Никола Тесла - Евгений Матонин

Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения Тесла решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. В первых своих установках — потом они получили название «резонансный трансформатор Теслы» или «катушка Теслы» — он получал ток частотой в 50 тысяч герц. Позже частоту удалось довести до 200 тысяч герц.

Для тех, кого более подробно интересует принцип действия его трансформатора, приведем цитату из книги биографа Теслы и электротехника Бориса Ржонсницкого: «Действие резонансного трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.

Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях.

Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонансном трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты».

Кстати, попутно Тесла сделал еще одно открытие, которым пользуются до сих пор. Для изоляции катушек сверхвысокой частоты он предложил помещать их в парафиновое, льняное или минеральное масло. Сейчас это масло называют «трансформаторным».

Итак, Тесла научился получать токи высокой частоты. Но возникал резонный вопрос: а зачем они вообще нужны? Тесла, конечно, не мог его проигнорировать. Но сначала он решил подробнее изучить свойства этого тока и его влияние на человеческий организм.

К тому времени уже было хорошо известно, что для человека опасен постоянный ток с напряжением от 120 вольт и выше. Что касается переменного тока, то сейчас, например, любой школьник младших классов знает, что пальцы в розетку совать нельзя — 220 вольт могут и убить. Но в бытовых электросетях используется ток низкой частоты — как правило, 50 герц.

С другой стороны, человек совершенно свободно переносит свет. А ведь свет — это электромагнитные волны очень высокой частоты. Может быть, и переменный ток очень высокой частоты так же будет хорошо переноситься человеком?

Тесла ставил эксперименты на самом себе. Сначала пропускал ток только через пальцы одной руки и обнаружил, что его действие на организм складывается из нагрева и возбуждения нервных клеток. Затем он стал увеличивать напряжение и частоту тока, пропуская его уже через обе руки. Надо сказать, что Тесла сильно рисковал — возможностей человеческого организма он все-таки не знал. Но все обошлось. Он убедился, что при частоте более 700 герц ток никаких болезненных ощущений не вызывает — организм на него почти не реагирует. Точно так же, как слух человека не реагирует на колебания свыше двадцати тысяч герц, а глаз — на колебания за пределами видимых цветов спектра.

Как говорил Тесла, в некоторых экспериментах он пропускал через себя ток напряжением в миллион вольт и частотой в 100 тысяч герц. Во время этих опытов ему и пришла в голову мысль об одном из способов практического применения своего открытия.

Считается, что дело было так. Однажды он увидел, как с окрашенного медного диска, случайно оказавшегося вблизи генератора, мгновенно испарилась краска. То же произошло и с рукой самого Теслы, когда он измазал ее типографской краской. Он решил применить этот эффект в медицинских целях, и это тоже принесло определенный успех: токи высокой частоты очищали кожу, а Тесла был уверен, что они убивают и ненавистных ему микробов. Вероятно, с тех пор у него и вошло в привычку регулярно принимать «электрические ванны». Потом он еще долго занимался разработкой и продажей аппаратов для электротерапии, и ее сеансы одно время пользовались большой популярностью в американских «светских кругах». Некоторые ее методы применяются и сегодня.

Но, конечно, электротерапия стала одним из «побочных» изобретений Теслы в процессе его работы с током высокой частоты. Главные же его интересы лежали немного в другой области.

В 1890 году Тесла получил свой первый патент в области применения высокочастотного тока. Он назывался «Способ эксплуатации дуговых ламп». В патенте описывался разработанный для их эксплуатации генератор, вырабатывающий ток с частотой пять тысяч герц. Тесла продолжил работы с осветительными приборами и вскоре уже мог демонстрировать те самые «самосветящиеся» лампы без нити накаливания.

В этих экспериментах он опирался на открытия знаменитых физиков — англичанина Джеймса Максвелла и немца Генриха Герца, установивших электромагнитную природу света. Но если свет представляет собой электромагнитные колебания определенной частоты, нельзя ли получить его путем искусственного создания таких колебаний? Тесле это удалось: он помещал лампы, наполненные разреженным газом, в электромагнитное поле работающего генератора тока высокой частоты, и они начинали светиться как бы сами собой.

Он считал, что электромагнитные колебания, которые создаются его высоковольтными катушками, связаны с колебаниями молекул атмосферы, и если он сможет закрыть атмосферные газы в стеклянные сосуды и с помощью электричества вызвать их колебание, то они будут излучать свет без тепла, поскольку энергию будут давать холодные электрические токи.

Строго говоря, он был не первым, кто вот так просто, на ровном месте, изобрел новый вид освещения. Его предшественники уже использовали высокие частоты, чтобы индуцировать свет, а английский физик и химик сэр Уильям Крук сделал то же самое с помощью высокого напряжения. Но Тесла был первым, кто соединил эти два подхода воедино.

Потом это, кстати, был один из самых популярных «номеров» его выступлений. Тесла заставлял светиться трубки различной формы. Однажды он показал публике трубки, изогнутые в виде латинских букв, составляющих фамилии великих физиков, — Бенджамина Франклина, Генриха Герца и Германа Гельмгольца.