Содержание
Важнейшим условием перехода Российской Федерации к устойчивому развитию является повышение энергоэффективности и энергосбережение во всех отраслях производства.
Энергетическая программа страны — основа нашей техники и экономики в XXI веке, которая определяет динамику и перспективы развития топливно- энергетического комплекса.
Согласно законодательству России из документов [1 и 2], энергосбережение включает реализацию следующих мероприятий:
- Правовых.
- Научных.
- Технических.
- Экономических.
- Организационных.
- Производственных.
Данные мероприятия направлены на эффективное использование энергетических ресурсов и вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.
Особое значение в силу этого приобретают проблемы организации управления процессом энергоснабжения и потребления энергоресурсов во всех сферах производства.
Этим задачам было посвящено обучение в Сибирском государственном технологическом институте по программе «Современные энергосберегающие и энергоэффективные технологии» в рамках повышения квалификации преподавателей высшей школы, в числе которых была и автор данной публикации.
Учитывая реальности третьего тысячелетия, ограниченность запасов природных ресурсов, а именно:
- Нефти.
- Газа.
- Угля.
Влияние общеэкономических реформ на состояние окружающей среды, встают проблемы поиска и освоения альтернативных видов и источников энергии.
Все эти вопросы стали актуальными не только в настоящее время.
Разработкой идей получения дешевой энергии и передачи ее на любые расстояния занимались ученые еще в XIX-XX столетиях.
Детство и юношество изобретателя
В этом ракурсе одним из ярчайших является имя выдающегося изобретателя Николы Теслы, ушедшего из жизни, в январе 1943 г.
Этот гениальный ученый является одним из творцов промышленной электротехники, хотя упоминание имени Теслы сегодня, в основном, ассоциируется с изобретениями в области электротехники и радиотехники и названием международной единицы магнитной индукции, обозначаемой Тл.
Является автором более 800 изобретений, в числе которых на основании работ [3-8]:
- Флюоресцентного света.
- Вращающегося магнитного поля.
- Беспроводной передачи энергии.
- Многофазных электрических машин.
- Открытие переменного электрического тока.
Его часто называют «Леонардо XX века».
Он оставил после себя много тайн, в которые еще предстоит проникнуть пытливым умам, а биография Теслы, его неугасимое стремление к знаниям, живой интерес ко всему, чем так богат мир, постоянное самосовершенствование поучительны для молодого и целеустремленного поколения.
Никола родился в июле 1856 года в небольшом селе Смиляны в Хорватии в семье священника из старинного сербского рода.
Его отец Милутин интересовался не только богословием, но и литературой, философией и естественными науками, математикой, он знал в совершенстве несколько европейских языков, собрал большую библиотеку.
Способности изобретателя начали проявляться еще в раннем детстве, в годы учения в начальной школе, а затем в реальном училище.
Учителей поражала его необычайная память, редкая способность производить сложные математические вычисления в уме.
В школе, где учился Тесла, имелись механические и электрические приборы.
Никола заинтересовался ими и начал сам экспериментировать со следующими устройствами и оборудованием:
- Лейденской банкой.
- Электрической машиной.
- Отремонтировал и пустил в действие неисправный новый пожарный насос.
- Построил сам несколько моделей водяных турбин, установил их на реке и начал внимательно изучать их работу.
Тогда же он стал знакомиться с серьезной технической литературой.
Уже у тринадцатилетнего Николы появились собственные мысли об атмосферном электричестве, и он высказал своему учителю идею управления дождями с помощью создания искусственной молнии.
Он продолжил учение в Высшем реальном училище, а затем, несмотря на противодействие отца, в Высшей технической школе в Граце, куда он поступил в 1875 г.
На лекциях по электротехнике у Теслы зародилась мысль о несовершенстве машин постоянного тока, которые имели тогда повсеместное распространение.
Поиски решения быстро привели его к убеждению в возможности и необходимости перейти к использованию переменного тока.
Начало трудовой деятельности
По окончанию в 1878 году Высшей технической школы, Никола поступил на философский факультет Пражского университета, где изучал:
- Философию.
- Математику.
- Физику.
Однако из-за тяжелого материального положения после кончины отца в 1881 г. ему пришлось прервать занятия и перейти к трудовой деятельности в качестве инженера-электрика в Венгерской правительственной телеграфной компании в Будапеште.
Данная компания занималась:
- Проведением телефонных линий.
- Строительством центральных телефонных станций.
На месте своей первой работы Тесла сделал ряд изобретений, а именно:
- Создал оригинальный усилитель голоса для телефона.
- Разработал многочисленные конструкции электродвигателей переменного тока, основанные на применении принципа вращающегося магнитного поля.
В конце 1882 г. Тесла начал работу в Континентальной компании в Париже в качестве инженера-электрика по монтажу электроустановок, строящихся в разных городах Центральной Европы.
Здесь ему пришлось иметь дело с электрогенераторами и электродвигателями постоянного тока.
Он предложил немало усовершенствований и вскоре стал пользоваться большим авторитетом.
В 1983 г. компания доверила ему сооружение электростанции для железнодорожного вокзала в Страсбурге — одну из самых ответственных строек в Европе.
Тесла занялся исправлением промахов при строительстве электростанции и собственноручно создал модель электродвигателя переменного тока своей конструкции.
Модель прекрасно работала, но страсбургские финансисты не решились содействовать производству электродвигателей изобретателя.
Но Континентальная компании так и не выплатила ему заработанные деньги, которые Тесла хотел употребить на дальнейшие эксперименты по улучшению своей системы переменного тока.
Начало деятельности в США
Эти неудачи привели его к мысли переехать в Россию, где в те годы были сделаны многие важные для развития электротехники открытия и изобретении, а имена Яблочкова, Чиколева и другие были хорошо известны электрикам всех стран.
Но по рекомендации одного из друзей изобретателя оправился в США (1884) в мастерские Нью-Йоркского отделении общества электрического освещении Томаса Эдисона с целью предложить свои услуги по усовершенствованию машин.
Следует учесть, что следующие изобретения сделали Эдисона миллионером:
- Угольный микрофон.
- Динамо-машина.
- Фонограф.
Но все работы Томаса в области электричества базировались на постоянном токе.
Тесла был принят на скромную должность инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока.
Он быстро завоевал авторитет, но Эдисон остался совершенно равнодушным к его идеям применении многофазных переменных токов.
Разрыв между двумя изобретателями произошел через год после злой шутки Томаса, когда тот, воспользовавшись житейской неопытностью молодого ученого, не оплатил ему обещанную заслуженную премию в размере 50 тысяч долларов за разработку нового электрогенератора для электрификации одного из его заводов.
В рамках данного проекта Никола разработал следующие решения:
- Двадцать четыре типа устройств.
- Оснастил устройства коммутаторами и регуляторами.
Но Тесла уже приобрел известность в деловых кругах США, оценивших в нем глубокие и разносторонние знании в области электротехники и работоспособность.
Для одной из американских электротехнических компаний он разработал проект дуговой лампы для освещения улиц и площадей.
Но дельцы вместо оплаты предложили ему часть акций за эксплуатацию его изобретении.
Для Тесла это был год, прожитый в необычайных лишениях, когда он, затравленный материальной нуждой, почти умирал с голоду.
Открытие собственной электротехнической компании
Помощь пришла от Брауна — одного из его новых друзей, который помог создать собственную компанию для организации в больших масштабах электрического освещении улиц и площадей городов США дуговыми лампами Николы.
Деятельность ее приобрела огромный размах.
Здесь в мастерских Тесла экспериментировал со своими машинами переменного многофазного тока, а именно:
- Электродвигателей.
- Создал новые модели генераторов.
- Трансформаторов, характеризующихся высоким коэффициентом полезного действия и значительной простотой.
Это отвечало требованиям бурно развивающейся промышленности и давало возможность передачи на большие расстояния огромных количеств электроэнергии с высоким напряжением и последующего его понижения в токоприемниках с использованием трансформаторов.
После их успешных испытаний он получил ставшие знаменитыми патенты в Англии и Германии.
16 мая 1888 года ученый сделал доклад в Американском институте инженеров-электриков.
Читая лекцию об электромагнитном поле высокой частоты перед учеными Королевской академии Великобритании, изобретатель продемонстрировал следующее:
- Зажег в своих руках электрические лампочки.
- Электродвигатель при этом не был подключен к ним проводами.
- Некоторые лампы не имели даже спирали, а высокочастотный ток проходил через тело докладчика.
Даная презентация вызвала восхищение ученых.
Среди присутствующих в зале оказался миллионер Джордж Вестингауз, изобретатель гидравлического паровозного тормоза.
После чего произошли следующие события:
- Джордж предложил изобретателю миллион долларов за его патенты плюс авторские отчисления.
- Был заключён договор, и компания «Вестингауз Электрик» реализовала разработки Теслы.
Получив финансовую независимость, Тесла продолжает свои исследования:
- В 1888 году он открывает явление вращающегося магнитного поля и строит электрогенераторы высокой и сверхвысокой частот.
- В 1891 году создаёт резонансный трансформатор, позволяющий получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт.
- В 1895 году была введена в строй Ниагарская ГЭС (самая большая в мире), которая работала с помощью генератора двухфазного тока, который трансформаторами превращался в трехфазный ток высокого напряжения.
Триумфом многофазного переменного тока стала Всемирная электрическая выставка, проведенная в Чикаго в 1893 году в честь 300-летия со времени открытия Америки Колумбом.
На данной выставке изобретатель имел особый стенд, где он демонстрировал многие свои изобретения, в частности:
- Оригинальный прибор, позволяющий осуществлять механическое вращение с помощью вращающегося магнитного поля.
- Он пропускал через себя электроток напряжением в два миллиона вольт, держа в руках ярко горящие лампочки «Эдисона».
Эти опыты впечатлили одного из богатейших американских олигархов Джона П. Моргана.
Проект Ворденклиф
По приглашению Джона, изобретатель переезжает в Нью-Йорк для осуществления грандиозного проекта «Ворденклиф» — Всемирного центра беспроводной передачи энергии.
На участке в 200 акров на острове Лонг-Айленд была построена грандиозная башня:
- Высотой 57 метров со стальной шахтой.
- Строение было углублённо в землю на 36 метров.
- На верху сооружения был 55-тонный металлический купол диаметром 20 метров.
Пробный пуск невиданного объекта состоялся в 1905 году и произвёл потрясающий эффект, а именно:
- Вокруг башни пылал огромный световой шар.
- При включении установки возникали искровые разряды длиной до 40 метров.
- Искусственные молнии сопровождались громовыми раскатам, слышались за 15 миль.
Цель Теслы была достигнута:
- Электрический заряд был передан без всяких проводов.
- За двадцать пять миль от башни под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек.
Далее применив известное свойство резонанса, он создал резонанс-трансформатор для создания токов высокой частоты и высокого напряжения, сыгравшего исключительную роль в дальнейшем развитии самых различных отраслей электротехники и, особенно, радиотехники.
Открытые им принципы электрической настройки резонанс-трансформатора и возможность регулировать емкость для изменения длины волны электромагнитных колебаний, создаваемых трансформатором, стали важнейшей базой современной радиотехники.
Открытый им эффект избирательного резонанса был столь мощным, что был способен с помощью ультразвука производить весьма сильные разрушения, как только частоты этих колебаний попадут в резонанс с собственными колебаниями намеченного предмета.
Никола создавал и ультразвуковые приборы для терапии с целью лечения многих желудочных заболеваний, что широко применяется в настоящее время в медицине.
Начав опыты с новыми приборами, Тесла ясно представил себе огромные перспективы использования токов высокой частоты и пришел к убеждению, что:
- Электромагнитные волны незаменимы в технике.
- Электромагнитные волны играют исключительно важную роль в большинстве явлений природы.
Дни упорного труда он проводил в поисках принципиального решения создания такой системы, в которой с помощью электромагнитных колебаний большой частоты можно было бы на любых расстояниях воздействовать на различные механизмы.
Проводя систематические опыты с токами высокой частоты и высокого напряжения, изобретатель исследовал (в частности, путем экспериментов на самом себе) действие переменного тока на человека с целью разработать меры защиты от опасности поражения электрическим током.
В результате он обнаружит, что для переменного тока предел опасного напряжения значительно выше, особенно, при повышенных частотах.
Создав разнообразную аппаратуру, он начал в своей лаборатории исследование огромного круга вопросов, относящихся к совершенно новой области науки, в том числе еще в 1898 г. его заинтересовала электротерапия.
Оказалось, что токами высокой частоты и высокого напряжения можно:
- Очищать поры.
- Удалять с кожи лица мелкую сыпь.
- Убивать микробы, всегда в изобилии покрывающие поверхность тела человека.
Многостороннее научное дарование Теслы привело его к убеждению, что должен быть открыт способ передачи электроэнергии и вовсе без проводов, с помощью электромагнитных волн.
Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве
Рассеяние электромагнитной энергии в пространстве, окружающем источник токов высокой частоты, позволяет использовать эту энергию для самых разливных целей, и в доказательство он демонстрирует, как обычные лампы и специально созданные им лампы дневного света без нитей внутреннего накаливания начинают светиться при внесении их в переменное электромагнитное поле высокой частоты.
Никола провел множество опытов по применению различных тугоплавких материалов в качестве электродов для своих ламп, а именно:
- Одним из таких тугоплавких материалов был незадолго до этого искусственно полученный карборунд, который способен выдержать очень высокие температуры.
- Применяя токи высокой частоты, по его заключению, можно получить в десятки раз большее количество света, чем дает современная лампа накаливания.
В одном из опытов Тесла наблюдал увеличенное изображение раскаленного шарика, находящегося в центре колбы, на поверхность которой был нанесен фосфоресцирующий состав.
Спустя полвека на основе описанного им явления был построен прибор для изучения электронной эмиссии, что, в свою очередь, стало исходным моментом для создания электронного микроскопа.
В своей лаборатории он разрабатывал сразу ряд проблем, одной из которых было выяснение природы особых лучей, обладающих свойствами проникать сквозь непрозрачные предметы, а именно:
- Когда в конце 1895 года немецкий физик В. Рентген обнаружил эти Х-лучи.
- В 1896 г. Рентген опубликовал результаты своих наблюдений.
После чего Никола немедленно откликнулся на это сообщение, указав на возможность их применения для обнаружения и лечения опухолей и воспалений.
В других статьях Тесла подробно остановился на различных случаях будущего использования рентгеновских лучей:
- О технике работы с лучами и устройствами.
- О мерах предосторожности при обращении с трубками Рентгена.
Сам Рентген провел вторую серию своих знаменитых опытов, пользуясь для получения токов высокого напряжения резонанс-трансформатором Николы, что значительно упростило конструкцию рентгеноскопических установок и обеспечило их безопасность.
В последующие годы Никола разработал следующие технические решения:
- В 1896 году невдалеке от Нью-Йорка он построил небольшую радиостанцию и занялся разработкой схемы передачи радиоволн для управления различными механизмами.
- В начале 1898 года создает первую конструкцию судна, управляемого радиосигналами на значительном расстоянии.
- Последующие несколько месяцев 1899 год, изобретатель посвятил разработке идеи управляемого на расстоянии автомата, способного двигаться и могущего воспроизвести все действия человека, то есть предвосхитит создание современных кибернетических устройств.
- В 1917 году доказывал, что существует возможность определить местонахождение корабля или подводной лодки с помощью электромагнитных волн.
Никто не принял всерьез идею геолокации и лишь 15 лет спустя в СССР и Англии начали создаваться первые радиолокаторы.
В 1931 году Никола Тесла продемонстрировал публике новый феномен, а именно:
- С обыкновенного автомобиля сняли бензиновый двигатель и установили электромотор.
- Источником электроэнергии служила небольшая коробочка с двумя стерженьками.
- Он ездил на электромобиле неделю, развивая скорость до 150 км/час.
До сих пор неизвестен принцип его работы данного транспортного средства.
Никола мыслил масштабно, его научное предвидение не знало предела, в частности:
- Все окружающее нас находится в движении, и энергии есть повсюду.
- Поэтому он ищет прямой способ утилизировать эту энергию, чтобы получить все ее формы из своего неисчерпаемого источника.
Парадоксально звучало в то время утверждение, что газовая среда (например, воздух) по мере разрежения превращается из изолятора в проводник, и при определенных условиях газопроводы могли бы служить прекрасными магистралями для передачи электроэнергии.
Он видел Земной шар в следующем виде:
- Гигантский конденсатор, в котором верхние слои разреженного воздуха служат одной заряженной обкладкой.
- Нижние слои шара при нормальном давлении представляют изолятор.
- Сама Земля имела вторую заряженную обкладку и является причиной самых различных атмосферных явлений.
Эта мысль вызвала разработку грандиозного проекта использования электрического заряда Земли.
И можно было бы, как считал он, использовать сильно разреженные верхние слои атмосферы для передачи электроэнергии на весьма далекие расстояния без существенных потерь.
Позднее изобретатель разработал и запатентовал конструкцию такого передающего устройства.
Вклад изобретателя в современные технические дисциплины
В тридцатых годах Тесла отказался принять Нобелевскую премию, присуждённую ему совместно с Эдисоном, но он до конца жизни не мог простить его обмана Томасом.
Хотя Никола отказался от премии, он остро нуждался в престиже, который позволил бы ему найти деньги для исследований.
Он мечтал покорить молнию, заставить мощные разряды атмосферного электричества совершать полезную работу, укротить природу.
Множество из его выдающихся работ, большинство дневников и рукописей исчезли при невыясненных обстоятельствах.
Вполне вероятно, что он сжёг их сам в начале второй мировой войны, убедившись, что знания, заключённые в них, слишком опасны для неразумного человечества.
Не мало важным являются наблюдения и гипотезы ученого:
- Наблюдение за процессом движения частиц в колбе осветительной лампы позволило представить картину явлений, происходящих на Солнце.
- Полагал, что центральная часть Солнца подобна раскаленному электроду, окруженному фотосферой, которая выбрасывает в межпланетное пространство поток частиц с огромными электрическими зарядами в виде космического излучения.
- Высказал предположение о существовании, наряду с радиоизлучением, корпускулярного излучения Солнца и потока космических частиц, но и вычислил их энергию, найдя ее напряжение равным сотням миллионов вольт.
Эти предположения близки к современным исследованиям.
Только в наши дни с появлением искусственных спутников Земли, оказалось возможным поставить во всей широте изучение поднятых Теслой вопросов.
Результатом продолжения работ Николы Теслы, являются разработки следующих устройств и оборудования:
- Ракеты.
- Торпеды.
- Подводные лодки.
- Снаряды с дистанционным управлением.
- Летательный аппарат вертикального взлета.
- Современные радиоуправляемые автоматы.
- Беспилотная авиация и множество других устройств.
Разработки Николы дали толчёк для развития следующих направлений в промышленности и науки:
- Электротехники.
- Телеавтоматики.
- Кибернетических машин.
Не всегда упоминается в литературе, историческая правда заключается в том, что именно ему мир обязан зарождением и прогрессом многих важнейших технологических направлений современной цивилизации.
Большая часть его творческого наследия до сих пор не изучена и хранится в секретных архивах ряда ведомств.
Многие открытия Николы Теслы настолько опередили свое время, что мы в состоянии оценить их лишь теперь, а некоторые его идеи могут стать отправными точками для новых исследований.
Список литературы
- Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ».
- ГОСТ 51387-99, «Энергосбережение, Нормативно-методическое обеспечение, Основные положения».
- Шнейберг Я.А., Истории выдающихся открытий и изобретений: электротехника, электроэнергетика, радиоэлектроника — Москва: МЭИ, 2009 год, страница 118.
- Торопцев Н.Д., От опытной модели Фарадея до электронной машины планета Земля — Москва: Энергоатомиздат, 2002 год, страница 144.
- Данилин А.Г., Прорыв в гениальность — Москва: Вершина, 2008 год, страница 376.
- Арсенов О.О., Никола Тесла, Засекреченные изобретения — Москва: Эксмо, 2010 год, страница 224.
- Сейфер М., Никола Тесла, Повелитель вселенной — Москва: Эксмо, Яуза, 2007 год.
- Образцов П.А., Гений электричества и пиара // Наука и жизнь, 2010 год, №6, страницы 57-60.
- Omron история становления бренда.
Источник: Энергоресурсы и наследие Н. Теслы / Л.Л. Прилепская // Вестник КузГТУ, 2013 год, №2, страницы 157-161.
