В начале данной статьи можно найти напоминание о том, что кинетическая энергия определяется, как произведение «половины массы на квадрат скорости». Здесь надо отметить сходство формулы для кинетической энергии с формулой энергии заряженного конденсатора, в которой вместо массы тела фигурирует величина электрического заряда, а вместо скорости – величина напряжения, тоже в квадрате.
Для увеличения «движущей энергии человечества», как пишет Тесла, надо либо увеличивать его «массу», либо ускорять его «тело». Ускорение тела всегда происходит против тормозящей «силы трения», преодолевая сопротивление среды. Надо либо уменьшать трение, либо увеличивать движущую силу. Получаем три метода: увеличение массы, уменьшение сопротивления среды и увеличение движущей силы. Понимая этот текст иносказательно, увеличение массы – это способ, при котором мы увеличиваем энергию процессов в «приемнике» путем увеличения силы тока, то есть, добавляя в процесс колебаний большее число носителей электрического заряда, например, путем использования заземления или уединенного конденсатора большой поверхности (по Яблочкову).
Далее интересное замечание Тесла: «.чрезвычайно важно добавлять массу, имеющую более высокую скорость. при этом вклад в суммарную энергию будет весьма значительным». О «скорости» он пишет еще раз в этой же статье: «Я производил электрические движения, протекавшие со скоростью приблизительно сто тысяч лошадиных сил, но легко можно получить скорости и в один, пять и даже десять миллионов лошадиных сил ».
Мы сказали бы в этом случае «мощность в сто тысяч лошадиных сил», но Тесла использует слово «скорость», как понятие, относящееся к принципу действия его генератора энергии, использующего принцип «ударного возбуждения» колебаний эфира: чем больше скорость воздействия, то есть крутизна фронта, тем более «несжимаемо» ведет себя эфир, и более мощными оказываются последствия «ударного» возбуждения.
Рассмотрим некоторые технические аспекты работа Тесла.
Настройка всех системы его «передающей» и «приемной» аппаратуры требовала подбора рабочей частоты колебаний среды. Регулировка частоты колебаний в опытах Тесла осуществлялась оригинальным методом. Известна схема «прерывателя Тесла», который показан на рис. 61, как способ регулировки частоты импульсов. Прерыватель устанавливался в искровой зазор схемы. Принцип работы: магнитное поле создается электромагнитом, поперек электрического разряда, и отклоняет электроны (сила Лоренца), поэтому дуга постоянного тока периодически прерывается. С помощью прерывателя дуги с изменяемым по величине магнитным полем электромагнита, Тесла получал нужную ему частоту импульсов, даже несколько мегагерц, без современной сложной электроники.
Рассмотрим другие интересные конструктивные решения Тесла. В его заметках по экспериментам в Колорадо Спрингс (Colorado Spring Notes) можно найти способы усиления мощности в устройствах преобразования энергии. Например, на рис. 62 показана схема Тесла к одному из его экспериментов.
Пластины Р1 и Р2, фактически являются уединенными конденсаторами, которые играют роль накопителей свободных электронов, участвующих в создании тока проводимости в электрической цепи. Напомню еще раз, что Яблочков использовал как плоские, так и «игольчатые» конденсаторы для целей «усиления атмосферных токов».
Кроме подключения металлических пластин, что мы уже видели в работах Яблочкова (патент 1877 года), Тесла использовал другие методы: «… для усиления тока воздуха, я поместил на каждой стороне разрядника, очень близко к нему, два больших куска слюды». В схеме, показанной на рис. 63, также есть точки Р подключения «пластин» к катушкам индуктивности в каждом из показанных на рисунке четырех вариантов включения «потребителей» в цепь однопроводной линии электропередач. У последнего справа «потребителя» энергии, показана такая «пластина».
Фактически, когда применяется схема, состоящая из катушки и конденсатора, мы можем рассматривать резонансные условия конкретного колебательного контура, в котором потери энергии минимальны при соответствующей настройке в резонанс.
Интересно также отметить схемы Тесла, в которых он ставит задачу положительной обратной связи и самовозбуждения, например, рис. 64.
Изучение индукции и самоиндукции, ее правильное применение, это важное направление исследований по повышению эффективности работы трансформаторов и моторов, а также для конструирования источников энергии. Тесла писал, что нужную для резонанса индукцию надо получать не за счет количества витков, а конструктивными методами. С другой стороны, он показал способы уменьшения и устранения самоиндукции в катушках, когда она не нужна. В связи с этим, нам известны его «плоские спиральные катушки» и «конусные катушки». На рис. 65 показана бифилярная плоская катушка электромагнита, «Coil for Electro-magnets», патент № 512,340.
Тесла писал: «В электрических приборах или системах переменного тока, в которых используются катушки или проводники, может возникать самоиндукция, которая, во многих случаях, действует бесполезно, порождая реактивные токи, которые часто снижают так называемую общую эффективность приборов, входящих в состав системы или действуют негативно в других отношениях. Действие самоиндукции, упомянутой выше, как известно, может быть нейтрализовано внесением в цепь емкости соответствующей величины, в зависимости от самоиндукции и частоты тока. Это до сих пор достигалось с помощью конденсаторов, конструируемых и применяемых в виде отдельных элементов. Мое настоящее изобретение имеет своей целью избежать использования конденсаторов, которые стоят дорого, громоздки и сложны при поддержании их в идеальном состоянии, и так сконструировать сами катушки, чтобы те могли служить и для получения емкости».
Далее, отметим, что Тесла изобрел системы переменного многофазного тока, которые находят применение для создания вращения поля в электромоторах. Во времена Тесла, вращающееся электромагнитное поле воспринималось как фокус, и нам известны демонстрационные опыты Тесла с вращающимся на столе металлическим ротором, имеющим форму яйца, рис. 66.
В колледже Тесла сказал учителю, что знает, как сделать электромотор без щеток, так как они искрят при работе. Учитель ответил, что это невозможно. В 1880 году Тесла запатентовал генератор переменного тока, трансформатор и электромотор переменного тока, не имеющий контактных щеток.
Отметим, что в современном мире получила распространение система трехфазных токов русского электротехника Доливо-Добровольского. Тесла предлагал двухфазную систему, которая требовала для передачи электроэнергии четыре провода.
Для оптимизации энергопотребления электромоторов переменного тока, Тесла предлагал включать параллельно его обмоткам конденсаторы соответствующей емкости, рис. 67. При этом возникают условия «параллельного резонанса», при которых ток, потребляемый от первичного источника, может быть во много раз меньше, чем токи в цепи контура (катушки и конденсатора). В настоящее время, используются аналогичные принципы повышения эффективности преобразования электроэнергии за счет снижения реактивных токов в цепях, для этого применяются конденсаторные установки компенсации реактивной мощности (УКРМ).