Teslovy věže: Ani takový génius, jako byl Tesla, nemohl uniknout tržním pravidlům úspěchu svých výrobků: Pikes Peak, Wardenclyffe a bezdrátový přenos energie
:
Nikola Tesla se proslavil částečně díky svým vynálezům v oblasti drátového rozvodu elektrické energie. Věděl, že úspěšné výrobky jsou první na trhu, poskytují ekonomické služby a potřebují odpovídající finanční prostředky na vývoj. Překonal všechny technické výzvy. Přesto se chystal dodat bezdrátový systém napájení, ale síly se spojily a Teslova věž i jeho sen o zásobování světa hojnou energií skončily v troskách.
Co Tesla objevil ve své laboratoři na Pikes Peaku v Coloradu, že si myslel, že jeho převratná technologie bude fungovat? Podívejme se na to.
Přenosová věž
Věž Wardenclyffe, postavená v Shorehamu ve státě New York poblíž letoviska Jamese Wardena, Wardenclyffe-on-Sound, nebyla původně určena k bezdrátovému přenosu energie. Původně ji chtěl John Pierpont (J. P.) Morgan využít jako součást investice do bezdrátového komunikačního systému.
V té době Guglielmo Marconi přenášel výsledky jachtařských závodů ze zaoceánských lodí. Morgan se domníval, že dalším krokem bude přenos výsledků závodů a zpráv z Ameriky do Londýna. Chtěl lepší systém než Marconiho – a Tesla byl rád, že má podporu tak vlivné osoby.
Experimental Times
V roce 1899 Tesla experimentoval v Coloradu, zatímco Marconi aktivně předváděl bezdrátový rozhlas v Anglii a Americe. Noviny New York Herald pozvaly Marconiho, aby informoval o mezinárodním závodě jachet o Americký pohár, který se toho roku konal v New Yorku. Tesla mezitím dostal příslib pozemku a bezplatné energie pro experimentální laboratoř v Pikes Peak v Coloradu.
Když Tesla přesídlil do Colorada, byl již celebritou. Úspěšně spolupracoval s Georgem Westinghousem, aby ukázal perspektivu střídavého proudu (AC) tím, že zajistil napájení a osvětlení pro Světovou kolumbijskou výstavu v Chicagu v roce 1893. Znovu se spojili v roce 1896 při zajišťování vodní elektrárny u Niagarských vodopádů.
Teslův střídavý vícefázový proud je de facto rozvodem elektrické energie pro drátové systémy, které dnes považujeme za samozřejmost. Tesla porazil Thomase Edisona a jeho systém stejnosměrného proudu (DC) pro distribuci energie ve velkém měřítku, protože jeho technologie byla efektivnější.
Spolehnutím na Teslovy patenty byla společnost Westinghouse schopna dodávat hojně elektrické energie pro zařízení, vlaky a města, čímž položila základ pro velkou část naší dnešní energetické infrastruktury.
Nicola Tesla ve své laboratoři na Pikes Peak. Obrázek se svolením Wellcome Library
Tesla a bezdrátový přenos energie
Přes úspěch, který zaznamenal s generátory energie a rozvodnými systémy, na jejichž návrhu se podílel, se Tesla zajímal o bezdrátový přenos elektrické energie. Když to vezmeme v úvahu, tak jen o 11 let dříve, v roce 1888, Heinrich Hertz potvrdil teorie Jamese Clerka Maxwella známé jako Maxwellovy rovnice.
Při vlastních experimentech Tesla v roce 1891 vynalezl elektrický rezonanční transformátor, známý jako Teslova cívka nebo Teslova cívka. Tesla předpokládal, že jeho transformátory mohou dodávat i elektrickou energii. Ve své patentové přihlášce na elektrický transformátor z roku 1897 Tesla uvedl, že se vlastně jedná o zařízení pro „přenos energie na velké vzdálenosti“. Všimněte si, že kdyby Tesla ve své snaze uspěl, došlo by v dějinách lidstva k naprosté revoluci v distribuci elektrické energie.
Na Pikes Peak se podařila kombinace počasí (spousta bouřek s blesky), bezplatné energie od El Paso Power Company z Colorado Springs a finančních prostředků od Johna J. Astora poskytlo Teslovi ideální laboratorní prostředí jak pro pozorování přirozených blesků, tak pro vytváření „vlastních“ pomocí jeho transformátorů.
Tesla mohl pozorovat, jak se přirozený blesk chová a jak se v některých případech šíří po zemi. Všiml si, jak poté zůstává vzduch nabitý. Experimentoval se svým transformátorem, pozoroval oblouky a to, jak se výboje odrážejí. I výboje z malé Teslovy cívky by byly na Pikes Peaku fascinující a Tesla neudělal malou cívku!“
Teslova laboratoř v Coloradu měla jednu z největších cívek, jaká kdy byla postavena. Elektrické výboje z laboratoře byly vidět na míle daleko. Teslovy experimenty byly natolik propagovány, že J. P. Morgan, finančník zodpovědný za fúzi, při níž vznikla společnost General Electric, investoval do Teslovy společnosti a poskytl prostředky na to, aby se Tesla vrátil na východní pobřeží a začal pracovat na věži Wardenclyffe.
V době tohoto kroku měl Morgan podíl ve společnosti zabývající se bezdrátovou komunikací. Ta by doplnila všechna ostatní odvětví, do nichž v té době investoval. Na základě Teslovy pověsti a toho, co Tesla prezentoval, si byli oba muži jisti, že Teslův systém předčí Marconiho. V březnu 1901 podepsal Morgan s Teslou smlouvu na bezdrátový komunikační systém.
Příklad moderního experimentu s Teslovou cívkou
Wardenclyffe Tower a Marconiho úspěchy
Tesla okamžitě zahájil práce na systému, získal pozemek a postavil věž. Návrh počítal s věží vysokou 187 stop a zapuštěnou do země ve výšce 300 stop.
V prosinci téhož roku Marconi překvapil svět, když přes Atlantický oceán přenesl písmeno „S“ v Morseově abecedě. Se zařízením mnohem jednodušším, než byla obrovská věž, kterou stavěl Tesla, vysílal Marconi signály přes oceán.
Když už Marconi prohlašoval, že dosáhl revolučního pokroku v bezdrátové komunikaci, Tesla si uvědomil, že budoucí investoři nebudou mít zájem o jeho bezdrátový komunikační systém, pokud by mohli dosáhnout stejných věcí s Marconiho technologií. Tesla měl také podezření, že Marconi používá zařízení, na které měl Tesla patenty, ale neměl peníze, aby se tím zabýval.
Bez konzultace s Morganem Tesla vylepšil návrh věže a zahrnul do specifikací rozvod energie. Jeho cílem bylo, aby se z věže stal kompletní systém: integrovaný energetický a komunikační uzel.
Morgan nebyl spokojen, když zjistil, že (1) komunikační systém, do kterého investoval, nebude vybudován a (2) přepracovaný systém bude mnohem dražší. V dokonalé bouři nejistoty Morgana zastihla hospodářská panika v roce 1901, kdy se v květnu zhroutil akciový trh. V září téhož roku byl pak zavražděn prezident McKinley. Během několika měsíců po podpisu smlouvy s Teslou se celá finanční situace změnila. Morgan odmítl Teslovu žádost o investování dalších peněz a vztahy mezi oběma muži nepokračovaly přátelsky.
Ať už byly vztahy mezi Teslou a Marconim dříve jakékoliv, staly se spornými, když Marconi (spolu s Karlem Ferdinandem Braunem) získal v roce 1909 Nobelovu cenu za fyziku. Jejich vztah se pak změnil ve spor, plný patentových bitev a protipožadavků. Opuštěná věž byla nakonec v roce 1917 stržena a veškerý majetek byl použit na zaplacení Teslových dluhů.
Ale co se Tesla naučil ve své coloradské laboratoři, že byl přesvědčen, že může bezdrátově dodávat energii na Wardenclyffe?
Lessons from Pikes Peak
V Coloradu měla Teslova laboratoř středový stožár – 142 stop vysoký – s měděnou koulí na vrcholu. Ačkoli byl poměrně mohutný, byl stále menší než Wardenclyffova věž.
Transformační část měla vinutí popsané jako více než 50 stop v průměru. Tesla mohl přenášet velké elektrické oblouky i elektrizovat okolní zem. Teslova pozorování a experimenty ho vedly k následujícím závěrům:
- Země se chová jako vodič. Elektrizace Země poskytuje prostředek k přenosu elektrické energie. Takto byl Tesla zřejmě schopen rozsvítit elektrické žárovky umístěné na zemi v určité vzdálenosti od generátoru elektrické energie.
- Po úderu blesku zůstávají stojaté elektrické vlny.
- Ionosféra může odrážet určité elektrické vlny. Nemusí nutně projít ionosférou a šířit se dál.
- Povrch Země a ionosféra tvoří kanál, kterým se s minimálními ztrátami šíří velmi nízkofrekvenční rádiové vlny (v rozsahu 3 kHz až 30 kHz). Tyto vlny neustále obíhají kolem Země a odrážejí se tam a zpět mezi zemským povrchem a ionosférou. Tesla předpokládal, že tyto oscilace mají přirozenou frekvenci 8 Hz.
Tyto Teslovy myšlenky měly určité pozadí. V roce 1872 Mahlon Loomis i William Henry Ward požádali o patenty, v nichž se zmiňovali o atmosférické elektřině a atmosférické elektrické vrstvě, která by mohla přenášet signály.
S těmito znalostmi je snadné pochopit, jak si Tesla mohl představit obrovský elektrický systém, kde Země a ionosféra poskytovaly potenciál pro připojení domácností a podniků k univerzální elektrické síti. Pomocí jeho transformátoru, který dodával obrovské množství elektřiny, a díky tomu, že Země a ionosféra fungovaly jako vodivá vrstva, se každé obydlí nebo budova s vhodnými receptory a uzemněním mohly stát větví napájenou sítí.
Grafické znázornění Wardenclyffe Tower
Jak to Tesla udělal?“
Doktor Jonathan Zenneck se ve své knize Wireless Telegraphy, jejíž překlad vyšel v roce 1915, zabýval polem elektromagnetických vln na zemském povrchu. Zenneck se zajímal o Maxwellovy rovnice na hranicích povrchu a v knize zmiňuje, že Země je vodivá.
Německý fyzik Winfried Otto Schumann předpověděl, že v dutině mezi povrchem Země a ionosférou existují elektromagnetické stojaté vlny. V roce 1954 byla tato teorie potvrzena. Bylo zjištěno, že tato „Schumannova rezonance“ se vyskytuje na základní frekvenci 7,83 Hz. Na odrazu ionosféry jsou dnes závislí operátoři amatérských radiostanic, aby mohli navázat spojení na velké vzdálenosti.
Všechny tyto objevy ukazují, že Teslovo chápání jevů, jichž byl svědkem a které zkoumal ve své laboratoři na Pikes Peaku, bylo potvrzeno.
Navázala by jeho věž na jeho další úspěchy, kdyby nedošly peníze? Tato otázka je stále předmětem diskusí. V jednom smyslu nebyla věž neúspěšná. Teslovy poznámky o výsledcích jeho coloradských experimentů jsou kusé, protože se spoléhal spíše na svou paměť než na písemné záznamy. Aby však mohl věž na Pikes Peaku postavit, musel zdokumentovat své plány, potřebná zařízení a patenty, o které žádal, a zanechat tak stopu pro budoucí badatele.
Zda měl Tesla pravdu v tom, jak si představoval svět zahrnující bezdrátový přenos energie, to možná ještě ukáže čas. V současné době probíhá crowdfundingové úsilí s cílem znovu vytvořit Teslovu věž.
Shrnutí
Tesla pokročil v poznání elektřiny a distribuce energie způsobem, který využíváme dodnes. Jeho experimenty s indukčními motory, zářivkami a střídavým proudem tvoří základ naší technické krajiny.
Dnes se jeho vize bezdrátového napájení realizuje jen v malé míře. Přestože Teslova věž nikdy nedosáhla toho, v co doufal, díky tomu, že při přípravě věže zdokumentoval své plány a patenty, máme možnost vidět jeho vizi světa s dostatkem energie.