Первые попытки создания «самодействующей» машины; механический генератор колебаний; работа Дьюара и Линда; жидкий воздух

Осознав эту истину, я начал изобретать средство для осуществления своей идеи и после долгих размышлений представил устройство аппарата, который даст возможность получать энергию из среды в процессе непрерывного охлаждения атмосферного воздуха. Этот аппарат, постоянно преобразуя теплоту в механическую работу, становился холоднее и холоднее, и если бы достижение очень низкой температуры таким способом было осуществлено, стало бы возможно получить сток для теплоты и, таким образом, энергию из среды. Это, казалось, противоречило утверждениям Карно и лорда Кельвина, на которых я ссылался выше, но, исходя из теории процесса, пришел к заключению, что такой результат достижим. К этому выводу я пришел во второй половине 1883 года, когда был в Париже, и это было то время, когда мои мысли всё более и более занимало изобретение, которое разрабатывал в течение предыдущего года и которое стало тогда известным как вращающееся магнитное поле. В течение нескольких последних лет в деталях был разработан план, существовавший лишь в воображении, и продуман эксплуатационный режим, но больших успехов добиться не удалось. Коммерческое представление изобретения, о котором говорилось выше, в этой стране[3]требовало отдачи почти всех моих сил вплоть до 1889 года, когда я снова обратился к идее «самодействующей» машины. И тогда более детальное исследование заложенных в нее принципов и расчеты показали, что результат, как я вначале надеялся, к которому стремился, с обычными механизмами был практически недостижим. Это заставило меня, в качестве следующего шага, приступить к изучению типа двигателя, обобщенно определяемого как турбина, который сначала, казалось, обещал больше шансов для реализации идеи. Однако вскоре обнаружилось, что турбина оказалась тоже непригодной. Но мои выводы говорили о том, что, если довести двигатель определенного типа до высокой степени совершенства, задуманный план можно будет реализовать, и я решил приступить к разработке такого двигателя; моей важнейшей целью стало достижение максимально возможной экономичности процесса преобразования теплоты в механическую энергию. Характерная особенность двигателя состояла в том, что рабочий поршень не был ни с чем соединен, а, будучи незакрепленным, колебался с огромной частотой. Технические трудности, которые возникли во время создания двигателя, оказались более серьезными, чем я предполагал, и успехи были скромными. Эта работа продолжалась до начала 1892 года, до поездки в Лондон, где мне довелось наблюдать превосходные опыты профессора Дьюара со сжиженными газами. Сжиженные газы получали и раньше, в частности, Ожлевский и Пиктет провели первые внушающие доверие эксперименты в этой области, но работа Дьюара вызвала такой ажиотаж, что даже известное предстало новым. Его эксперименты, хотя и другим способом, отличным от предполагавшегося мной, показали, что возможно получение низкой температуры в процессе преобразования теплоты в механическую работу, и я вернулся из Лондона, находясь под глубоким впечатлением от увиденного и более чем когда-либо убежденным, что мой план реален. Прерванная на время работа возобновилась, и вскоре я построил двигатель, весьма совершенный, и назвал его механический генератор колебаний. В этом механизме, без прокладок, клапанов и смазки, удалось добиться такой частоты колебаний поршня, что валы из твердой стали, прикрепленные к нему и испытывающие продольную вибрацию, разрывались на части. Соединив этот двигатель с динамо-машиной особой конструкции, я получил чрезвычайно эффективный электрический генератор, не поддающийся оценке в параметрах и определениях его физических свойств благодаря стабильности частоты колебаний, достигаемой с его помощью. Я представил несколько типов этой машины под названием механический и электрический генератор колебаний на Конгрессе по электричеству летом 1893 года на Всемирной ярмарке в Чикаго, где выступил с лекцией, которую, будучи занятым неотложной работой, не мог подготовить к публикации. Пользуясь случаем, изложил принципы устройства механического генератора колебаний, но подлинное назначение этой машины впервые излагается здесь.

В процессе получения энергии из окружающей среды, как я первоначально представлял, предполагалась конструкция из пяти составляющих механизмов, и каждый из них необходимо было заново спроектировать и отладить, поскольку таких машин не существовало. Механический генератор колебаний стал первым элементом этой конструкции, и, наладив его работу, я сосредоточился на следующем — воздушном компрессоре, который имел некоторое конструктивное сходство с механическим генератором колебаний. Опять возникли обычные препятствия при его создании, но они были успешно устранены, и в конце 1894 года работа над этими двумя составляющими конструкции закончилась и, таким образом, создан инструмент для сжатия воздуха фактически до любого желаемого давления — прибор несравнимо более простой, меньших размеров и более экономичный, чем обычный. Я едва начал работу над третьим компонентом, который вместе с двумя первыми мог образовать холодильную установку исключительной рентабельности и простоты, когда меня постигло несчастье — пожар в моей лаборатории, который нанес ущерб трудам и отбросил меня назад. Вскоре после этого д-р Карл Линд сообщил о сжижении воздуха в процессе его охлаждения, продемонстрировав этим, что воздух можно охлаждать до тех пор, пока не произойдет его сжижение. Это стало единственным экспериментальным доказательством, в котором я всё еще нуждался: получение энергии из окружающей среды предложенным мной способом достижимо.

Сжижение воздуха в процессе охлаждения было не случайным, как считалось, открытием, а научно обоснованным результатом, который не мог быть отсрочен надолго и который, по всей вероятности, не мог ускользнуть от Дьюара. Сей замечательный прогресс, я полагаю, в большой степени обусловлен энергичной работой этого великого шотландца. Тем не менее достижение Линда бессмертно. В Германии в течение четырех лет производится жидкий воздух в гораздо больших количествах, чем в какой-либо другой стране, и этот необыкновенный продукт находит самое разнообразное применение. Сначала от него ждали многого, но до настоящего времени он остается обманчивой надеждой промышленности. С применением механизма, над которым я работаю, его стоимость намного уменьшится, но даже тогда его коммерческий успех будет сомнителен. Его применение в качестве охлаждающей жидкости не будет экономичным, так как его температура излишне низка. Поддерживать очень низкую температуру вещества так же дорого, как сохранять его очень горячим; расходуется уголь, чтобы сохранять воздух холодным. В производстве кислорода он к тому же не может соперничать с электролитическим методом. Для применения в качестве взрывчатого вещества не подходит, потому что его низкая температура опять уличает его в низкой эффективности, а использовать его как движущую силу не позволяет слишком высокая стоимость. Однако важно отметить, что при работе двигателя на жидком воздухе можно получать определенное количество энергии от самого двигателя или, другими словами, от окружающей среды, которая сохраняет двигатель теплым, когда каждые двести футов железного литья двигателя отдают около одной лошадиной силы энергии в час. Но этот выигрыш пользователя сводится на нет равнозначной потерей в двигателе.

Задача, над которой я столь долго работаю, решена еще не полностью. Ряд механических деталей также нуждается в доработке, предстоит преодолеть различного характера трудности, и я еще долгое время не смогу надеяться на создание «самодействующей» машины, извлекающей энергию из окружающей среды, даже если все мои ожидания претворятся в жизнь. В последнее время возникло много обстоятельств, приведших к приостановке моей работы, но по некоторым соображениям отсрочка оказалась полезной: появилось достаточно времени на обдумывание вероятных предельных возможностей этого проекта.

Долгое время я работал в полной убежденности, что практическое применение этого метода извлечения энергии Солнца будет иметь не поддающееся оценке значение, но дальнейшее изучение предмета выявило обстоятельство, что, несмотря на его коммерческую прибыльность, если мои расчеты верны, он не будет экстраординарным.

Открытие непредвиденного свойства атмосферы; необычные опыты; передача электрической энергии по одному проводу без обратного провода; передача по земле без проводов

Изучение передачи электрической энергии на любое расстояние через окружающую среду оказалось лучшим решением великой проблемы использования энергии Солнца для нужд человечества. Долгое время я был убежден, что такая передача в промышленном масштабе никогда не может быть осуществлена, но сделанное открытие изменило мои взгляды. Я заметил, что при определенных условиях атмосфера, являющаяся в обычном состоянии превосходным изолятором, приобретает свойства проводника и становится способной передавать любое количество электрической энергии. Но вопрос, как применить на практике это открытие для беспроводной передачи электрической энергии, казалось, не имел ответа. Необходимо было получить и держать под контролем электрический ток напряжением в миллионы и миллионы вольт, а для этого нужен генератор нового типа, способный выдерживать огромные электрические нагрузки. И прежде чем хотя бы мысленно предложить его к практическому применению, необходимо создать систему всесторонней защиты от опасностей, исходящих от токов высокого напряжения. Сделать всё это за несколько недель, месяцев или даже лет просто невозможно. Эта работа требовала терпения и постоянного устремления, но успех пришел, хотя и не сразу. В ходе этой долгой работы были получены и другие полезные результаты, о которых я постараюсь дать краткий отчет, перечислив основные достижения, нашедшие успешное применение.

Проводимость воздуха — открытие, хотя и непредвиденное, на самом деле естественный результат экспериментов в особой области, которые я проводил в течение ряда лет. И полагаю, это было в 1889 году, когда некоторые свойства, проявленные чрезвычайно быстрыми электрическими колебаниями, заставили меня создать ряд специальных машин, предназначенных для их исследования. По причине специфических требований к этим механизмам их создание шло очень трудно и требовало много времени и сил; но моя работа над ними была щедро вознаграждена, так как с их помощью я получил несколько новых и важных результатов. Одно из самых первых наблюдений, сделанных мной с помощью этих новых машин, состояло в том, что электрические колебания чрезвычайно высокой частоты удивительным образом воздействуют на организм человека. Так, например, я продемонстрировал, что мощные электрические разряды в несколько сот тысяч вольт, считавшиеся в то время абсолютно смертельными, можно пропускать через тело, не причиняя беспокойства или болезненных последствий. Эти колебания произвели определенные специфические физиологические воздействия, которыми сразу после моего выступления заинтересовались врачи, продолжившие их изучение. Это новое направление исследований оказалось сверх всех ожиданий плодотворным. За прошедшие с тех пор несколько лет оно до такой степени окрепло, что теперь является официально признанным разделом медицины. Многие результаты, считавшиеся в то время невозможными, сейчас легкодостижимы, и многие эксперименты, о которых раньше и не мечталось, теперь могут легко проводиться с помощью этих колебаний. Я всё еще с удовольствием вспоминаю, как девять лет тому назад пропустил разряд мощной индукционной катушки через свое тело, чтобы продемонстрировать научному обществу относительную безопасность электрических токов очень высокой частоты, и до сих пор помню изумление моей аудитории. Теперь я бы с гораздо меньшими опасениями, чем в том эксперименте, пошел на то, чтобы пропустить через свое тело при таких токах всю электрическую энергию динамо-машин, работающих сейчас на Ниагаре, — сорок или пятьдесят тысяч лошадиных сил. Я получил электрические колебания такой интенсивности, что они, проходя через мои руки и грудную клетку, расплавляли провода, которые соединяли мои руки, но я не испытывал никакого неудобства. Такие колебания, подаваемые на контур из толстого медного провода, были настолько сильны, что металл и даже объекты, имеющие большее удельное электрическое сопротивление, чем ткани человека, помещенные рядом с контуром или внутри него, нагревались до высокой температуры и плавились, часто со стремительностью взрыва, но именно в это пространство, в котором происходили такие страшно разрушительные действия, я неоднократно просовывал голову, ничего не ощущая и без каких-либо вредных для здоровья последствий.

Еще одно наблюдение заключалось в том, что с помощью таких колебаний можно было получать свет новым и более экономичным способом, благодаря которому реально наладить идеальную систему электрического освещения с помощью вакуумных трубок вместо ламп с нитью накаливания, избавляясь таким образом от проблемы их замены и, возможно, использования проводов в интерьере зданий. Эффективность освещения возрастает в соответствии с частотой колебаний, и потому коммерческий успех зависит от экономичного производства электрических токов сверхвысоких частот. В последнее время это направление моих поисков оказалось успешным и принесло удовлетворение.

Эти исследования привели к другим полезным наблюдениям и результатам, наиболее важное из них — доказательство осуществимости передачи электрического тока по одному проводу без обратного. Сначала я мог передавать этим новым способом лишь очень небольшое количество электрической энергии, но и в этом направлении мои усилия были вознаграждены.

На фотографии (Ил. 5 ) демонстрируется, как сказано в описании, фактическая передача энергии без проводов, осуществленная с помощью аппаратуры, используемой в других, здесь описанных экспериментах. Со времени моих первых опытов в начале 1891 года, показанных научному обществу, когда мой прибор был едва ли способен заставить светиться одну лампу (и это считалось чудом), электроприборы будут усовершенствованы и станет очевидным, что теперь для меня не существует препятствий, чтобы заставить светиться таким же способом четыреста, пятьсот или более ламп. Действительно, нет ограничений в количестве энергии, которая может подаваться таким способом для подключения электрических приборов любого типа.

Когда оказалась доказана реальность этого способа передачи, возникла мысль использовать землю в качестве проводника, освобождаясь, естественно, от всех проводов. Известно, что каким бы ни было электричество, оно ведет себя подобно несжимающейся жидкости, а землю можно рассматривать в качестве неисчерпаемого источника электричества, которую, как я считал, можно эффективно возмущать с помощью должным образом сконструированной электрической машины. Тогда в соответствии с этой задачей я направил свои усилия на создание специального устройства, которое будет с высокой эффективностью создавать возмущение электричества в земле. Успехи в этом новом направлении были редки, и работа приносила разочарования, пока, в конце концов, не удалось завершить работу над трансформатором, или индукционной катушкой, нового типа, специально предназначенного для этой цели. То, что этот способ позволяет передавать не только небольшие количества электрической энергии для приведения в действие чувствительных электроприборов, как я вначале предполагал, но и значительных ее количеств, явствует из фотографии (Ил. 6 ), где показан опыт с тем же трансформатором. Достигнутый результат был тем более замечателен, что верхний конец катушки не соединялся ни с проводом, ни с обкладкой для усиления эффекта.