r, подобная емкостному терминалу электростатической машины, снабженная остроконечным выводом длиной h. Известно, что последний обладает свойством быстро рассеивать аккумулированный заряд в атмосферу. Чтобы разобраться в механизме этого действия в свете сегодняшнего знания, мы можем уподобить электрический потенциал температуре. Представим, что сфера s нагрета до температуры Т и что вывод, или металлический стержень, является превосходным проводником теплоты, так что его крайняя точка имеет ту же самую температуру Т. Тогда, если другая сфера с бóльшим радиусом r1 вращается вокруг первой и имеет температуру Т1 по контуру, очевидно, что между оконечностью стержня и окружающей средой возникнет разность температур, равная Т — Т1, что обусловит отток теплоты. Конечно, если бы нагретая сфера не влияла на окружающую среду, эта разность температур была бы большей, и выделялось бы больше теплоты. В точности то же самое происходит в электрической схеме. Пусть q означает количество заряда, тогда сфера, а вследствие ее высокой проводимости и стержень будут иметь потенциал q/r. Потенциал среды вокруг острия стержня составит
q/r1 = q / r + h и следовательно, их разность будет равна
q/r — q / r + h = qh / r(r + h)
Теперь допустим, что применена сфера S с гораздо большим радиусом R = nr и с зарядом Q, тогда, по аналогии, разность потенциалов будет равна Qh/R(R + h). Согласно элементарным законам электростатики потенциалы двух сфер s и S будут равны, если Q = nq, и в таком случае Qh/R(R + h) = nqh/nr(nr + h) = qh/r(nr + h). Таким образом, разность потенциалов между острием стержня и окружающей его средой будет меньше в пропорции r + h/nr + h, когда используется большая сфера. В ходе многих научных проверок и опытов это важное наблюдение не принималось во внимание, что в результате привело к серьезным заблуждениям. Его значение состоит в том, что свойства заостренного стержня полностью зависят от линейных размеров электризуемого тела. Свойство стержня отдавать заряд может быть полностью утрачено, если последний будет очень большим. По этой причине все заостренные концы и выступы на поверхности проводника таких огромных размеров, как Земля, были бы совершенно бесполезны, если бы не иные факторы. Пояснения по этому поводу будут даны со ссылкой на иллюстрацию 4, в которой наш мастер импрессионизма наглядно демонстрирует высказывание Франклина о том, что его стержень извлекает электричество из облаков. Если бы Земля не была окружена атмосферой, которая обычно имеет противоположный заряд, она бы вела себя, несмотря на все неровности поверхности, подобно отполированному шару. Но по причине наэлектризованности воздушных масс и облаков отдача электричества в значительной степени снижается. Таким образом, на иллюстрации 4 мы видим, что положительный заряд облака взаимодействует с эквивалентным разноименным зарядом в Земле, плотность которого на поверхности последней уменьшается с кубом расстояния от статического центра облака. Тогда кистевой электрический разряд образуется на конце стержня и совершаются действия, которые прогнозировал Франклин. Кроме того, происходит ионизация окружающего воздушного пространства, оно становится проводником, и в итоге молния может поразить здание или какой-либо другой близлежащий объект. Эффективность остроконечного молниеотвода, по замыслу Франклина, состояла в рассеивании заряда, но на деле оказалось не так. Точные замеры показывают, что пройдет немало лет, прежде чем электричество, аккумулированное в одном облаке средней величины, будет отведено или нейтрализовано посредством такого молниеотвода. Заземленный стержень способен сделать безвредным большинство получаемых им ударов молнии, впрочем, время от времени заряд уходит в сторону и причиняет ущерб. Однако на что очень важно обратить внимание: он провоцирует возникновение опасных и рискованных моментов вследствие ошибки, заложенной в его конструкции. Заостренный конец, считавшийся полезным и совершенно необходимым для его функционирования, является в действительности недостатком, значительно принижающим утилитарное значение устройства. Я построил значительно улучшенный образец грозозащитного разрядника, для которого характерно применение терминала значительной площади и большого радиуса кривизны, что делает невозможной чрезмерную плотность заряда и ионизацию воздушной массы[11]. Такие грозозащитные разрядники действуют как квазирепелленты и до настоящего времени ни разу не были пробиты, несмотря на то что подвергаются этой опасности в течение долгого времени. Их безопасность доказана экспериментально, и они значительно превосходят в этом качестве изобретение Франклина. Их применение может сберечь ежегодно утрачиваемое имущество стоимостью миллионы долларов.
Ил. 4. Рисунок остроконечного молниеотвода Франклина, которым Тесла доказывает, что такой заостренный вывод, как правило, не смог бы и за многие годы извлечь электричество из одного-единственного облака
Для массового сознания это сенсационное достижение создает впечатление одного-единственного открытия, но в действительности это метод, успешное применение которого несет в себе использование огромного количества открытий и усовершенствований. Я представлял себе это достижение именно в таком свете, когда брался за решение проблем в области беспроводной связи, и именно благодаря этому обстоятельству мое понимание основных принципов этого метода не вызывало сомнений с самого начала.
В процессе работы над асинхронными электродвигателями у меня возникло желание испытать их на большой скорости, и с этой целью мною сконструированы генераторы переменного тока сравнительно высоких частот. Вскоре поразительные свойства токов захватили всё мое внимание, и в 1899 году я приступил к систематическому исследованию их характеристик и возможностей применения на практике. Первым доставившим радость результатом моих усилий в этом направлении была передача электрической энергии по единственному проводу без обратного, о чем рассказывал в своих лекциях и выступлениях перед несколькими научными обществами здесь и за границей в 1891 и 1892 годах. В этот период, когда я работал с колебательными преобразователями и генераторами на частотах до 200 000 циклов в секунду, меня всё более стала захватывать идея использования Земли вместо провода, позволяющая полностью обходиться без проводника. Необъятность земного шара казалась непреодолимым препятствием, но после длительного изучения предмета я убедился, что это дело стоящее, и в своих лекциях перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения в начале 1893 года представил основные положения системы, какой ее себе представлял. Во второй половине того же года на Всемирной выставке в Чикаго мне посчастливилось встретиться с профессором Гельмгольцем, которому я рассказал о своем проекте, иллюстрируя его экспериментами. Пользуясь случаем, попросил выдающегося физика высказать свое мнение об осуществимости плана. Он не колеблясь заявил, что это практически выполнимо при условии, что я смогу довести до совершенства оборудование, способное осуществить задуманное, но довести это до конца, как он предупредил, будет чрезвычайно трудно.
Я продолжал работать с большим воодушевлением и с того дня до 1896 года продвигался вперед медленно, но неуклонно, осуществляя ряд усовершенствований, главным из которых были мой комплекс из связанных резонансных контуров и метод автоматической регулировки, ныне принятый повсеместно. Летом 1897 года лорду Кельвину случилось быть проездом в Нью-Йорке, и он оказал мне честь, посетив мою лабораторию, где я смог продемонстрировать экспериментальные доказательства в пользу своей теории беспроводной связи. То, что он увидел, явно заинтересовало его, но тем не менее Кельвин забраковал мой проект в категорических выражениях, квалифицируя его как нечто невозможное, как «иллюзию и западню». Я был огорчен и удивлен, поскольку предвкушал получить его поддержку. Но на следующий день он вернулся, и сложилась более благоприятная ситуация, позволившая дать пояснения успешным результатам, которых я добился, и изложить истинные, основополагающие принципы созданной мной системы. Он неожиданно заметил с явным изумлением: «Так Вы, значит, не используете волны Герца?» — «Конечно, нет, — ответил я, — они являются излучениями. Никакую энергию невозможно передать с экономической выгодой на расстояние посредством всех излучений такого рода. В основе моего метода лежит истинная проводимость, которая осуществляется на самом большом расстоянии без заметных потерь». Я никогда не смогу забыть магическое превращение, произошедшее со знаменитым философом в тот момент, когда он избавился от этого ложного представления. Скептик, который упорно отказывался понимать, вдруг преобразился в самого горячего приверженца. Он распрощался со мной, не только будучи полностью убежденным в научной правильности идеи, но выразил твердую уверенность в ее успехе. Излагая ему свои мысли, я прибегнул к следующим механическим аналогиям моего метода и метода, основанного на волнах Герца.
Ил. 5. Созданная Теслой глобальная система передачи электрических сигналов, а также света и энергии представлена теоретически в виде аналогии для осмысления. Эксперименты Теслы с разрядами длиной сто футов и напряжением миллионы вольт показали, что волны Герца чрезвычайно неэффективны и невосполнимы; волны Теслы восполняемы и распространяются с большой скоростью сквозь Землю. Радиоинженеры начинают постепенно понимать, что законы распространения волн, изложенные Теслой более четверти века тому назад, в настоящее время создают реальную и перспективную основу беспроводной передачи