Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток - [10]
Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свои уравнения в 1873 году. В то время молодой Никола Тесла боролся с холерой за свою жизнь. Два года спустя, когда он приехал в Грац, работа шотландского ученого «Трактат об электричестве и магнетизме» еще считалась достаточно свежей, но ее важность уже не так сильно ощущалась. В университете Никола с большим энтузиазмом читал объяснения Максвелла, хотя в это время и был погружен в лихорадочную гонку за знаниями. Полученная им стипендия покрывала только первый год обучения. Зная об этом, Тесла не отрывался от книг и практически не спал — чтобы сдать два курса за один год. На первом курсе он не пропустил ни одного занятия, получил высшие оценки, основал клуб сербской культуры, добавил к своим занятиям физикой и математикой инженерную механику.
Динамо-машина, разработанная Зенобом Граммом: первый электрический генератор для промышленного применения.
На уроках по теоретической и экспериментальной физике Никола исследовал динамомашину, разработанную бельгийским инженером Зенобом Граммом (1826-1901), — первый электрический генератор для промышленного применения, который можно было также использовать как двигатель. Первые динамо-машины, приводимые в действие вручную, вызывали перепады напряжения и неизбежный переменный ток. Но постепенно они эволюционировали: появлялись новые элементы, среди которых — устройство для превращения тока в постоянный. Испытав машину Грамма на занятии, Тесла заметил, что от преобразователя переменного тока в постоянный летят искры, и однажды он даже взорвался. Преподаватель объяснил, что такое неизбежно у данных устройств. Проблемы можно было уменьшить, но использование подобных приспособлений не позволяло окончательно их устранить. Приборы используют постоянный ток, а динамо-машина вырабатывает ток переменный, поэтому преобразователь — неотъемлемая часть устройства. Тесла заявил: это происходит потому, что его действие ограничено используемым током, и работа устройства была бы более эффективной, если бы можно было использовать переменный ток. Согласно большей части биографических исследований, преподаватель ответил, что такую идею мог породить только фантазер: «Господин Тесла, безусловно, сможет совершить великие деяния, но осуществить именно это у него не получится». С тех пор в голове у Теслы поселилась навязчивая идея доказать, что его преподаватель ошибался.
Следующий курс обучения уже не был столь идиллическим. В конце второго года стало понятно, что скудного жалованья священника Милутина Теслы не хватит, чтобы оплатить образование сына. Никола начал играть сначала в шахматы, затем в бильярд, а потом в карты, раскрыв в себе — к собственному удивлению — хорошие способности к игре. В конце третьего года он перестал посещать занятия, а на следующий год оставил учебу. Это было началом периода в его жизни, о котором ему не нравилось вспоминать. Наиболее романтически настроенные биографы Теслы пишут, что он стал игроком, стремясь найти средства к существованию; другие, напротив, указывают на тот факт, что его исключили из университета за распутное поведение, что вызвало гнев отца, вероятно позабывшего о собственном исключении из военной академии за нарушение дисциплины. Сам Тесла признавался Джону О’Ниллу (автору книги Prodigal genius («Блудный гений») и единственному биографу, который был с ним знаком при жизни), что начал играть, желая расслабиться и смягчить давление от той кипучей деятельности, которую он сам себе навязывал.
Как бы то ни было, Никола отдалился от семьи — возможно, из-за стыда. Он перебрался в город Марибор в Словении, где нашел свою первую работу инженером на одном предприятии, а в свободное время продолжал играть в карты и шахматы в местной таверне. Милутин отправился на поиски сына и умолял его вернуться домой, но Никола отказался. Однако довольно скоро словенская полиция депортировала его из-за отсутствия вида на жительство, и Николе пришлось вернуться. Не прошло и месяца, как из-за скоротечной болезни в возрасте 60 лет умер его отец. Неожиданный удар положил конец юношеским метаниям Николы, он бросил игру, а вместе с ней табак, кофе и даже чай, без каких-либо уступок и оговорок (что было ему свойственно).
Для того чтобы объяснить свою идею вращающегося магнитного поля неспециализированной публике, Тесла часто прибегал к аналогии в гидравлике, а именно к движению лопастей мельничного колеса под действием текущей воды: в данном примере эквивалентом воды был электрический ток. Так в его автобиографии появилась глава «Мои изобретения» (1919).
Вращающееся магнитное поле основано на последовательном действии нескольких катушек. Для трехфазного вращающегося магнитного поля (см. рисунок) необходимо расположить три катушки под углом 120° друг к другу. К каждой из них подводится переменный ток со сдвигом по фазе соответственно смещению катушек. Каждая катушка образует в пространстве статическое магнитное поле. Амплитуда этого поля направлена на магнитную ось катушки и изменяется стечением времени по синусоиде. Комбинация пульсирующих полей, производимых тремя токами с разной фазой по времени, циркулирующих по трем катушкам с разной фазой в пространстве, переходит в магнитное поле, распространяющееся в пространстве по синусоиде и вращающееся со скоростью изменения токов во времени.
