निकोला टेस्लाची जागतिक वायरलेस प्रणाली

जून १८९९ मध्ये, सर्बियन वंशाचे शास्त्रज्ञ, निकोला टेस्ला, कोलोरॅडो स्प्रिंग्स (यूएसए) मधील त्याच्या प्रयोगशाळेत प्रायोगिक काम सुरू केले. नैसर्गिक वातावरणातून विद्युत ऊर्जा प्रसारित करण्याच्या शक्यतेचा व्यावहारिक अभ्यास करणे हे त्यावेळचे टेस्लाचे ध्येय होते.

टेस्लाची प्रयोगशाळा समुद्रसपाटीपासून दोन हजार मीटर उंचीवर असलेल्या एका विशाल पठारावर उभारण्यात आली आहे आणि आजूबाजूचा शेकडो किलोमीटरचा परिसर अतिशय तेजस्वी विजांच्या गडगडाटासाठी ओळखला जातो.

टेस्ला म्हणाले की बारीक ट्यून केलेल्या उपकरणाच्या मदतीने तो त्याच्या प्रयोगशाळेपासून सात किंवा आठशे किलोमीटर अंतरावर होणारे विजेचे झटके शोधू शकला. काहीवेळा तो पुढच्या विजेच्या गडगडाटाच्या आवाजासाठी जवळपास एक तास वाट पाहत असे, तर त्याचे यंत्र अचूकपणे डिस्चार्ज कोठे झाले ते अंतर तसेच तो आवाज त्याच्या प्रयोगशाळेत किती वेळ पोहोचेल हे अचूकपणे ठरवत असे.

पृथ्वीवरील विद्युत कंपनांचा अभ्यास करण्याच्या इच्छेने, शास्त्रज्ञाने रिसीव्हिंग ट्रान्सफॉर्मर स्थापित केला जेणेकरून त्याचे प्राथमिक वळण त्याच्या टर्मिनलपैकी एकाने ग्राउंड केले गेले, तर त्याचे दुसरे टर्मिनल प्रवाहकीय एअर टर्मिनलशी जोडले गेले, ज्याची उंची समायोजित केली जाऊ शकते.

ट्रान्सफॉर्मरचे दुय्यम वळण एका संवेदनशील स्व-नियमन यंत्राशी जोडलेले आहे. प्राथमिक वळणातील दोलनांमुळे दुय्यम विंडिंगमध्ये वर्तमान डाळी दिसू लागल्या, ज्यामुळे रेकॉर्डर चालला.

एके दिवशी, टेस्लाने त्याच्या प्रयोगशाळेपासून 50 किलोमीटरपेक्षा कमी त्रिज्येमध्ये गडगडाटी वादळातून विजांचा झटका पाहिला आणि नंतर त्याच्या यंत्राच्या मदतीने त्याने अवघ्या दोन तासांत सुमारे 12,000 वीज पडण्याची नोंद केली!

निरीक्षणादरम्यान, शास्त्रज्ञाला सुरुवातीला आश्चर्य वाटले की त्याच्या प्रयोगशाळेपासून दूर असलेल्या विजेच्या झटक्यांचा त्याच्या रेकॉर्डिंग यंत्रावर जवळून आदळणाऱ्यांपेक्षा जास्त प्रभाव पडतो. टेस्लाने निःसंदिग्धपणे स्थापित केले की डिस्चार्जच्या ताकदीतील फरक हे मतभेदांचे कारण नाही. पण मग काय?

तिसऱ्या जुलै रोजी, टेस्लाने त्याचा शोध लावला. त्या दिवशी गडगडाटी वादळाचे निरीक्षण करताना, शास्त्रज्ञाने नोंदवले की त्याच्या प्रयोगशाळेतून प्रचंड वेगाने येणारे वादळ ढग जवळजवळ नियमित (जवळजवळ नियमित अंतराने आवर्ती) विजेचे झटके निर्माण करतात. तो त्याचा टेपरेकॉर्डर पाहू लागला.

गडगडाटी वादळ प्रयोगशाळेपासून दूर जात असताना, प्राप्त झालेल्या ट्रान्सफॉर्मरमधील वर्तमान डाळी सुरुवातीला कमकुवत झाल्या, परंतु नंतर पुन्हा वाढल्या, एक शिखर आले, नंतर पास झाले आणि तीव्रतेत घट झाल्यामुळे बदलले गेले, परंतु नंतर पुन्हा शिखर आले, नंतर पुन्हा घट झाली. .

गडगडाटी वादळ त्याच्या प्रयोगशाळेपासून सुमारे 300 किलोमीटर पुढे सरकले असतानाही त्याने हा वेगळा पॅटर्न पाहिला, तरीही परिणामी त्रासाची तीव्रता लक्षणीय राहिली.

शास्त्रज्ञाला यात शंका नव्हती की ज्या ठिकाणी वीज पडते त्या ठिकाणाहून या लाटा जमिनीवर पसरत होत्या, जणू काही सामान्य ताराप्रमाणे, आणि जेव्हा प्राप्त झालेल्या कॉइलच्या जागी त्यांना आदळले तेव्हाच त्याने त्यांचे शिखर आणि कुंड पाहिले.

त्यानंतर टेस्लाने अशाच प्रकारच्या लाटा निर्माण करणारे उपकरण तयार केले. ते खूप उच्च इंडक्टन्स आणि शक्य तितक्या कमी प्रतिकार असलेले सर्किट असावे.

या प्रकारचा ट्रान्समीटर ऊर्जा (आणि माहिती) प्रसारित करू शकतो, परंतु मूलत: हर्ट्झ उपकरणांमध्ये लागू केल्याप्रमाणे नाही, म्हणजेच त्याद्वारे नाही. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक विकिरण… या पृथ्वीवर वाहक म्हणून आणि विद्युतीय प्रवाहकीय वातावरणाद्वारे प्रसारित होणाऱ्या उभ्या लाटा असल्या पाहिजेत.

शास्त्रज्ञाच्या कल्पनेनुसार, त्याच्या ऊर्जा हस्तांतरण प्रणालीतील वारंवारता इतक्या प्रमाणात कमी करणे आवश्यक आहे की या स्वरूपात उर्जेचे उत्सर्जन (!) कमी होईल. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा.

मग, रेझोनान्सच्या अटी पूर्ण झाल्यास, सर्किट पेंडुलमसारख्या अनेक प्राथमिक डाळींची विद्युत ऊर्जा जमा करण्यास सक्षम असेल. आणि रिझोनान्सला ट्यून केलेल्या स्टेशन्सवर होणारा परिणाम हा हार्मोनिक ऑसिलेशन्सचा असेल, ज्याची तीव्रता तत्त्वतः कोलोरॅडोमध्ये वादळाच्या वेळी टेस्लाने पाहिलेल्या नैसर्गिक विजेच्या घटनांपेक्षा जास्त असू शकते.

अशा प्रक्षेपणाने, शास्त्रज्ञ असे गृहीत धरतात की तो नैसर्गिक माध्यमाच्या वहन गुणधर्माचा वापर करेल, रेडिएशनसह हर्ट्झच्या पद्धतीच्या विरूद्ध, जेथे भरपूर ऊर्जा सहजपणे विरघळली जाते आणि प्रसारित ऊर्जेचा फक्त एक लहान अंश प्राप्तकर्त्यापर्यंत पोहोचतो.

जर तुम्ही टेस्लाचा रिसीव्हर त्याच्या ट्रान्समीटरसह सिंक्रोनाइझ केला, तर ऊर्जा 99.5% पर्यंत कार्यक्षमतेने मिळवता येते (निकोला टेस्ला, लेख, पृष्ठ 356), जणू काही कमी प्रतिकार असलेल्या वायरद्वारे विद्युत् प्रवाह हस्तांतरित करून, जरी व्यवहारात हस्तांतरण वीज वायरलेस पद्धतीने मिळते. अशा प्रणालीमध्ये पृथ्वी ही एकमेव कंडक्टर म्हणून काम करते. टेस्लाचा विश्वास आहे की, तंत्रज्ञानामुळे विद्युत उर्जेच्या वायरलेस ट्रांसमिशनसाठी जगभरातील प्रणाली तयार करणे शक्य होते.

ऊर्जा (किंवा माहिती) प्रसारणाच्या कार्यक्षमतेच्या बाबतीत टेस्लाने त्याच्या प्रणालीला हर्ट्झियन प्रणालीशी विरोधाभास दिलेला सादृश्य आहे.

कल्पना करा की पृथ्वी हा पाण्याने भरलेला रबर बॉल आहे. ट्रान्समीटर हा चेंडूच्या पृष्ठभागावर काही ठिकाणी कार्य करणारा एक परस्पर पंप आहे — बॉलमधून पाणी काढले जाते आणि विशिष्ट वारंवारतेने त्यावर परत येते, परंतु संपूर्णपणे बॉलचा विस्तार आणि आकुंचन होण्यासाठी कालावधी पुरेसा असावा. ती वारंवारता

मग बॉलच्या पृष्ठभागावरील (रिसीव्हर्स) प्रेशर सेन्सर्सना हालचालींची माहिती दिली जाईल, ते पंपपासून किती दूर आहेत याची पर्वा न करता आणि त्याच तीव्रतेने.जर वारंवारता थोडी जास्त असेल, परंतु खूप जास्त नसेल, तर दोलन बॉलच्या विरुद्ध बाजूने परावर्तित होतील आणि नोड्स आणि अँटीनोड्स तयार करतील, जर रिसीव्हरपैकी एकामध्ये काम केले गेले तर ऊर्जा वापरली जाईल, परंतु त्याची ट्रान्समिशन खूप किफायतशीर ठरेल...

हर्ट्झियन सिस्टीममध्ये, जर आपण समानता चालू ठेवली तर, पंप प्रचंड वारंवारतेने फिरतो आणि ज्या ओपनिंगद्वारे पाणी ओळखले जाते आणि परत येते ते फारच लहान असते. उर्जेचा एक प्रचंड भाग इन्फ्रारेड उष्मा लहरींच्या रूपात खर्च केला जातो आणि उर्जेचा एक छोटासा भाग बॉलमध्ये हस्तांतरित केला जातो, त्यामुळे रिसीव्हर फारच कमी काम करू शकतात.

सराव मध्ये, टेस्ला खालीलप्रमाणे जागतिक वायरलेस प्रणालीमध्ये रेझोनंट परिस्थिती प्राप्त करण्याचा प्रस्ताव आहे. ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हर हे त्यांच्या वरच्या लीड्सला जोडलेल्या टर्मिनल्सवर उच्च पृष्ठभागाची चालकता असलेले अनुलंब ग्राउंड केलेले मल्टी-टर्न कॉइल आहेत.

ट्रान्समीटर प्राथमिक विंडिंगद्वारे समर्थित आहे, ज्यामध्ये दुय्यम पेक्षा लक्षणीय कमी वळणे आहेत आणि ग्राउंड केलेल्या मल्टी-टर्न दुय्यम कॉइलच्या तळाशी मजबूत प्रेरक कनेक्शन आहे.

कॅपेसिटरच्या साहाय्याने प्राथमिक विंडिंगमधील पर्यायी प्रवाह प्राप्त केला जातो. कॅपेसिटर स्त्रोताद्वारे चार्ज केला जातो आणि ट्रान्समीटरच्या प्राथमिक विंडिंगद्वारे डिस्चार्ज केला जातो. अशा प्रकारे तयार झालेल्या प्राथमिक दोलन सर्किटच्या दोलनाची वारंवारता दुय्यम सर्किटच्या मुक्त दोलनांच्या वारंवारतेच्या बरोबरीची केली जाते आणि जमिनीपासून टर्मिनलपर्यंत दुय्यम वळणाच्या वायरची लांबी एक चतुर्थांश केली जाते. त्याच्या बाजूने पसरलेल्या दोलनांची तरंगलांबी.

जर दुय्यम सर्किटची जवळजवळ सर्व स्व-विद्युत क्षमता टर्मिनलवर पडली असेल, तर टर्मिनलवर व्होल्टेजचा अँटीनोड (नेहमी जास्तीत जास्त स्विंग) आणि करंटचा नोड (नेहमी शून्य) प्राप्त होतो, आणि ग्राउंडिंग पॉइंटवर - करंटचा अँटीनोड आणि व्होल्टेजचा नोड. रिसीव्हरची रचना ट्रान्समीटर सारखीच असते, फक्त फरक एवढाच की त्याची मुख्य कॉइल मल्टी-टर्न असते आणि तळाशी लहान असते दुय्यम

रिसीव्हर सर्किट ऑप्टिमाइझ करून, टेस्ला निष्कर्षापर्यंत पोहोचला की त्याच्या सर्वात कार्यक्षम ऑपरेशनसाठी दुय्यम विंडिंगमधील व्होल्टेज दुरुस्त करणे आवश्यक आहे. यासाठी, शास्त्रज्ञाने एक यांत्रिक रेक्टिफायर विकसित केला, जो केवळ व्होल्टेज दुरुस्त करू शकत नाही, परंतु प्राप्त सर्किटच्या दुय्यम वळणाचा व्होल्टेज मोठेपणाच्या मूल्याच्या जवळ असतो तेव्हाच लोडवर ऊर्जा हस्तांतरित करू शकतो.