Тесла - Радиантное Излучение
.pdfПри изучении каждого из этих ранних наблюдений, разделённых тридцатилетним периодом, Тесла ощутил, что они схожи с его открытием. Каждый из этих случаев был вызван небольшими вариациями одного и того же явления. Совершенно случайно каждый экспериментатор добился проявления эффекта сверхзаряда. В случае доктора Генри, явление взрыва проявилось единственной вспышкой, так как для накопления первоначального заряда использовалась электростатическая машина. Второй случай был особенным, потому что в нём наблюдалось непрерывное и продолжительное явление сверхзаряда. Такой эффект был редок, потому что обычно он требовал очень точного соблюдения электрических параметров. Тесла вывел это положение из того простого факта, что данный эффект крайне редко наблюдался в лабораториях всего мира. Но ему повезло быстро заметить аномальные атрибуты этого явления. Тесла знал, что, несмотря на сильный проникающий эффект в каждом случае, только ему удалось добиться полного и максимального проявления сверхзаряда. Его аппарату не было равных, он гарантированно мог высвобождать ту сущность электростатического поля, которая была недостижима для других аппаратов.
Несмотря на то, что Тесла сделал это открытие в 1889 г., предварительный обзор эффекта был опубликован только после продолжительной серии экспериментов. «Рассеяние электричества», опубликованное перед Рождеством 1892 г., стало поворотной статьёй Теслы. Именно с этого момента он полностью забросил исследования переменных токов высокой частоты. Полностью отойдя от исследования поля, Тесла начал описывать ударные волны и другие эффекты ИМПУЛЬСОВ. Вдобавок к тем физическим сенсациям, которые он описывал с характерной для него сдержанностью, Тесла также обратил внимание на «газовые» аспекты феномена. Он обнаружил, что резко заряженные провода в его экспериментах производят странные газообразные потоки при погружении в масляную ванну. Сначала он полностью приписывал это явление газу, поглощённому проводником, но вскоре обнаружил, что этот эффект продолжается длительное время от одного и того же провода, и никакой объём обычного поглощённого газа не может это объяснить. Определённо, при этом в масле возникали потоки, настолько сильно срывавшиеся с концов заряженного провода, что они зрительно сжимали масло, образуя полости, иногда до пяти сантиметров глубиной! Тесла начал изучать истинную природу лёгкого «газа», вырывавшегося с концов провода, погружённого в масло.
Он подготовил серию продолжительных экспериментов, чтобы выяснить настоящую причину и природу этих поразительных газовых импульсов. В своей статье Тесла описывает волны, проникающие через экран, как «звуковые волны электрифицированного воздуха». Тем не менее, он сделал поразительное описание звука, нагрева, света, давления и шока, которые он чувствовал при прохождении эффекта через медные пластины. Все вместе, они «являли присутствие переносчика газообразной структуры, то есть такого, который состоит из независимых переносчиков, способных к свободному движению». Так как воздух определённо не был таким «переносчиком», о чём же он говорил? Ниже в той же статье он чётко формулирует, что «кроме воздуха, существует другой переносчик».
С помощью удачного экспериментального оборудования, Тесла открыл несколько фактов, касающихся образования его эффекта. Во-первых, причина его, без сомнения, заключалась в прерывании тока. Именно при замыкании выключателя, в момент его «замыкания и разрыва», эффект прорывался в окружающее пространство. Он был однозначно привязан к времени, длительности ИМПУЛЬСА. Во-вторых, Тесла обнаружил, что обязательным условием было то, чтобы процесс происходил в виде единственного импульса. Повторение разряда было недопустимо, эффект не проявлялся во второй раз. По этому поводу Тесла сделал краткие заметки, описывая роль ёмкости в цепи, излучающей искру. Он нашёл, что эффект значительно усиливается, если между разрядником и динамо разместить конденсатор. Диэлектрик конденсатора одновременно обеспечивал внушительную энергию для получения эффекта и служил защитой для обмоток динамо.
41
Эффект также можно было значительно усилить увеличением напряжения, ускорением размыкания, и укорочением времени замыкания переключателя. До сих пор для получения своих однонаправленных импульсов Тесла использовал переключатели с вращающимися контактами. Когда эти механические импульсные системы перестали справляться с увеличением действия эффекта, Тесла стал искать более «автоматические» и мощные устройства. Он нашёл этот «автоматический выключатель» в виде специальных дуговых электрических разрядников. Высоковольтный выход генератора постоянного тока был присоединён к спаренным проводникам через новый дуговой механизм, представлявший из себя очень мощный постоянный магнит, установленный поперёк пути дугового разряда. Дуга разряда автоматически и продолжительно возникала и гасла под действием магнитного поля.
Для достижения требуемого редкого эффекта, требовалось, чтобы конденсатор и линии соединительных проводов были выбраны таким образом, что получение и разряд необходимого электростатического заряда происходило в прерывистой однонаправленной манере. Такой контур Тесла создавал похожим на пульсирующую струю, когда никакое обратное давление не мешает мощному потоку. Электростатический заряд увеличивался до своего максимума и разряжался очень быстро. Постоянное применение высоковольтного динамо оказывало давление на цепь, которое успешно порождало непрерывный процесс «заряда – быстрого разряда». Эффект Тесла мог возникнуть при этом, и только при этом условии. Импульсы буквально текли через аппарат из динамо. Конденсатор, разрядник, и его присоединительные провода вели себя как вибрирующий клапан.
http://wp.itacom.kz/2009/05/10/udarnye-volny-nikoly-tesla/
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Gary Peterson. Comparing the Hertz-wave and Tesla wireless systems. http://www.tfcbooks.com/articles/tws09.htm
Говоря о своей новаторской работе на рубеже веков в разработке первой практической системы беспроводной связи Тесла сказал:
"прибор, который я изобрел аппарат, позволяющий производить огромные разницы потенциалов и токов в цепи антенны. Эти требования должны быть выполнены, независимо от того, передаете ли вы токами проводимости, или передаете ли вы электромагнитными волнами. Вы хотите высокие потенциальные токи, вы хотите большое количество вибрационной энергии, но вы можете закончить эту вибрационную энергию. По правильной конструкции и выбору длины волны, вы можете организовать его так, что вы получите, например, 5 процентов в этих электромагнитных волн и 95 процентов в ток, который проходит через землю. Вот что я делаю. Или, можно получить, как эти радиолюбители, 95 процентов энергии электромагнитных волн и только 5 процентов энергии тока. Аппарат подходит для того или иного метода. Я не произвожу излучение в своей системе; я подавления электромагнитных волн. Но, с другой стороны, мой аппарат может эффективно использоваться с электромагнитными волнами. Аппарат не имеет ничего общего с этим новым методом, кроме того, что он является единственным средством, чтобы практиковать его. Так что в моей системе, Вы должны освободить себя от мысли, что есть излучение, что энергия излучается. Она не излучается, она сохраняется."[1]
Хотя они во многом схожи, есть также некоторые существенные различия между тем, что можно было бы назвать "Tesla беспроводной системы" и Маркони или Hertz-волна беспроводной системы в общем использовании сегодня. Оба включают в себя то, что обычно называют "четыре настроенной схемы" конфигурации, состоящей из индуктивно связанных радиочастотных цепей, два на передатчике и два на приемнике. Как ясно из Тесла, основной механизм получения мощности радиочастот по сути идентичен. Принципиальная разница заключается в антенне или пусковой конструкции.
42
Рис. 1-3-1. Схема устройства. Иллюстрация системы Маркони демонстрирует свое 1/4- волновые антенны монополя. [3] и передатчик, слева, и приемник первоначально одиночной настроенной конструкции цепи. На ранней стадии Маркони перепроектировал свой передатчик, используя изобретение Tesla в сочетании настроенной схемы, сохраняя при этом монопольную структуру запуска.
Рис. 1-3-2. Схема устройства. Система Тесла в сочетании с настроенными контурами на передачу и прием заканчивается. Блок справа действует как передатчик. [3]
Для наших целей мы будем использовать источник питания с частотой примерно 136 кГц. Эта частота попадает в низкочастотный радиочастотный диапазон 135.7-137.8 кГц, который в настоящее время существует в Европе и Великобритании.. и был предложен в США [4]. Взаимосвязь между длиной волны и частотой задается уравнением,
лямбда (в футах) = 984 / частота (в МГц).
Призведя вычисления получаем, что электрическая длина волны на 136 кГц составляет около 7235 футов. Вертикальная четверть волны Маркони типа антенна может состоять из металлической радионавигационной башни, достигающей около 1800 футов над поверхностью Земли.
43
Тесла-типа ретрансляционных вышек, мачт для этой частоты будет значительно короче, чем монополь. Нижняя треть или около того состоит из спирального резонатора, за которым следует относительно большой проводящий цилиндр, соединенный со сферической или пончиковой клеммой большой площади поверхности. На 136 кГц реалистичная высота такой конструкции находится на высоте порядка 90 футов.
Рис. 1-3-3. Башня Тесла. Тесла описал эту конфигурацию в патенте США № 1,119,732, "аппарат для передачи электрической энергии."[5] 187-футовая башня Уорденклифф на Лонг-Айленде воплотила тот же дизайн.
Проблема заключается в том, чтобы охарактеризовать работу этих двух различных пусковых структур в ответ на применение радиочастотного переменного тока. В первом случае теория антенны говорит нам, при правильном соединении линии электропередачи со структурой будет эффективным радиатором электромагнитной энергии.
Из-за конечной скорости электрического тока, протекающего через проводник, требуется определенное количество времени для прикладного заряда, чтобы нарастить на антенне. Электрическое поле следует за носителями заряда, движущимися вдоль вертикальной монопольной антенны, и линии, как правило, распространяются через пространство в направлении положения, которое они занимают в условиях статического заряда. [ * ] Во время цикла следующего квартала монополь разряжается, и некоторые линии разрываются, образуя замкнутые петли. Силовые линии распространяются в пространстве в какой-то степени таким же образом, как образуются волны на пруду, когда камешек бросают в. Это действие повторяется с каждым последующим циклом РФ. Отсюда вытекает, что энергия безвозвратно теряется из монополя. Эта потерянная энергия представляет собой электромагнитное излучение, то есть радиоволны. Наряду с потерей энергии поля или излучаемой из монополя, определенная фракция возвращается к источнику во время каждого радиочастотного цикла. Следовательно, поля вблизи антенны представляют собой как накопительные, так и радиационные компоненты. Они описаны как реактивные поля и излученного поля антенны.
В случае пусковой структуры типа Тесла эффект задержки времени, который отвечает за выработку электромагнитного излучения или "радиоволн", например, происходит с четвертьволновой монопольной радиоантенной антенной, минимизируется, а накопленная энергия или реактивная составляющая поля значительно увеличивается. В то время как количество времени, затрачиваемое на зарядку конструкции, остается прежним, общее расстояние между нижней точкой подачи и верхней оконечностью конструкции значительно меньше. Например, если
44
структура имеет 90 футов в высоту, по сравнению с 1800 футов в высоту монополь большое общее расстояние возмущения волна движется в осевом направлении вдоль резонатора составляет около 5 процентов от 136 кГц электрические четверть длины волны. Полевые линии, распределенные по всему пространству, следуют изменениям заряда гораздо эффективнее. Это означает, что после того, как полярность радиочастотного источника будет обращена вспять, большее количество энергетического поля восстанавливается или отражается обратно из свободного пространства в передающий элемент, а электромагнитное излучение подавляется. Базовый импеданс спирального резонатора правильно сконфигурированного увеличительного передатчика Tesla очень низок, и это позволяет эффективно применять восстановленную или отраженную мощность непосредственно на землю через то, что должно быть очень прочным заземляющим соединением для оптимальной эффективности.
Немалых расходов можно ожидать наземной структуры антенны Маркони-Тип беспроводной объект волны, если это выполнить качественно; установка похоронили противовес не дорогое предложение. Обратное происходит в случае, если обязательство построить правильную Тесла Всемирную беспроводную систему увеличительного передатчика.
Опять цитирую Тесла: "Вы видите, подземные работы-одна из самых дорогих частей башни. В этой системе, которую я изобрел, необходимо, чтобы машина захватила землю, иначе она не сможет встряхнуть землю. Она должна иметь хватку на земле, чтобы весь этот земной шар мог дрожать, и для этого необходимо провести очень дорогостоящее строительство. Я ведь изобрел специальные машины."
В заключение, принципиально идентичные электрические осцилляторы, состоящие из ВЧ источника питания, повышенного проводника и прочного заземляющего соединения, могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы способствовать двум различным формам беспроводного распространения. Низкочастотная беспроводная связь может быть осуществлена либо путем получения электромагнитного излучения в виде космических волн, либо путем получения наземных токов и сопровождающих их ловушек поверхностных волн, возможно аналогичных поверхностной волне Зенека.
Еще раз цитирую Тесла: "Из моей схемы вы можете получить либо электромагнитные волны, 90 процентов электромагнитных волн, если хотите, и 10 процентов в текущей энергии, которая проходит через землю. Или, вы можете обратить вспять процесс и получать 10 процентов энергии в электромагнитных волнах и 90 процентов в энергии тока, который проходит через землю. . . . Эта точка зрения, кстати, сейчас подтверждена. Обратите внимание, например, на математический трактат Соммерфельда [6], который показывает, что моя теория верна, что я был прав в моих объяснениях явлений."[1]
Рис. 1-3-4. 1-Геометрия распространения волны Зенека. [7]
45
Рис. 1-3-5. 8-Снижение напряженности поля волны Зенека для распространения вокруг Земли как функция частоты в кГц. [7]
Теория антенны и соответствие импеданса Излучающего диполя поле из-за сбора заряженных частиц, колеблющихся в проводник,
включающий запуск структуры. Заряд вынужден в колебание впрыском электромагнитной энергии. Этот процесс предполагает согласование импеданса источника энергии и создание ее структуры, а также линии электропередачи, соединяющей две. Осциллятор продает эту энергию туда и обратно между индуктивными [магнитными] и емкостными [электростатическими] компонентами накопителя энергии. Периодическое движение зарядов создает синусоидальное поле и косинусоидальной H-поля. Ч компонент несет в себе магнитную энергию и электронной компонент несет электростатической энергии. При колебании заряда/поля накопленная энергия чередуется между магнитным пиком и электростатическим пиком. Колебания происходят на фиксированной частоте, в первую очередь зависящей от геометрии стартовой структуры и в меньшей степени от близости любых окружающих объектов. Процесс дипольного излучения также предполагает согласование импеданса, в данном случае дипольного генератора с импедансом свободного пространства, который равен E/h = 377 Ом. Коэффициент импеданса E / H дипольного поля определяется величиной заряда источника и расстоянием, через которое оно колеблется. Волна EM движется наружу и, встречая импеданс свободного пространства, часть излучаемой мощности отражается обратно в стартовую структуру из-за более или менее несоответствия импеданса. Остальная часть продолжает излучаться вдали от антенны, спасаясь в виде электромагнитных герц-волн (см. обучение электромагнетизму с использованием передовых технологий).
Структура запуска передатчика Hertz -wave обеспечивает хорошее начальное совпадение с свободным пространством, что приводит к эффективному производству электромагнитных волн. Тесла-Тип запуска конструкции специально разработаны для плохой матч с импедансом свободного пространства. Его конфигурация тормозит запуск электромагнитных космических волн. При достаточной входной мощности большой увеличительный передатчик способен разрушить изолирующую среду, образующуюся более плотными частями земной атмосферы вокруг и над ней.
Литература:
1)Nikola Tesla On His Work With Alternating Currents and Their Application to Wireless Telegraphy, Telephony and Transmission of Power
2)"The True Wireless"
3)"The Disturbing Influence of Solar Radiation On the Wireless Transmission of Energy"
4)Notice of Proposed Rule Making, FCC 02-136, 05/15/2002
46
5)Dr. Nikola Tesla пїЅ Complete Patents
6)Uber die Ausbreitlung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie," [Annalen der Physik, Vol. 28, March, 1909, pp. 665-736. ["Propagation of Waves in Wireless Telegraphy," Arnold N. Sommerfeld, Ann. Phys. (Leipzig), 28, 1909, pp. 665-737.]
7)Corum, K. L. and J. F. Corum, "The Zenneck Surface Wave," Appendix II of "Nikola Tesla, Lightning Observations, and Stationary Waves," 1994. (See Q&A No. 39 "Can you explain, within accepted laws of physics, what was Tesla doing in Colorado Springs and on Long Island?" for excerpts.)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Негерцовый электромагнетизм. https://www.bastabalkana.com/2014/02/nehercijanski-magnetizam-негерцевский- электромагнетизм/?msg=fail&shared=email
Marjanovic G., Borak V.
-в своей работе Тесла использует не Герцовые волны, но «волны совсем иного вида», -процент переданной энергии из его аппарата в форме Герцовых электромагнитных волн весьма мал, -частоты должны быть в диапазоне от 6Гц до 20кГц.
-эффект увеличивается с удалением, и достигает максимуму в районе, диаметрально противоположном (на поверхности Земли) от передатчика, -скорость этих волн в 60 раз выше скорости света.
Рис. 1-3-6. Волны Теслы, частота от 6Гц до 20кГц, длина волны от 1Ю,5х10в4 м до 5х10в7 м.
47
Рис. 1-3-7. Волны Тесла.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Поверхностные волны Зенека.
Gary Peterson. Rediscovering the Zenneck surface wave.
Гэри Питерсон. Переоткрытие поверхностной волны Zenneck. http://www.tfcbooks.com/articles/tws4.htm
В 1916 году, говоря о его системе глобальной передачи, Тесла привел анализ математик Арнольд Зоммерфельд Н. В качестве подтверждения своих объяснений наблюдаемых явлений радио. Тесла имел в виду свою беспроводную систему, в которой, по его словам, от 90% до 95% электрической энергии проявилось на выходе передатчиков как "волны тока" с остальными существующими как рассеивающее электромагнитное излучение (см. теорию антенны). В 1909 году еще один исследователь по имени Иоганн Зенек, работая над объяснением трансокеанских результатов Маркони, показал, что уникальный тип поверхностной волны может перемещаться по границе раздела между землей и воздухом.
По словам Джеймса Корума: "Отличительной чертой волны Зенека было то, что распространяющаяся энергия не распространялась как излучение, а концентрировалась вблизи направляющей поверхности. Зоммерфельд показал, что электромагнитная волна может направляться вдоль провода с конечной проводимостью, и Зеннек задумал, что поверхность земли будет работать так же, как один провод."[см. " Принципы работы аппарата Уорденклифф"]
Комментируя анализ поверхностной волны Соммерфельда, Джеймс Р. Ждет утверждает, что "амплитуда поля меняется обратно, как квадратный корень горизонтального расстояния от источника. "Интересно отметить, что Зоммерфельд показал различие между "электродинамический" поверхностной волны Герца и его коллегой в пространстве волну, полагая, что оба компонента могут присутствовать в разной пропорции в комплексе "волна".
48
Тесла утверждал, что точный состав выбросов зависит от конструкции стартовой конструкции передатчика.
Рис. 1-3-8. Геометрия распространения волны Зенека.
Согласно математическому анализу Джеймса Корума волны Зенека: "Полученная волна представляет собой поверхностно управляемый (однопроводной) режим линии электропередачи, который ослабляет экспоненциально вдоль направляющей. . . . Нет обратных квадратов распространение и дифракция, как и электромагнитные волны. . . . С соответствующими конституционными параметрами, чистая волна Зенека, казалось бы, сдерживает обещание направленного распространения без радиационного поля, чтобы тратить энергию."
По мере того как изучение радиопропаганды развивалось и некоторые математические анализы исключали его, некоторые вопросы о существовании поверхностных волн Zenneck начали развиваться. В 1937 году этим сомнениям была оказана ограниченная поддержка после того, как испытания показали, что простые антенны, управляемые на частоте 150 МГц, произвели в 100 раз меньшую напряженность поля, чем предполагалось. Более поздние исследования показывают, доказательств того, что Zenneck волны могут, действительно, быть сгенерирован. Чем ниже частота, тем ниже потери распространения. Очевидно также, что они не являются основным вкладчиком в поле, производимое электрическим диполь или четверть волны радиатора, однако они могут быть возбуждены энергичным четверть волны резонатора. Цитировать холме и ждать,
"Как выясняется, волны Зенека вообще трудно возбудить с реалистичной источник, потому что он имеет довольно медленное загнивание с высотой над поверхностью земли. Но до сих пор остается открытым вопрос о том, могут ли другие виды источников быть не более благоприятными. Бесконечная вертикальная апертура с изменением высоты, соответствующим той из волны Зенека будет возбуждать только поверхностную волну Зенека без поля излучения.
. . ."[Хилл, Д. и Ж. р. подождите, "возбуждение Zenneck поверхностной волны на вертикальную диафрагму," Радио-науки, вып. 13, № 6, ноябрь-декабрь 1978, с.969-977.]
И в очередной раз процитировать д-ра Корум: "Анализ, проведенный компанией Hill and Wait в 1978 году, исследовал поля, полученные вертикальным листом горизонтально направленного магнитного тока с экспоненциальным изменением диафрагмы" бесконечного Зенека". . . .
Анализ. . . Показано, что эта область не имеет собственных заслуг на частоте от 1 до 10 МГц, и мы, конечно, согласны. Интересно, однако (и это чистая гипотеза на данный момент), если расположение Колорадо-Спрингс высокого напряжения (10-20 MV) VLF резонатор действительно обладают эффективным вертикальным распределением магнитного тока, который может запустить подобную Zenneck поверхности волны. . . ."
Участки напряженности поля по сравнению с частотой указывают на то, что волна Зенека лучше всего распространяется на частотах ELF и VLF до примерно 35 кГц и начинает терять свое преимущество по мере того, как частота поднимается выше этой точки.
49
Рис. 1-3-9. Прогнозируемое снижение напряженности поля волны Зенека для распространения по всему миру как функция частоты в кГц.
Постоянная фаза сложного продольного распространения вдоль поверхности Земли для поверхностной волны Зенека.
В Zenneck поверхностной волны и Нортон поверхностной волны
1/2-волновая дипольная антенна в свободном пространстве-антенна Герца-приближается к идеальному источнику электромагнитного излучения, излучаемого в виде космических волн. Эти космические волны могут достигать приемника либо путем распространения небесной волны, либо путем распространения наземной волны, причем последняя является частью излучаемой космической волны, которая распространяется вблизи поверхности Земли. Такая волна имеет как прямой волны и массой-отражены компоненты, и при определенных условиях тропосферного воздуховоды компонента. Прямая волна ограничена только расстоянием до горизонта от передатчика плюс небольшое расстояние, добавленное атмосферной дифракцией вокруг кривизны земли. Земле-отражена часть излучаемой волны, достигает приемной антенны, после отражения от земной поверхности.
Есть также наведенный приземные поверхностно-волновых компонент, известный как Нортон поверхностной волны. Эта волна является результатом электрических токов, индуцированных в земле преломлением части отраженной волновой составляющей на интерфейсе земля-атмосфера. При отражении с поверхности Земли отраженная волна проходит разворот фазы 180deg. Когда как передающие, так и принимающие антенны находятся на земле или близко к ней, и расстояние между ними становится большим, прямые и отраженные
50