Статьи - Никола Тесла

Ил. 12. Схема извлечения энергии из окружающей среды.

А — среда с малым количеством энергии, ВВ — среда с большим количеством энергии, О — путь энергии, Т — ограждение

Я тщетно пытался мысленно представить, как это можно осуществить, когда прочитал высказывания Карно и лорда Кельвина (тогда сэра Уильяма Томсона), где говорилось, что «самодействующая» машина, лишенная помощи внешних воздействий, не может охладить часть среды так, чтобы ее температура была ниже температуры окружения, и работать на извлеченной теплоте. Эти заявления возбудили мой интерес. Очевидно, именно этот процесс может осуществить человек, а так как опыт моей юности, о котором рассказывал, убедил меня, что человек есть лишь автомат, или, другими словами, «самодействующая» машина, я пришел к выводу, что можно построить машину, которая выполнит то, о чем говорилось выше. В качестве первого шага на пути осуществления представьте себе следующее устройство: термоэлемент, состоящий из ряда металлических полос, которые идут от Земли вверх в околоземное пространство за пределы атмосферы. Теплота, передающаяся снизу вверх по этим металлическим полосам, будет охлаждать землю, или море, или воздух в зависимости от расположения нижних частей полос, а в результате, как известно, возникнет электрический ток, который будет проходить по этим полосам. Тогда к двум клеммам этого термоэлемента возможно присоединить электрический мотор, и теоретически этот мотор станет непрерывно работать до тех пор, пока среда внизу не охладится до температуры межпланетного пространства. Это будет неодушевленная машина, которой, со всей очевидностью, предстоит охлаждать часть среды до температуры более низкой, чем ее окружение, и работать на извлеченной теплоте.

А нет ли возможности создать подобные условия без подъема на высоту? Чтобы было понятно, представьте себе своего рода ограждение Т, как показано на схеме (Ил. 12), энергия не может проходить сквозь него, а только по каналу О, и в этом закрытом пространстве тем или иным способом сохраняется среда с низкой энергетикой, а с внешней стороны вышеупомянутого ограждения обычная окружающая среда имеет высокую энергетику. При соблюдении таких условий энергия пойдет по проводящему пути О, как указывает стрелка, и тогда в процессе прохождения ее можно будет превращать в нужную форму энергии. Вопрос стоял таким образом: можно ли создать такие условия? Можем ли мы создать такой искусственный «сток», чтобы туда устремлялась энергия окружающей среды? Предположим, что в данном пространстве с помощью какого-либо процесса возможно поддерживать чрезвычайно низкую температуру; тогда окружающая среда будет вынуждена отдавать тепло, которое можно превращать в механическую или иную форму энергии и использовать последнюю. Осуществив такой план, мы сможем получать постоянный приток энергии в любой точке земного шара днем и ночью. Более того, рассуждая теоретически, представляется возможным вызвать быструю циркуляцию энергии в среде и извлекать ее таким образом с очень большой скоростью.

Итак, такова была идея, которая, в случае осуществления, позволяла удачно решить проблему получения энергии из окружающей среды. Но была ли она реальной? Я убедился, что это так, и для этого есть несколько способов, один из которых состоит в следующем. Что касается теплоты, пусть она будет на большой высоте, которую можно представить как поверхность горного озера, находящегося намного выше уровня моря, температура которого будет обозначать абсолютный нуль, существующий в межзвездном пространстве. Пусть теплота, подобно воде, стекает сверху вниз, и, следовательно, как мы можем открыть путь воде из озера к морю, так же мы можем направить теплоту с поверхности Земли в более высокие холодные слои. Теплота, подобно воде, может совершать работу, проходя сверху вниз, и если бы мы сомневались в возможности извлечения энергии из среды посредством термоэлемента, как описано выше, эта аналогия рассеяла бы все сомнения. Но можем ли мы создать холод в определенной части пространства и заставить теплоту постоянно вливаться туда? Создать такой «сток» или, если можно так выразиться, «холодную дыру» в среде было бы эквивалентно созданию в озере пространства — или пустого, или заполненного чем-либо намного более легким, чем вода. Мы могли бы сделать это, поместив в озеро резервуар и откачав из него всю воду. В таком случае вода, как мы знаем, вливаясь обратно в резервуар, будет способна теоретически совершать ровно столько работы, сколько было затрачено на откачивание, но не больше. Следовательно, нет никакой выгоды в этой двойной операции первоначального откачивания воды и последующего вливания ее обратно. Это будет означать, что создать такой сток в среде невозможно. Но давайте порассуждаем. Теплота, хотя и подчиняется определенным общим законам механики, подобно жидкости, отличается от нее; это — энергия, которая может быть преобразована в другие формы энергии, когда она проходит путь от верхнего уровня до нижнего. Чтобы провести полную и точную аналогию с механикой, мы должны, следовательно, допустить, что вода, втекая в резервуар, превращается в нечто другое, что может быть выделено из нее без энергетических затрат или с небольшим расходом энергии. Например, если теплота в этом случае представлена озерной водой, кислород и водород, из которых состоит вода, могут означать другие формы энергии, в которые превращается теплота, проходя путь от горячего к холодному. Если бы процесс преобразования теплоты был абсолютно совершенным, до нижнего уровня вообще не дошло бы нисколько теплоты, поскольку вся она превратилась бы в другие формы энергии. По аналогии с этим идеальным процессом вся вода, втекающая в резервуар, распадалась бы на кислород и водород, не достигая дна, и результат был бы таков, что вода постоянно втекала бы, и резервуар оставался бы совершенно пустым, а образующиеся газы улетучивались. Таким образом, затратив первоначально определенное количество работы на образование стока теплоты или, соответственно, стока воды, мы смогли бы создать условие, которое позволило бы нам получать любое количество энергии без дополнительных усилий. Это был бы идеальный способ получения движущей энергии. Но нам не известен такой абсолютно совершенный процесс преобразования энергии, и, следовательно, некоторое количество теплоты всё-таки достигнет нижнего уровня, в нашей механической аналогии это означает: некоторое количество воды выльется на дно резервуара, и произойдет постепенное и медленное наполнение последнего, что сделает необходимым ее постоянное откачивание. Но очевидно — откачиваться будет меньше, чем втекать, или, иными словами, для сохранения первоначального условия понадобится меньше энергии, чем ее вырабатывается при сливе, и, надо сказать, некоторое количество энергии будет извлечено из среды. То, что не преобразовывалось на пути сверху вниз, может вернуть себя наверх своей же энергией, а то, что преобразовалось, есть чистая прибыль. Таким образом, действие открытого мной закона полностью основывается на преобразовании энергии в процессе ее прохождения сверху вниз.

Первые попытки создания «самодействующей» машины; механический генератор колебаний; работа Дьюара и Линда; жидкий воздух

Осознав эту истину, я начал изобретать средство для осуществления своей идеи и после долгих размышлений представил устройство аппарата, который даст возможность получать энергию из среды в процессе непрерывного охлаждения атмосферного воздуха. Этот аппарат, постоянно преобразуя теплоту в механическую работу, становился холоднее и холоднее, и если бы достижение очень низкой температуры таким способом было осуществлено, стало бы возможно получить сток для теплоты и, таким образом, энергию из среды. Это, казалось, противоречило утверждениям Карно и лорда Кельвина, на которых я ссылался выше, но, исходя из теории процесса, пришел к заключению, что такой результат достижим. К этому выводу я пришел во второй половине 1883 года, когда был в Париже, и это было то время, когда мои мысли всё более и более занимало изобретение, которое разрабатывал в течение предыдущего года и которое стало тогда известным как вращающееся магнитное поле. В течение нескольких последних лет в деталях был разработан план, существовавший лишь в воображении, и продуман эксплуатационный режим, но больших успехов добиться не удалось. Коммерческое представление изобретения, о котором говорилось выше, в этой стране[3] требовало отдачи почти всех моих сил вплоть до 1889 года, когда я снова обратился к идее «самодействующей» машины. И тогда более детальное исследование заложенных в нее принципов и расчеты показали, что результат, как я вначале надеялся, к которому стремился, с обычными механизмами был практически недостижим. Это заставило меня, в качестве следующего шага, приступить к изучению типа двигателя, обобщенно определяемого как турбина, который сначала, казалось, обещал больше шансов для реализации идеи. Однако вскоре обнаружилось, что турбина оказалась тоже непригодной. Но мои выводы говорили о том, что, если довести двигатель определенного типа до высокой степени совершенства, задуманный план можно будет реализовать, и я решил приступить к разработке такого двигателя; моей важнейшей целью стало достижение максимально возможной экономичности процесса преобразования теплоты в механическую энергию. Характерная особенность двигателя состояла в том, что рабочий поршень не был ни с чем соединен, а, будучи незакрепленным, колебался с огромной частотой. Технические трудности, которые возникли во время создания двигателя, оказались более серьезными, чем я предполагал, и успехи были скромными. Эта работа продолжалась до начала 1892 года, до поездки в Лондон, где мне довелось наблюдать превосходные опыты профессора Дьюара со сжиженными газами. Сжиженные газы получали и раньше, в частности, Ожлевский и Пиктет провели первые внушающие доверие эксперименты в этой области, но работа Дьюара вызвала такой ажиотаж, что даже известное предстало новым. Его эксперименты, хотя и другим способом, отличным от предполагавшегося мной, показали, что возможно получение низкой температуры в процессе преобразования теплоты в механическую работу, и я вернулся из Лондона, находясь под глубоким впечатлением от увиденного и более чем когда-либо убежденным, что мой план реален. Прерванная на время работа возобновилась, и вскоре я построил двигатель, весьма совершенный, и назвал его механический генератор колебаний. В этом механизме, без прокладок, клапанов и смазки, удалось добиться такой частоты колебаний поршня, что валы из твердой стали, прикрепленные к нему и испытывающие продольную вибрацию, разрывались на части. Соединив этот двигатель с динамо-машиной особой конструкции, я получил чрезвычайно эффективный электрический генератор, не поддающийся оценке в параметрах и определениях его физических свойств благодаря стабильности частоты колебаний, достигаемой с его помощью. Я представил несколько типов этой машины под названием механический и электрический генератор колебаний на Конгрессе по электричеству летом 1893 года на Всемирной ярмарке в Чикаго, где выступил с лекцией, которую, будучи занятым неотложной работой, не мог подготовить к публикации. Пользуясь случаем, изложил принципы устройства механического генератора колебаний, но подлинное назначение этой машины впервые излагается здесь.