Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток - [33]
Резонанс Шумана — это ряд частот электромагнитных волн из сверхнизкого участка (ELF), составляющих спектр Земли. Явление имеет место, потому что часть атмосферы, а именно пространство между земной поверхностью и ионосферой, действует как волновод. Удержание волны в данном пространстве заставляет его действовать как резонатор для электромагнитных волн определенных частот в сверхнизком участке (см. рисунок). Самая низкая частота равна 7, 83 Гц. Совпадения больших частот имеют значения порядка нескольких килогерц.
Первая, вторая и третья частота резонанса Шумана.
Сети электропередач влияют на резонанс Шумана, естественным образом возбужденный молниями, потому что одна из его частот близка 60 Гц (эта частота используется для электротранспорта в некоторых странах). Данное явление получило имя Уинфрида Отто Шумана, который математически предсказал его существование в 1952 году. Несмотря на присвоение этой чести Шуману, впервые подобное явление наблюдал Никола Тесла, который основал на нем идею мировой системы беспроводной передачи энергии и коммуникаций.
Идеи Теслы о резонансе Земли были забыты до 1950-х годов, когда группа ученых начала исследования по распространению электромагнитных волн очень низкой и сверхнизкой частоты (от 3 до 30 кГц и от 1 до 3000 Гц соответственно). Эта группа подтвердила выводы Теслы. Передатчик-усилитель Теслы стал первым аппаратом, способным создавать резонанс на сверхнизкой частоте (ELF — от англ. Extremely Low Frequency) для того, чтобы передать волны через слои под ионосферой. В 1960-е годы экспериментально были установлены три наименьшие частоты резонанса Шумана: 7, 83 Гц, 14, 1 Гц и 20, 3 Гц — их значения на удивление близки к расчетам Теслы, сделанным на 50 лет раньше, на оборудовании XIX века.
При работе с оборудованием в Колорадо-Спрингс Тесла много времени посвятил разработке сенсоров. Это были автоматические сверхчувствительные устройства, созданные на основе его вакуумных трубок с простой схемой, но очень удобные для работы. Они состояли из стальной проволоки с двумя платиновыми контактами в верхней части и проволочной сетки, на которой размещалась стеклянная трубка. Когда электрическое возмущение определенной частоты от передатчика достигало контура станции-приемника, ток проходил по проволочной сетке, проволочки сближались и соединяли контакты.
Согласно записям, Тесла посвятил большую часть своего времени (примерно 56%) разработке высокочастотного передатчика, 21 % времени — изготовлению приемников и сенсоров сигналов, 16 % — измерению емкости большой антенны лаборатории, 6% — другим, более мелким вопросам. И везде он достиг невероятных успехов: измерил электромагнитные излучения, возникающие при естественных электрических разрядах, разработал радиосистемы и системы освещения, модуляторы антенны, а также другие разнообразные приборы.
В области телеграфии Тесле удалось отправить несколько беспроводных сообщений на расстояние до 100 км. Во вступлении к записи от 27 июня в его дневнике изображена схема этой системы. Далее на рисунках 2, 3 и 4 показаны схемы некоторых устройств передающей станции, с помощью которых Тесла получал два типа колебаний разного тона. На рисунке 2 можно увидеть два разделенных контура передатчика, поочередно активирующихся при разряде конденсаторов через первичную обмотку. На рисунках 2 и 4 представлен контур-передатчик, период которого изменяется под воздействием индуктивности (см. рисунок 3) или в результате периодического замыкания части контура с помощью автоматического устройства прерывания. На станции-приемнике (R) два синхронизированных контура принимают сигналы отправителя с определенной частотой. Приемник отвечает, только когда оба контура I и II активируют сенсоры (а а>{).
В Колорадо-Спрингс Тесла осуществил передовые эксперименты по беспроводной передаче голоса. В начале записи от 14 июля показана схема отправки звука, на которой предполагается возможность усиления слабых сигналов, таких как человеческий голос (см. рисунок 5 на стр. 130). В ней предусмотрены обычные устройства для передачи и усиления сигнала: электрический осциллятор, катушки индуктивности, искровые разрядники и так далее. Тесла надеялся получить и затем воспроизвести звук с помощью системы инжекции воздуха, при которой возникли бы колебания диафрагмы, как в примитивных телефонах. Он изучил вопрос возможности реализации «беспроводного телефона» (как стали называть это изобретение десятилетия спустя), разработал методы передачи, а также устройство динамиков и микрофонов.
РИС. 2
РИС.З
РИС. 4
СТАНЦИЯ-ПРИЕМНИК
РИС. 5 Схема «беспроводного телефона» Теслы в записях от 14 июля 1899 года в Тетрадях Колорадо- Спрингс.
В тетради собраны многочисленные результаты экспериментов по беспроводному освещению, которые проводились в течение нескольких месяцев. В это время изобретатель занимался разработкой и настройкой оборудования. Тесле удалось передать по почве на расстояние 40 км энергию для питания 200 ламп накаливания, для чего ему пришлось генерировать миллионы вольт электричества. Однако не все опыты изобретателя предполагали столь титаническую работу. В одном из его знаменитых экспериментов, запечатленных на серии фотографий, показаны традиционные лампы накаливания, которые зажигаются от индуцированного тока. Они находятся на спирали длиной 4, 5 м, расположенной на расстоянии 30 м от первичного контура, энергия на который подается от осциллятора. Контур, подключенный к спирали, включает настроенный на частоту колебаний осциллятора конденсатор, работающий на менее чем 5 % от своей мощности.
