ニコラ・テスラの世界無線システム

1899年6月、セルビア出身の科学者は、 ニコラ・テスラ、コロラドスプリングス（米国）の研究室で実験的な研究を開始します。当時のテスラの目標は、自然環境を通じて電気エネルギーを伝送する可能性についての実践的な研究でした。

テスラの研究所は海抜 2,000 メートルの広大な高原に建てられており、周囲数百キロメートルの地域は非常に明るい稲光を伴う雷雨が頻繁に発生することで知られています。

テスラ氏は、精密に調整された装置の助けを借りて、研究室から700～800キロメートル離れた場所で発生した落雷を検出することができたと語った。ときには、次の雷放電による雷の音を 1 時間近く待つこともありました。その一方で、彼の装置は、放電が発生した場所までの距離と、音が研究室に到達するまでの時間を正確に測定しました。

地球上の電気振動を研究したいと考えた科学者は、一次巻線が端子の 1 つで接地されるように受信変圧器を設置し、その 2 番目の端子は高さを調整できる導電性の空気端子に接続しました。

変圧器の二次巻線は高感度の自己調整装置に接続されています。一次巻線の振動により二次巻線に電流パルスが発生し、それがレコーダーを動作させました。

ある日、テスラは研究室から半径 50 キロメートル以内で荒れ狂う雷雨による落雷を観察し、その後、デバイスの助けを借りて、わずか 2 時間で約 12,000 回の落雷を記録することに成功しました。

観察中、科学者は最初、研究室から遠く離れた落雷の方が、近くに落ちた落雷よりも記録装置に強い影響を与えることが多いことに驚きました。テスラは、放電の強さの違いが違いの原因ではないことを明確に証明しました。しかし、それではどうでしょうか？

7 月 3 日、テスラは発見をしました。その日の雷雨を観察した科学者は、研究室から高速で押し寄せる嵐の雲が、ほぼ定期的に（ほぼ一定の間隔で繰り返し）落雷を発生させていることに気づきました。彼はテープレコーダーを見始めた。

雷雨が実験室から遠ざかるにつれて、受信変圧器の電流パルスは最初は弱まりましたが、その後再び増加し、ピークが来て過ぎ、強度の減少に置き換えられましたが、再びピークが来て、その後再び減少しました。 。

彼は、雷雨がすでに研究室から約 300 キロメートル離れた場所に移動していたときでも、この明確なパターンを観察しましたが、結果として生じる妨害の強さは依然としてかなり重大でした。

科学者は、これらが、まるで普通の電線に沿っているかのように、雷が落ちた場所から地面に広がる波であることに疑いを持たず、受信コイルの場所が雷に落ちたまさにその瞬間に、その波の山と谷を観察しました。

その後、テスラは同様の波を生成する装置の構築に着手しました。インダクタンスが非常に高く、抵抗が可能な限り小さい回路でなければなりません。

この種の送信機はエネルギー (および情報) を送信できますが、本質的には Hertz デバイスに実装されているのと同じ方法ではありません。 電磁放射… これらは、導体として地球に沿って、導電性大気中を伝播する定在波であると考えられています。

科学者が考えたように、エネルギー伝達システムの周波数は、次のような形でのエネルギーの放出 (!) を最小限に抑える程度まで低減する必要があります。 電磁波.

そして、共振条件が満たされると、回路は振り子のように多数の一次パルスの電気エネルギーを蓄積することができます。そして、共振に同調した受信局への影響は調和振動であり、その強度は原理的にはコロラド州の雷雨中にテスラが観測した自然電気現象を超える可能性がある。

このような送信では、多くのエネルギーが単純に散逸され、送信されたエネルギーのごく一部だけが受信機に到達するヘルツの放射線を用いた方法とは対照的に、科学者は自然媒体の伝導特性を利用すると想定しています。

テスラの受信機を送信機と同期させると、あたかも低抵抗のワイヤを通して電流を転送するかのように、最大​​ 99.5% の効率でエネルギーを得ることができます。電力はワイヤレスで得られます。このようなシステムでは、地球が唯一の導体として機能します。この技術により、電気エネルギーを無線伝送するための世界的なシステムの構築が可能になるとテスラは考えている。

エネルギー (または情報) 伝達の効率の観点から、テスラが自分のシステムをヘルツ システムと対比させて示したアナロジーは次のとおりです。

地球が水で満たされたゴムボールであると想像してください。送信機はボールの表面のある点で動作する往復ポンプです。水はボールから汲み上げられ、特定の周波数でボールに戻されますが、その周期はボール全体が膨張したり収縮したりするのに十分な長さでなければなりません。その周波数。

次に、ボールの表面にある圧力センサー (受信機) は、ポンプからの距離に関係なく、同じ強度で動きを通知されます。周波数がわずかに高いがそれほど高くない場合、振動はボールの反対側から反射して節と腹を形成します。一方、受信機の 1 つで仕事が行われると、エネルギーは消費されますが、トランスミッションは非常に経済的であることがわかります…

ヘルツ方式では、例えを続けると、ポンプは非常に高い周波数で回転し、水を導入および戻すための開口部は非常に小さくなります。エネルギーの大部分は赤外線熱波の形で消費され、エネルギーのごく一部がボールに伝達されるため、受信側はほとんど仕事をすることができません。

実際、テスラは次のように世界の無線システムで共振条件を達成することを提案しています。送信機と受信機は垂直に接地された多巻きコイルで、上部リード線に取り付けられた端子の表面導電率が高くなります。

送信機は、二次巻線よりも巻数が大幅に少ない一次巻線によって電力が供給され、接地された複数巻の二次コイルの底部に強力な誘導接続されています。

一次巻線の交流はコンデンサの助けを借りて得られます。コンデンサは電源によって充電され、送信機の一次巻線を通じて放電されます。このようにして形成した一次発振回路の発振周波数は二次回路の自由振動の周波数と等しく、二次巻線のグランドから端子までの線の長さは1/4とします。それに沿って伝播する振動の波長。

二次回路の自己電気容量のほとんどすべてが端子にかかるとすると、電圧の腹 (常に最大振幅) と電流の節 (常にゼロ) が得られるのは端子です。接地点 - 電流の腹と電圧のノード 受信機は送信機と同様の設計ですが、唯一の違いは、メインコイルがマルチターンであり、下部の短いコイルが巻かれていることです。二次的な。

テスラは、受信回路を最適化することで、最も効率的に動作させるには二次巻線からの電圧を補正する必要があるという結論に達しました。このため、科学者は機械式整流器を開発しました。これにより、電圧を補正するだけでなく、受信回路の二次巻線の電圧が振幅値に近づいた瞬間にのみエネルギーを負荷に転送することができます。