Das World Wireless System von Nikola Tesla

Im Juni 1899 wurde ein Wissenschaftler serbischer Herkunft, Nikola Tesla, beginnt mit der experimentellen Arbeit in seinem Labor in Colorado Springs (USA). Teslas damaliges Ziel war eine praktische Untersuchung der Möglichkeit, elektrische Energie durch die natürliche Umwelt zu übertragen.

Teslas Labor befindet sich auf einem riesigen Plateau, das sich auf einer Höhe von zweitausend Metern über dem Meeresspiegel befindet, und das Gebiet im Umkreis von Hunderten von Kilometern ist für recht häufige Gewitter mit sehr hellen Blitzen bekannt.

Tesla sagte, dass er mit Hilfe eines fein abgestimmten Geräts in der Lage sei, Blitzeinschläge in einer Entfernung von sieben- oder achthundert Kilometern von seinem Labor zu erkennen. Manchmal wartete er fast eine Stunde auf das Donnergeräusch der nächsten Blitzentladung, während sein Gerät die Entfernung zum Ort der Entladung sowie die Zeit, nach der das Geräusch sein Labor erreichen würde, genau bestimmte.

Um elektrische Schwingungen im Globus zu untersuchen, installierte der Wissenschaftler den Empfangstransformator so, dass seine Primärwicklung mit einem seiner Anschlüsse geerdet war, während sein zweiter Anschluss mit einem leitenden Luftanschluss verbunden war, dessen Höhe angepasst werden konnte.

Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit einer empfindlichen selbstregulierenden Vorrichtung verbunden. Schwingungen in der Primärwicklung verursachten Stromimpulse in der Sekundärwicklung, die wiederum den Rekorder betätigten.

Eines Tages beobachtete Tesla Blitzeinschläge eines Gewitters, das in einem Umkreis von weniger als 50 Kilometern um sein Labor tobte, und dann gelang es ihm mit Hilfe seines Geräts, in nur zwei Stunden etwa 12.000 Blitzentladungen aufzuzeichnen!

Bei den Beobachtungen war der Wissenschaftler zunächst überrascht, dass Blitzeinschläge, die weiter von seinem Labor entfernt einschlugen, oft einen stärkeren Einfluss auf sein Aufnahmegerät hatten als solche, die näher einschlugen. Tesla stellte eindeutig fest, dass der Unterschied in der Stärke der Entladungen nicht die Ursache für die Unterschiede war. Aber was dann?

Am dritten Juli machte Tesla seine Entdeckung. Als der Wissenschaftler an diesem Tag ein Gewitter beobachtete, stellte er fest, dass die mit hoher Geschwindigkeit aus seinem Labor strömenden Gewitterwolken fast regelmäßige (in fast regelmäßigen Abständen wiederkehrende) Blitzeinschläge erzeugten. Er fing an, auf sein Tonbandgerät zu schauen.

Als sich das Gewitter vom Labor entfernte, wurden die Stromimpulse im Empfangstransformator zunächst schwächer, stiegen dann aber wieder an, es kam zu einem Höhepunkt, der dann verging und durch einen Rückgang der Intensität ersetzt wurde, doch dann kam erneut ein Höhepunkt, dann wieder ein Rückgang .

Er beobachtete dieses deutliche Muster, selbst als sich das Gewitter bereits etwa 300 Kilometer von seinem Labor entfernt hatte, die Intensität der daraus resultierenden Störungen blieb beträchtlich.

Der Wissenschaftler zweifelte nicht daran, dass es sich um Wellen handelte, die sich von den Orten, an denen der Blitz einschlug, wie entlang eines gewöhnlichen Drahtes bis zum Boden ausbreiteten, und er beobachtete ihre Wellenberge und -täler genau in den Momenten, in denen sie von der Stelle der Empfangsspule getroffen wurden.

Tesla machte sich dann daran, ein Gerät zu bauen, das ähnliche Wellen erzeugen würde. Es musste ein Stromkreis mit sehr hoher Induktivität und möglichst geringem Widerstand sein.

Ein solcher Sender kann Energie (und Informationen) übertragen, aber grundsätzlich nicht auf die gleiche Weise wie bei Hertz-Geräten, also nicht durch elektromagnetische Strahlung… Dabei handelt es sich vermutlich um stehende Wellen, die sich entlang der Erde als Leiter und durch eine elektrisch leitende Atmosphäre ausbreiten.

Nach der Vorstellung des Wissenschaftlers muss die Frequenz in seinem Energieübertragungssystem so weit reduziert werden, dass die Emission (!) der Energie in der Form minimiert wird Elektromagnetische Wellen.

Wenn dann die Resonanzbedingungen erfüllt sind, kann der Schaltkreis die elektrische Energie vieler Primärimpulse wie ein Pendel akkumulieren. Und die Wirkung auf auf Resonanz abgestimmte Empfangsstationen wären harmonische Schwingungen, deren Intensität im Prinzip die Phänomene natürlicher Elektrizität, die Tesla bei Gewittern in Colorado beobachtete, in ihrer Größenordnung übertreffen könnte.

Der Wissenschaftler geht davon aus, dass er bei einer solchen Übertragung die Leitungseigenschaften des natürlichen Mediums nutzt, im Gegensatz zur Hertz-Methode mit Strahlung, bei der einfach viel Energie verloren geht und nur ein sehr kleiner Bruchteil der übertragenen Energie den Empfänger erreicht.

Wenn Sie Teslas Empfänger mit seinem Sender synchronisieren, kann Energie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99,5 % gewonnen werden (Nikola Tesla, Artikel, S. 356), als ob Strom durch einen Draht mit niedrigem Widerstand übertragen würde, obwohl die Übertragung in der Praxis erfolgt Die Stromversorgung erfolgt drahtlos. Die Erde fungiert in einem solchen System als einziger Leiter. Die Technologie, so glaubt Tesla, ermöglicht den Aufbau eines weltweiten Systems zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie.

Die Analogie, die Tesla anführte, um sein System im Hinblick auf die Effizienz der Energie- (oder Informations-)Übertragung dem Hertzschen System gegenüberzustellen, ist diese.

Stellen Sie sich vor, der Planet Erde sei ein mit Wasser gefüllter Gummiball. Der Sender ist eine Kolbenpumpe, die an einem bestimmten Punkt auf der Oberfläche des Balls arbeitet – Wasser wird mit einer bestimmten Frequenz aus dem Ball angesaugt und zu ihm zurückgeführt, aber die Periode muss lang genug sein, damit sich der Ball als Ganzes ausdehnen und zusammenziehen kann diese Frequenz.

Dann werden die Drucksensoren auf der Oberfläche des Balls (Empfänger) über Bewegungen informiert, unabhängig davon, wie weit sie von der Pumpe entfernt sind und mit der gleichen Intensität.Wenn die Frequenz etwas höher, aber nicht sehr hoch ist, werden die Schwingungen von der gegenüberliegenden Seite der Kugel reflektiert und bilden Knoten und Bäuche. Wenn in einem der Empfänger Arbeit verrichtet wird, wird zwar Energie verbraucht, aber es ist so Die Übertragung wird sich als sehr wirtschaftlich erweisen …

Im Hertzschen System rotiert die Pumpe, wenn wir die Analogie fortsetzen, mit einer enormen Frequenz, und die Öffnung, durch die das Wasser zugeführt und zurückgeführt wird, ist sehr klein. Ein großer Teil der Energie wird in Form von Infrarot-Wärmewellen verbraucht und ein kleiner Teil der Energie wird auf den Ball übertragen, sodass die Empfänger nur sehr wenig Arbeit leisten können.

In der Praxis schlägt Tesla vor, Resonanzbedingungen im weltweiten drahtlosen System wie folgt zu erreichen. Sender und Empfänger sind vertikal geerdete Spulen mit mehreren Windungen und einer hohen Oberflächenleitfähigkeit an den an ihren oberen Leitungen befestigten Anschlüssen.

Der Sender wird von einer Primärwicklung gespeist, die deutlich weniger Windungen als die Sekundärwicklung enthält und in starker induktiver Verbindung mit der Unterseite einer geerdeten Sekundärspule mit mehreren Windungen steht.

Der Wechselstrom in der Primärwicklung wird mit Hilfe eines Kondensators gewonnen. Der Kondensator wird von der Quelle aufgeladen und über die Primärwicklung des Senders entladen. Die Schwingungsfrequenz des so gebildeten Primärschwingkreises wird gleich der Frequenz der freien Schwingungen des Sekundärkreises gemacht, und die Länge des Drahtes der Sekundärwicklung von der Erde bis zum Anschluss wird gleich einem Viertel davon gemacht Wellenlänge der sich entlang ihm ausbreitenden Schwingungen.

Vorausgesetzt, dass fast die gesamte selbstelektrische Kapazität des Sekundärkreises auf die Klemme fällt, werden an der Klemme der Gegenknoten (immer der maximale Hub) der Spannung und der Knoten (immer Null) des Stroms erhalten. und am Erdungspunkt - der Gegenknoten des Stroms und der Knoten der Spannung. Der Empfänger hat ein ähnliches Design wie der Sender, mit dem einzigen Unterschied, dass seine Hauptspule mehrere Windungen hat und die kurze Spule unten eine ist sekundär.

Bei der Optimierung der Empfängerschaltung kam Tesla zu dem Schluss, dass für einen möglichst effizienten Betrieb die Spannung der Sekundärwicklung korrigiert werden muss. Zu diesem Zweck entwickelte der Wissenschaftler einen mechanischen Gleichrichter, der es nicht nur ermöglicht, die Spannung zu korrigieren, sondern auch Energie nur dann an die Last zu übertragen, wenn die Spannung der Sekundärwicklung des Empfangskreises nahe am Amplitudenwert liegt.