Патент Тесла (улучшения связанные с передачей электроэнергии)

№8200 Дата заявки – 17 апреля 1905 года—Принято, 17 апреля 1906 года

" Улучшения связанные с передачей электроэнергии ".

Это изобретение связано с передачей электроэнергии. С давних пор было известно что электрические токи могут распространятся через землю, и это знание использовалось ногими путями в передаче сигналов и задействовании множества приемных устройств, удаленных от источника энергии, главным образом с объектом распределения с обратным проводящим проводом. Также известно что электрические колебания могут быть переданы через части земли путем заземления только одного из полюсов источника, и этот факт я сделал использующимся в системах, которые я разработал для целей передачи через природную среду, четких сигналов или мощности, и которые сейчас хорошо известны. Но все эксперименты и наблюдения прежде сделанные имеют тенденцию подтверждать мнение придерживаемое большинством ученных мужей, что земля, благодаря ее обширному пространству, хотя обладает проводящими свойствами, не ведет себя как проводник ограниченных размеров по отношению к произведенным колебаниям, а наоборот, больше похожа на большой резервуар, или океан, в то время как он может быть в определенном месте возбужден волнениями некоторого вида, остается невосприимчивым и спокойным в большей части или в целом. Еще другой факт, теперь из общего знания есть, что когда электрические волны или колебания влияют на такой проводящий путь (контур) как металлический провод, при определенных условиях имеет место отражение, от концов провода и, и в результате интерференции вышедших и отраженных колебаний, вырабатывается явление «стоячих волн», с максимальными и минимальными неопределенными, фиксированными позициями. В любом случае существование этих волн показывает, что некоторые из вышедших волн достигли границ проводящего контура и отразились от него. Теперь я открыл, что вопреки ее огромным размерам и вопреки всем наблюдениям прежде сделанным, земной шар может, в большей части или в целом, вести себя по отношению к колебаниям влияющим на него таким же образом как проводник ограниченных размеров, этот факт будет демонстрироваться путем нового явления которое я далее опишу. В ходе определенных исследований которые я продолжал вести для цели изучения эффектов световых разрядов на электрическое состояние земли, Я обнаружил что чувствительные приемные инструменты, устроенные так чтобы быть способными взаимодействовать с электрическими колебаниями созданными разрядами, временами отказывались взаимодействовать, когда они должны были это делать, при попытке вникнуть в причины этого неожиданного поведения, Я открыл что причина лежит в характере электрических волн, которые были произведены в земле световыми разрядами и которые имеют центральные (узловые) области следующие на определенных расстояниях, перемещении источника колебаний. Из данных полученных в большом количестве наблюдений максимума и минимума этих волн, я нашел их длину изменяющейся, приблизительно от 25 до 70 километров, и эти результаты и определенные теоретические выводы привели меня к решению, что волны этого вида могут распространяться во всех направлениях по земному шару, и что они могут быть еще широко отличающихся длин, крайние пределы установлены физическими размерами и свойствами земли. Распознавая в существовании этих волн безошибочную очевидность что созданные колебания передаются из их источника к наиболее удаленным частям земного шара и оттуда отражаются, Я предложил идею производства таких волн в земле путем искусственных средств, с объектом утилизации их для многих полезных целей, для которых они могут быть применены. Эта проблема была чрезвычайно трудной, благодаря обширным размерам земли и следовательно огромному движению электричества, или скорости с которой электроэнергия будет доставлена для того чтобы приблизиться, даже в удаленной степени, движения или скорости которые были очевидно достигнуты в проявлении электрических сил в природе, и которые сперва кажутся неосуществимыми путем любой человеческой деятельности. Но путем постепенного и постоянного усовершенствований генератора электрических колебаний, которые я описал в спецификациях моих американских патентов №645576 и №649621, и в спецификации моих британских патентов №24,421 1897 года, Я наконец преуспел в достижении электрических движений, или скоростей доставки электроэнергии, не только приблизительной но, как показано во многих сравнительных тестах и измерениях, фактически превосходящие те из световых разрядов, и посредством этого аппарата я нашел возможным репродуцировать, где требуется, явления в земле такого же как, или аналогичного к тем которые появляются благодаря разрядам. Со знанием явления открытого мной и средств в распоряжении для получения этих результатов, Я дал возможность не только выполнять много действий путем использования известных инструментов, но также предлагаю решение для многих важных проблем, включая оперирование или контролирование удаленных устройств которое, без этого знания и при отсутствии этих средств, прежде были полностью невозможны. Например, путем использования такого генератора стоячих волн и приемного аппарата, должным образом расположенного и отрегулированного в любой другой местности, как бы не удаленной, это есть возможным передавать четкие сигналы; или контролировать или задействовать по желанию любой или все из таких аппаратов для многих других важных и полезных целей, как для отображения, где требуется, точного времени от обсерватории; или определения относительной позиции тела или его расстояния относительно данной точки; или для определения курса движущегося объекта как судно в море, расстояния пересекаемого им или его скорости; или для производства многих других полезных эффектов на расстоянии зависящей от интенсивности, длины волны, направления или скорости движения, или другая особенность или свойство этого характера. Я типично иллюстрирую способ применения моего открытия путем описания одного из специфического использования его, а именно, передача четких сигналов или сообщений между удаленными точками, и с этим объектом ссылка сделана на сопутствующие рисунки, в которых: —Рисунок 1 представляет схематически генератор который производит стоячие волны в земле, Рисунок 2 аппарат, расположенный в удаленной местности, для регистрации эффектов этих волн, и Рисунок 3 обычная конструкция цепей моего приемного трансформатора. В рисунке 1 A обозначает первичную катушку формирующую часть трансформатора и состоящую главным образом из нескольких витков прочного кабеля незначительного сопротивления, концы которой подсоединены к выводам источника мощных электрических колебаний, схематически представленного как G. Этот источник обычно конденсатор заряженный до высокого потенциала, и разряженный, в быстрой последовательности через первичку, как в типе трансформатора изобретенного мной и теперь хорошо известного, описанного в моих патентах на аппарат этого вида, который был достаточно упомянут моим британским патентом №20,981 1896 года. Но когда требуется производить стоячие волны больших длин, переменное динамо соответствующей конструкции может быть использовано для возбуждения первички A. C это спирально закрученная вторичная катушка внутри первички, имеющей конец возле последней подсоединенным к земле E, и другой к поднятому терминалу D. Физические константы катушки C, определяющиеся ее периодом вибраций, так выбираются и регулируются, что вторичная система E C D находится в наибольшем возможном резонансе с колебаниями исходящими на нее от первички A. Более того, важнее всего, чтобы еще дальше увеличивать подъем напряжения и увеличивать электрическое движение во вторичной системе, что ее сопротивление будет так мало как возможно и ее самоиндукция настолько велика насколько возможно при наложенных условиях. Заземление должно быть сделано с большой тщательностью, для уменьшения его сопротивления. Вместо заземления напрямую, как показано, катушка C может быть присоединена, последовательно или другим способом, к первичке A, в котором случае последняя будет присоединена к плоскости E. Но сколько бы витков или частей первички было включено в катушку C, общая длина проводника от заземленной плоскости E к поднятому терминалу должна быть эквивалентна одной четвертой длины волны электрических колебаний в системе E C D, или иначе эквивалентны той длине умноженной на нечетное число. Это отношение было исследовано, терминал D будет сделан чтобы совпадать с точками максимального напряжения во вторичке или существующей цепи, и наибольший поток электричества будет иметь место в ней. Должным образом увеличивая электрическое движение во вторичке на столько на сколько возможно, необходимо чтобы ее индуктивная связь с первичкой A должна быть не очень плотной, как в обычных трансформаторах, а слабой, так чтобы позволять свободно колебаться. То есть, их взаимная индукция должна быть мала. Спиральная форма катушки C гарантирует это преимущество, в то время как витки возле первички A предназначены к сильному индуктивному действию и развивают высокую начальную электродвижущую силу. Эти настройки и связи были тщательно завершены, и другие конструктивные особенности отображены строго отмечеными, электрическое движение вырабатываемое во вторичной системе путем индуктивного воздействия первички A будет чрезвычайно увеличено, увеличение будет прямо пропорционально индуктивности и частоте, и обратно пропорционально сопротивлению вторичной системы. Я обнаружил что она способна вырабатывать этим способом электрическое движение в тысячи раз большее чем начальное, что есть, одно влияет на вторичку с помощью первички A, и я таким образом теперь достиг действий или скоростей электроэнергии в системе E C D, измеряемой, многими десятками тысяч лошадиных сил. Такие огромнейшие движения электричества дают подъем множеству новых и поразительных явлений, среди которых те которые уже описаны. Мощные электрические колебания в системе ECD, передаются земле, причиняют соответствующие вибрации распространяться к удаленным частям земного шара, откуда они отражаются и, путем интерференции с исходящими вибрациями, создают стоячие волны, пики и спады которых лежат в параллельных окружностях, относительно которых заземленная плоскость E может быть рассмотрена как полюс. Говоря иначе, земной проводник вгоняется в резонанс с колебаниями передающимися ему как обычный провод. Более этого, количество фактов определенных мной ясно показывает, что движение электричества через него следует определенным законам с близкой математической строгостью. Для настоящего, будет достаточно утверждать, что земля ведет себя как прекрасно гладкий или отполированный проводник незначительного сопротивления, с емкостью и самоиндукцией равномерно распределенной вдоль оси симметрии волны распространяющей и передающей медленные электрические колебания без чувствительного искажения и ослабления. Кроме того, должны быть необходимы три требования для установления резонирующего условия. 1. Земной диаметр проходящий через полюс должен біть нечетно кратен одной четверти длины волны, что есть, отношением между скоростью света и четырьмя разами частоты тока. 2. Необходимо применять колебания, в которых скорость излучения энергии в пространство в форме волн герца или электромагнитных волн очень мала. Выражая свою мысль я говорил, что частота должна быть меньше чем 20000 раз за секунду, хотя короче волны могут быть использованы. Наименьшая частота появляющаяся должна быть 6 раз в секунду, в котором случае будет не одна вершина, на или возле заземленной плоскости, и, парадоксально как это будет видно, эффект будет увеличиваться с расстоянием и будет наибольший в области диаметрально противоположной передатчику. С колебаниями еще более медленными земля, строго говоря, не будет резонировать, а просто действовать как емкость, и изменение потенциала будет более или менее постоянным над всей ее поверхностью. 3. Наиболее важным требованием есть, тем не менее, что независимо от частоты, волна или пучок волн должен продолжаться для определенного интервала времени, который я определил не меньше чем одна двенадцатая— или приблизительно 0,08484—секунды, и который проходит при прохождении к области диаметрально противоположной полюсу и назад, над (вокруг) земной поверхностью, со средней скоростью около 471,240 километров за секунду. Существование стоячих волн может быть определено многими путями. Например, цепь может быть подсоединена напрямую, или индуктивно, к земле и к поднятому терминалу, и настроена реагировать более эффективно на колебания. Другим путем является присоединить настроенную цепь к земле и к двум точкам лежащим более или менее на меридиане проходящем через полюс E, или главным образом говоря, к любым двум точкам разного потенциала. На рисунке 2 я показал прибор для определения существования волн, таких как я использовал в новом методе увеличения слабых эффектов, который я описал в моих американских патентах № 685,953 и №685,955 и моем британском патенте №11,293 1901 года. Он состоит из цилиндра C2 из изолирующего материала который вращается с постоянной степенью скорости, часовым механизмом или другой соответствующей движущей силой, и оснащен двумя металлическими кольцами B B1, на которых держаться щетки a and a1, подсоединенные напрямую, к выводу плоскостей P и P1. От колец B и B1 отходят узкие металлические сегменты S и S1, которые, путем вращения C2 попеременно входят в контакт с двумя щетками b и b1, поддерживаемыми, и находящимися в контакте, с проводящими держателями h и h1, поддерживаемые в металлических креплениях D и D1, как показано. Последние подсоединены к выводам T и T1 конденсатора C, и будет понятно что они способны к угловому перемещению, как обычные щетко держатели. Целью использования двух щеток, как b и b1, в каждом из держателей h и hl, является изменение по желанию продолжительности электрического контакта плоскостей P и P1, с выводами T и T1, к которым подсоединена приемная цепь включающая приемник R, и прибор выполняющий обязанность замыкания приемной цепи на определенных интервалах времени и разряда сохраненной энергии через приемник. В настоящем случае этот прибор состоит из цилиндра d сделанного частично из проводящего и частично из изолирующего материала e и el, соответственно, который вращается с требуемой степенью скорости соответствующими средствами. Проводящая часть e находится в хорошем электрическом соединении с осью S, and и оснащена узкими конусообразными сегментами f f f , по которым скользит щетка k поддерживаемая на проводящем стержне l, способным регулироваться по длине в металлической опоре m. Другая щетка n сконструирована чтобы держаться на оси S, и будет видно, что любой из сегментов f приходит в контакт со щеткой k, цепь включающая приемник R, замыкается и конденсатор разряжается через нее. Путем регулировки скорости вращения цилиндра d и местоположения щетки k вдоль цилиндра цепь может быть разомкнута и замкнута в быстрой последовательности И оставаться разомкнутой или замкнутой в течении таких интервалов времени, как может требоваться. Плоскости P и P1, через которые электроэнергия передается к щеткам a и a1, могут быть на значительном расстоянии друг от друга в земле, или одна в земле а другая в воздухе, желательно на некоторой высоте. Но если одна плоскость подсоединена к земле а другая поднята на высоту, месторасположение аппарата должно быть определено беря во внимание позицию стоячих волн установленных генератором, эффект очевидно будет наибольший в максимуме, и ноль в центральной области. С другой стороны если обе плоскости подсоединены к земле, точки соедтнения должны быть выбраны учитывая разницу потенциалов которую требуется получить, наибольший эффект будет, конечно, получен когда плоскости находятся на расстоянии эквивалентном половине длинны волны. В изображении действия системы, давайте предположим что переменные электрические импульсы от генератора причиняют производство стоячих волн в земле, как выше описано, и что приемный аппарат должным образом расположен учитывая позицию центральной и нижней области волн. Скорость вращения цилиндра C2 изменяется до тех пор пока не войдет в синхронизм с переменными импульсами генератора, и позиция щеток b and b1 отрегулирована угловым перемещением, или другим способом, так что они находятся в контакте с сегментами S и S1 в течении периодов когда импульсы находятся в максимуме их интенсивности или около него. Когда эти требования выполнены, электрические заряды одинакового знака будут передаваться к каждому из выводов конденсатора, и с каждым новым импульсом он будет заряжаться до более высокого потенциала. Скорость вращения цилиндра d регулируется по желанию, энергия любого количества отдельных импульсов может таким образом быть аккумулирована в потенциальной форме и разряжена через приемник R на щетке k приходящей в контакт с одним из сегментов f. Будет понятно, что емкость конденсатора должна быть такой чтобы позволять сохранять намного большее количество энергии чем требуется для обычного задействования приемника. Таким образом этим количеством энергии относительно большим, и в соответствующей форме, можно задействовать приемник, последний не должен быть очень чувствительным. Но, когда импульсы очень слабые, или когда требуется задействовать приемник очень быстро, любой из хорошо известных чувствительных приборов, способных реагировать на очень слабые влияния, может быть использован указанным способом или другими путями. При описанных условиях очевидно что в течении существования стоячих волн, приемник будет задействован токовыми импульсами большей или меньшей интенсивности, согласно его местоположению по отношению к максимуму и минимуму названных волн, но при прерывании или ослаблении потока тока стоячие волны будут исчезать или уменьшаться по интенсивности. Следовательно большое множество эффектов может быть произведено в приемнике согласно его режиму, в котором волны контролируются. Возможно, тем не менее, передвигать центральную и нижнюю области волн по желанию от посылающей станции, как путем изменения длин волн при соблюдении выше указанных требований. В этом способе области максимума и минимума эффекта могут быть сделаны чтобы совпадать с любой приемной станцией или станциями. При влиянии на землю двумя или более колебаниями разных длин волн результирующая стоячая волна может медленно обходить земной шар, и таким образом большое множество полезных эффектов может быть получено. Очевидно курс судна может быть легко определен без использования компаса, как путем цепи присоединенной к земле в двух точках, эффективное влияния на цепь будет наибольшее когда плоскости P P' лежат на меридиане проходящем через заземленную плоскость Е' и будет когда плоскости расположены на параллельных окружностях. Если центральная и нижняя области удерживаются в фиксированных позициях скорость судна несущего приемный аппарат может быть точно посчитана из наблюдений максимальной и минимальной областей последовательно пересекаемых. Это будет понятно когда установлено что проекция всех вершин и впадин на земной диаметр проходящая через полюс или ось симметрии движения волн, все эквивалентны. Поэтому в любом регионе на поверхности длина волны может быть установлена из простых правил геометрии. Напротив, зная длину волны, расстояние от источника может быть легко подсчитано. Подобными путями дистанция одной точки от другой, широта и долгота, время, и т.д.., могут быть определены из наблюдений таких стоячих волн. Если несколько таких генераторов стоячих волн, желательно разных длин, были установлены в рассудительно выбранных местах, целый земной шар может быть подразделен на определенные зоны электрической активности, и такие и другие важные данные могут быть сразу получены путем простого подсчета или чтением из соответственно отградуированных инструментов. Таким образом специальный план здесь описанный производства стоячих волн может быть отклонен. Например, цепь которая испускает мощные колебания в землю может быть подсоединена к последней в двух точках. При собирании этих колебаний в любой земной области удаленной от их источника, для любой цели, и, главным образом, в существенных количествах, наибольшие экономические результаты будут главным образом получены путем применения моего синхронизированного получающего трансформатора. Это изобретение формирующее часть моей системы передачи энергии через природную среду, было полностью объяснено в патентах сперва указанных здесь, но для лучшего понимания настоящего описания изображена схема на рисунке 3. Наиболее важной частью является цепь E1 C1 D1 которая подсоединена, сконструирована и отрегулирована аналогично передающей цепи E C D и которая индуктивно связана с вторичной цепью A1. Последняя, едва ли это требует утверждения, может быть скручена в любое требуемое количество витков, так как будет лучше для задействования прибора обозначенного как M. Приемный трансформатор точно настраивается в резонанс с колебаниями передающей цепи так что, независимо от длинны проводника E1 C1 A1, точки максимального потенциала совпадают с поднятым терминалом D1, при которых условиях наибольшее количество волновой энергии может быть собрано и приведено в состояние доступное во вторичной цепи A1 для полезных целей. Завершая это описание, может быть сказано, что когда требуется задействовать, независимо, большое количество приемных устройств, такими стоячими волнами разных длин, основы которые я установил прежде в моем британском патенте №14,579 (1901) и в моих американских патентах № 723,188 и №725,605 (1903) могут быть использованы для приведение сигналов или количеств энергии в сотояние предназначенное для любого конкретного приемника или приемников не интерферирующего и не интерференспособного (non-interfering and non-interferable). Выше, Я коротко обрисовал мое открытие и отобразил только несколько использований его, но будет легко заметно, что оно превосходно важно для многих дел и отраслей промышленности, новых и старых, и способно на бесчисленные обширные применения. Имея теперь детально описанным и определенным природу этого изобретения и что способ его осуществления, как сообщено мне моим иностранным корреспондентом, Я заявляю:— 1. Улучшение в искусстве передачи электроэнергии на расстояние которое состоит в установлении стоячих электрических волн в земле, как установлено выше. 2. Системы согласно с патентом которая состоит в установлении в природной проводящей среде, стоячих электрических волн определенной длины и задействования таким образом одного или более приемных устройств удаленных от источника энергии и должным образом расположенных по отношению к позиции таких волн, как здесь установлено выше. 3.Улучшение в искусстве передачи электроэнергии, которое состоит в производстве в земле стоячих электрических волн разных длин, изменения их длины, и причинения таким образом результирующей волны или эффекта идущего с требуемой скоростью вокруг земли, как выше описано. 4. Метод производства эффектов на расстоянии, который состоит в испускании на земной шар стоячих электрических волн, изменения их характеристик и взаимосвязей, и причинения таким образом соответствующих эффектов в удаленных приемниках, как выше описано. 5. Улучшение в искусстве передачи и распределении электроэнергии, которое состоит в производстве в земном шаре пересекающихся (совпадающих) последовательностей стоячих электрических волн, устанавливающих таким образом области четко выраженной электрической активности, и собирания энергии, как выше установлено. 6. Метод производства электрических эффектов увеличивающихся с расстоянием который состоит в испускании на землю электрических колебаний частотой около 6 раз в секунду и такого характера чтобы давать подъем стоячей электрической волне, как выше установлено. 7. Метод производства большого электрического движения в земном шаре, который состоит в приводе его в состояние резонанса путем испускания на него электрических волн определенной длины и продолжительности, как выше установлено. 8. В системе как выше описанной для передачи электроэнергии, генерирующего аппарата адаптированного для производства резонансных условий в земном шаре, как выше установлено. 9.В системе как выше описанной для передачи электроэнергии, трансформатора адаптированного для производства большого электрического движения в земном шаре, как выше установлено. 10.В системе как выше описанной для передачи электроэнергии, источника первичных электрических колебаний такого как конденсаторная цепь и вторичная цепь индуктивно связанная с ней и адаптированная для ввода земного шара в резонанс, как выше установлено.

HASELTINE, LAKE & Co., 7 & 8 Southampton Buildings, London, W.C. Agents for the Applicant.