнение, и провести расчеты именно в этом направлении.
Суть заземления — в способности земли практически неограниченно накапливать и отдавать заряд. Неограниченно следует понимать как «очень много», учитывая размеры планеты Земля. Ниже мы оценим эту «неограниченность», но обо всем по порядку.
Далее везде расчеты проведены с упрощением (сумма вместо корня из суммы квадратов, амплитудное значение вместо действующего, округление величин).
Рассматриваться такие расчеты должны как оценочные.
Земля как проводник
Давайте вначале рассмотрим передачу чего угодно электрического — энергии, сигналов — по одному проводу с использованием земли в качестве второго проводника:
Будет ли такое работать? Будет, и работает — авторы публикации отметили в качестве подтверждения этого трамваи.
Земля замечательно выполняет роль второго проводника, и сопротивление земли, как справедливо отметили авторы, действительно не зависит от расстояния между электродами, которые воткнуты помещены в землю.
(На эту тему есть даже задача на втором курсе физфака).
Побочное действие этого способа передачи энергии хорошо знакомо многим — если взять в руки фазу сети 220 Вольт, и при этом изоляция подошв оставляет желать лучшего — (мокрый пол etc.), то может хорошо ударить током, цепь второго провода замыкается через землю.
Будет ли работать вот такая конструкция:
Конечно будет — почему нет, Земля2 так же точно выполняет роль второго проводника. Следует отметить, что все сказанное авторами про картину распределения потенциалов земли при протекании переменного тока через землю как проводник, скорее всего, имеет место быть — распределение, стоячие волны и пр.
Чуть короче: играет роль, в какие точки поверхности планет подключать провода приемника.
Подтверждение такого распределения в планетарном масштабе было бы фееричным и очень красивым экспериментом.
Изолированные «земли»
А что предлагают нам авторы? Схематично это можно изобразить таким вот образом:
Несмотря на кажущуюся нелепость такой схемы, в определенных рамках она работоспособна. В качестве сопутствующего примера можно привести радиосвязь: землей может служить общий провод схемы, тело человека etc. Есть масса ситуаций, когда ни земля передачика, ни земля приемника не подключены к общей земле.
Пример, конечно, не совсем удачный — в радиосвязи передача энергии производится излучением, мы такую ситуацию не рассматриваем, и это просто иллюстрация того, что «землей» может быть не обязательно сама поверхность планеты, а просто некий проводник.
В качестве иллюстрации способа передачи энергии с помощью башни Тесла можно привести вот такой опыт: если собрать генератор переменного напряжения достаточной величины, и поднести к генератору любой металлический предмет, между выводом генератора и этим предметом загорается дуга:
Авторы описали механизм передачи энергии подобным образом: потенциал изолированного металлического предмета относительно бесконечности (прости меня физфак. ) равен нулю. Генератор постоянно перезаряжает эту железяку, меняя ее потенциал, и между выводом генератора и предметом протекает ток.
Высокая частота в подобных конструкциях требуется для поддержания силы тока, достаточной для горения дуги (ток через емкость металлического предмета пропорционален частоте — см. ниже).
То есть все-таки работать будет?
Расчет изолированной «земли» и связанных параметров
Передатчик
Ток генератора «утекает» в бесконечность через емкость вверху башни Тесла (которая играет роль земли для генератора). Пусть для простоты это будет шар радиусом 1 метр (ни сути, ни порядков величин это не меняет).
Фактически ток «втекает» в проводник, повышая его заряд и, как следствие, потенциал. На одном полупериоде тока проводник будет заряжаться до одного знака, когда ток поменяет знак — будет перезаряжаться до другого.
Оценим, до какого напряжения будет заряжаться проводник.
Емкость одиночного сферического проводника в вакууме:
С_провода = 4*пи*(Электрическая постоянная)*(радиус шара)
Для шара радиусом 1 метр емкость составит примерно 110 пикоФарад.
Авторы упомянули ток в 1 килоАмпер и частоту 20 килоГерц
Максимальный потенциал сферы радиусом 1 метр составит
Потенциал = заряд / емкость = (ток * время) / емкость = (ток*половина периода колебаний) /(емкость)
При указанных выше данных получим, что максимальный потенциал верхней части башни Тесла будет равен примерно 225 миллионов Вольт.
Не будем такое рассматривать как технически достижимую величину в электроэнергетике. В России есть ЛЭП с напряжением 1000 килоВольт (1150 если точно), то есть один миллион Вольт (в Украине таких нет). Пусть это и будет максимальное напряжение на верхней части башни (там, где сферический конь проводник). Предположим, что нет никакой технической сложности обеспечить изоляцию на таком напряжении.
Тогда сила тока в цепи генератора составит примерно 4 Ампера.
При напряжении в миллион вольт это соответствует передаваемой мощности 4 Мегаватта. Круто! Нет, не круто. Упомянутая выше ЛЭП с напряжением 1150 килоВольт имеет пропускную способность 5500 Мегаватт — в 1000 раз больше при том же напряжении.
Так поднять напряжение! Боюсь, некуда — 1000 кВ в электроэнергетике считается сверхвысоким напряжением, вызывающим массу сложностей. Та самая ЛЭП с напряжением 1000 кВ в данный момент эксплуатируется на напряжении 500 кВ.
Но это не все проблемы.
Приемник
Сопротивление верхней части башни, то есть системы «шар-бесконечность», на частоте 20 кГц составит
R = 1/(2*пи*частоту*емкость) = 71 кОм
Фактически это внутреннее сопротивление «линии» электропередачи с использованием башни Тесла.
Пусть к этой «линии» с напряжением 1000 000 Вольт и внутренним сопротивлением 71 кОм подключен трансформатор, понижающий напряжение до 220 Вольт. В этом случае внутреннее сопротивление цепи 220 В составит (71000 *220) / 1000 000 = 15 Ом.
15 Ом в цепи 220 Вольт — это много, при включении нагрузки мощностью 1 килоВатт (ток 5 Ампер, это один небольшой утюг, или компьютер + ТВ + освещение) падение напряжения будет 75 Вольт, то есть фактически напряжение в сети упадет ниже уровня, когда его можно использовать для электропитания.
Таким образом, от такого приемника энергии можно с трудом запитать одну квартиру, и то без мощных потребителей энергии.
Как же так, куда девается энергия, авторы писали об очень высоком КПД?
Никуда не девается. Эти сопротивления — реактивные, но падение напряжения на них наблюдаться будет во всей красе.
А как же резонансы?
Посчитаем параметры образовавшегся контура.
Емкость = 110 пикоФарад (см. выше), частота = 20 кГц (у авторов).
Тогда индуктивность должна быть равна 1/((2*пи*частоту)(2*пи*частоту)*емкость) = 63 Генри
Волновое сопротивление контура будет равно 750 кОм.
При подключении к такому контуру нагрузки, вносящей в контур сопротивление 71 кОм (т.е. если подключить к приемнику энергии одну квартиру — см. выше), добротность контура упадет до 10 (грубо), а при подключении 10 квартир добротность упадет до 1, резонансные явления исчезнут и система совсем перестанет работать.
Что значит совсем? При падении добротности будет пропорционально падать и выходное напряжение приемника. То есть без нагрузки — хорошо, с ростом нагрузки напряжение падает вплоть до нуля.
Настоящая Земля
В качестве оптимистичного финала давайте посчитаем все тоже, но для настоящего заземления, то есть башня Тесла — это отдельная планета размером с Землю.
Емкость = 700 микроФарад.
Максимальное напряжение при токе 1 кА и частоте 20 кГц = 78 Вольт, то есть можно многократно и безопасно повышать рабочее напряжение, повышая тем самым передаваемую мощность.
Внутреннее сопротивление системы в цепи высокого напряжения на той же частоте = 0,011 Ом
Приведенное сопротивление в цепи 220 Вольт = 2 микроОм, что на порядки меньше сопротивлений в любых линиях электропитания.
Вот оно — настоящее заземление!
Вывод
Перечисленные недостатки такой системы не могут быть устранены изменением конструкции, применением особых материалов и пр. — это недостатки самого способа передачи энергии (ну разве что сделать башню Тесла размерами, сравнимыми, как минимум, с астероидами).
Обратите внимание, что рассчитывалась фактически идеальная конструкция — без каких-либо потерь, без учета влияния распределений тока/напряжения в планетарном масштабе.
Фактически был проведен расчет идеального генератора и идеального приемника, соединенных одним концом и каждый со своим заземлением.
Проблема передачи энергии с использованием башен Тесла заключается в том, что сама башня — исключительно неэффективное заземление.
Демонстрация эффектов передачи энергии возможна, но с позиции электротехники такая линия передачи, мягко говоря, нецелесообразна:
— огромные напряжения на «станциях»
— при этом малая передаваемая мощность
— большое внутреннее сопротивление
— малая нагрузочная способность
— сильная зависимость напряжения от нагрузки за счет резонансных явлений.
- беспроводная передача энергии
- башня Тесла
«Катушки Тесла» под Истрой
«Катушки Тесла» под Истрой регулярно попадают в топы самых странных мест и объектов на территории Московской области. Сюда едут фанаты игры S.T.A.L.K.E.R., готы, безумные инженеры и рекламные фотографы. Что ж, место это действительно необычное и запоминающееся. Мы готовы рассказать всю правду об этих загадочных сооружениях.
Территория, на которой находятся объекты, хоть и полузаброшенная, но закрытая и охраняемая.
Как попасть внутрь, мы расскажем ниже. Пока лишь хотим предупредить, что всё в этой миссии делается на свой страх и риск.
Катушки Тесла или лучевые пушки?
Истринские «катушки Тесла» к знаменитому сербскому изобретателю и электротехнику никакого отношения не имеют. Официальное название комплекса – Испытательные стенды Высоковольтного научно-исследовательского центра Всероссийского электротехнического института. Полигон создавался в 1970-е годы для испытания воздействия сверхмощных электромагнитных импульсов – здесь, например, проверяли, что произойдет с самолетом, если в него попадет молния. Конспирологи утверждают, что военные на полигоне занимались разработкой сверхоружия – лучевой пушки, стреляющей сгустками плазмы, но оставим эту информацию на совести пишущих.
Крупных объектов здесь всего три, но каждый из них заслуживает отдельного описания. Основная, хоть и не самая живописная постройка – генератор Аркадьева-Маркса, или просто «башня Маркса» – зиккурат высотой с десятиэтажный дом.
Впечатления
Батутный центр «Лето»
Впечатления
Мотопарк «Вельяминово»
Впечатления
Рыбокомбинат «Малая Истра»
Впечатления
Галерея скульптуры Сергея Казанцева
Впечатления
Церковь Казанской иконы Божией Матери
Впечатления
Церковь Рождества Христова
Впечатления
Спасо-Преображенский храм
Впечатления
Церковь Покрова Пресвятой Богородицы
Ленино-Снегиревский военно-исторический музей
Впечатления
Контактный зоопарк «ZOOландия»
Впечатления
Истринская сыроварня Олега Сироты
Экспозиция «Особая кладовая» в музее «Новый Иерусалим»
Музей «Новый Иерусалим»
Башня генерирует разряды электричества в девять миллиардов вольт. Один разряд, произведенный генератором, сопоставим с секундной выработкой энергии всех электростанций в России.
Искусственная молния бьет в небольшой шарик, подвешенный над помостом. В ходе испытаний с помощью генератора был получен аномальный искровой разряд длиной 150 метров. Сейчас башня производит впечатление заброшенной, но это не совсем так – испытания тут крайне редко, но проходят, причем иногда разряды уходят в лес.
Мощный каскад трансформаторов
Второй феерический объект этих мест – каскад трансформаторов мощностью 3 МВ с коммутационной приставкой. Это, кстати, самый большой трансформатор в мире, он был изготовлен немецкой компанией TuR Dresden. Сооружение имеет футуристический вид, напоминая внутренности машины времени или стоянку для боевых единиц Космофлота. Место отлично подходит для необычных фотосессий. Будьте аккуратны – железный помост под трансформаторами проржавел, ходить по нему опасно.
Небольшой спойлер – если не удастся договориться со сторожем, территорию можно обойти справа, углубившись в лес – забор там выломан целыми секциями. Не следует забывать, что вы – отважные исследователи, а не вандалы: ничего не ломайте, не мусорите, будьте внимательными и позитивными.
Гигантская молекула ДНК
Третий объект находится ближе всего к дороге и проходной. Это установка постоянного напряжения на 2,25 МВ. Внешне она напоминает увеличенную модель ДНК или гигантскую головоломку. К сожалению, конструкция пострадала от времени больше остальных – некоторые изоляторы повреждены, причудливые металлические кольца покрывает ржавчина. Что тут происходило во времена СССР и как она работала, можно только представить. Очевидцы пишут, что от увиденного у них в буквальном смысле вставали дыбом волосы – настолько было сильным поле статического электричества. Сейчас это просто неподвижная и странная вещь.
Чтобы попасть к генераторной площадке, можно вбить в навигатор координаты — 55°55’26″N 36°49’10″E. Или сесть на электричку и доехать до станции Новоиерусалимская (поезда отправляются с Рижского и Курского вокзалов, время в пути — около полутора часов, билет в одну сторону стоит 154 рубля).
Доехав, следует пересечь автомобильную трассу через подземный переход, и около километра двигаться по улице Почтовой. Справа будет пожарная часть, слева – два кладбища. За последним из них и начинается территория полигона.
«Купол Ельцина»
В полукилометре южнее полигона находится еще один объект – руины Высоковольтного испытательного стенда предприятия Р-6511. «Купол Ельцина», как его называют в народе, строился по заказу Всесоюзного электротехнического института имени Ленина. Циклопическое сооружение (диаметр купола – 236,5 метра, высота – 118,4 метра) служило для испытания высоковольтного оборудования и исследования электромагнитных импульсов, возникающих при грозовых разрядах и атомных взрывах. Купол был построен в ноябре 1984 года, но уже в конце января 1985 года рухнул из-за ошибок в расчетах конструкции и скопившегося на крыше снега. Макет этой конструкции можно увидеть по дороге к испытательному стенду.
Его крыша заросла темно-зеленым мхом. Подойти к нему нельзя, так что остается только догадываться, что происходит внутри. В Истре, если вам не хватило приключений, тоже есть на что посмотреть. От полигона за полчаса можно пройти по паломнической тропе до Новоиерусалимского монастыря и музейно-выставочного комплекса «Новый Иерусалим».
Если проголодались, в Истре можно отлично перекусить.