Tesla’s Towers: Pikes Peak, Wardenclyffe e la trasmissione di energia senza fili
Anche un genio come Tesla non poteva sfuggire alle regole di mercato del successo del prodotto: Essere i primi sul mercato, offrire un buon valore e battere la concorrenza.
Nikola Tesla è diventato famoso in parte come risultato delle sue invenzioni per la distribuzione di energia via cavo. Sapeva che i prodotti di successo erano i primi ad arrivare sul mercato, fornivano servizi economici e avevano bisogno di finanziamenti adeguati per lo sviluppo. Ha vinto tutte le sfide tecniche. Eppure, pronto a fornire un sistema di alimentazione senza fili, le forze si combinarono per lasciare in rovina sia la Torre di Tesla che il suo sogno di fornire al mondo energia in abbondanza.
Cosa scoprì Tesla nel suo laboratorio a Pikes Peak, Colorado, che gli fece pensare che la sua tecnologia dirompente avrebbe funzionato? Diamo un’occhiata.
Una torre di trasmissione
La torre Wardenclyffe, costruita a Shoreham, New York, vicino al resort di James Warden, Wardenclyffe-on-Sound, non era originariamente destinata ad essere utilizzata per il trasferimento di energia senza fili. Inizialmente, John Pierpont (J.P.) Morgan intendeva usarla come parte di un investimento in un sistema di comunicazione senza fili.
All’epoca, Guglielmo Marconi stava trasmettendo i risultati delle gare di yachting dai transatlantici. Morgan pensò che avere risultati di gara e notizie trasmessi dall’America a Londra sarebbe stato il passo successivo. Voleva un sistema migliore di quello di Marconi e Tesla era felice di avere l’appoggio di una persona così influente.
Experimental Times
Nel 1899, Tesla stava facendo esperimenti in Colorado mentre Marconi stava dimostrando attivamente la radio senza fili in Inghilterra e in America. Il giornale New York Herald invitò Marconi a riferire sulla regata internazionale di yacht America’s Cup che si teneva a New York quell’anno. Nel frattempo, a Tesla erano stati promessi terreni ed energia gratuita per un laboratorio sperimentale a Pikes Peak, Colorado.
Quando Tesla si trasferì in Colorado, era già una celebrità. Aveva collaborato con successo con George Westinghouse per mostrare la promessa della corrente alternata (AC), fornendo energia e illuminazione per la World’s Columbian Exposition del 1893 a Chicago. Hanno collaborato di nuovo nel 1896 per fornire una centrale idroelettrica alle cascate del Niagara.
La corrente alternata polifase di Tesla è la distribuzione di fatto dell’energia per i sistemi elettrici cablati che oggi diamo per scontati. Tesla ha battuto Thomas Edison e il suo sistema a corrente continua (DC) per la distribuzione di energia su larga scala perché la tecnologia era più efficiente.
Facendo affidamento sui brevetti di Tesla, Westinghouse fu in grado di fornire abbondante energia elettrica per apparecchiature, treni e città, gettando le basi per gran parte delle nostre infrastrutture elettriche di oggi.
Nicola Tesla nel suo laboratorio di Pikes Peak. Immagine per gentile concessione della Wellcome Library
Tesla e la trasmissione di energia senza fili
Nonostante il successo che aveva trovato con i generatori di energia e i sistemi di distribuzione che aveva contribuito a progettare, Tesla era interessato alla trasmissione di energia elettrica senza fili. Mettendo questo in prospettiva, solo 11 anni prima, nel 1888, Heinrich Hertz aveva confermato le teorie di James Clerk Maxwell note come equazioni di Maxwell.
Facendo i suoi esperimenti, Tesla inventò un trasformatore elettrico risonante nel 1891, noto come la bobina di Tesla, o bobina di Tesla. Tesla si aspettava che i suoi trasformatori potessero fornire anche energia. Tesla ha dichiarato nella sua domanda di brevetto per un trasformatore elettrico nel 1897 che era in realtà un dispositivo per la “trasmissione di energia su lunghe distanze”. Si noti che se Tesla fosse riuscito nel suo sforzo, la distribuzione dell’energia sarebbe stata totalmente rivoluzionata nella storia dell’umanità.
A Pikes Peak, la combinazione del tempo (molte tempeste di fulmini), l’energia gratuita dalla El Paso Power Company di Colorado Springs, e il finanziamento di John J. Astor fornì a Tesla l’ambiente di laboratorio perfetto sia per osservare i fulmini naturali che per creare i “suoi” utilizzando i suoi trasformatori.
Tesla fu in grado di osservare come agivano i fulmini naturali e come viaggiavano sul terreno in alcuni casi. Notò come l’aria rimaneva carica in seguito. Sperimentò con il suo trasformatore, osservando gli archi e come le scariche venivano riflesse. Anche le scariche di una piccola bobina di Tesla sarebbero state affascinanti a Pikes Peak e Tesla non ne fece una piccola!
Il laboratorio di Tesla in Colorado aveva una delle più grandi bobine mai costruite. Le scariche elettriche provenienti dal laboratorio potevano essere viste per miglia. Gli esperimenti di Tesla furono pubblicizzati a tal punto che J.P. Morgan, il finanziere responsabile della fusione che formò la General Electric, investì nella società di Tesla, fornendo i fondi per riportare Tesla sulla costa orientale e iniziare i lavori sulla Wardenclyffe Tower.
A partire da questa mossa, Morgan aveva una partecipazione in una società di comunicazione wireless. Questo avrebbe completato tutte le altre industrie in cui aveva investito all’epoca. Sulla base della reputazione di Tesla e di ciò che Tesla presentava, entrambi gli uomini erano sicuri che il sistema di Tesla avrebbe superato quello di Marconi. Morgan firmò un contratto con Tesla nel marzo 1901 per un sistema di comunicazione senza fili.
Un esempio di un moderno esperimento di bobina di Tesla
Wardenclyffe Tower e i successi di Marconi
Tesla iniziò immediatamente a lavorare sul sistema, acquisendo terreni e costruendo la torre. Il progetto prevedeva una torre alta 187 piedi e infissa nella terra per 300 piedi.
Poi, nel dicembre di quell’anno, Marconi sorprese il mondo trasmettendo la lettera ‘S’ in codice Morse attraverso l’Oceano Atlantico. Con attrezzature molto più semplici dell’enorme torre che Tesla stava costruendo, Marconi stava trasmettendo segnali attraverso l’oceano.
Con Marconi che già rivendicava passi da gigante nella comunicazione senza fili, Tesla si rese conto che i futuri investitori non sarebbero stati interessati al suo sistema di comunicazione senza fili se avessero potuto realizzare le stesse cose con la tecnologia di Marconi. Tesla sospettava anche che Marconi stesse usando attrezzature di cui Tesla deteneva i brevetti, ma non aveva soldi per perseguire la questione.
Senza consultare Morgan, Tesla aumentò il progetto della torre e incluse la distribuzione di energia nelle specifiche. Il suo obiettivo era che la torre diventasse un sistema completo: un hub integrato di energia e comunicazioni.
Morgan non era felice quando si rese conto che (1) il sistema di comunicazione in cui aveva investito non sarebbe stato costruito e (2) il sistema riprogettato sarebbe costato molto di più. In una perfetta tempesta di incertezza, Morgan fu coinvolto nel panico economico del 1901 con il crollo del mercato azionario in maggio. Poi, il presidente McKinley fu assassinato nel settembre di quell’anno. Nei mesi successivi alla firma del contratto di Tesla, l’intero panorama finanziario era cambiato. Morgan rifiutò la richiesta di Tesla di investire più denaro e la relazione tra i due uomini non continuò amichevolmente.
Qualunque fosse stata la relazione tra Tesla e Marconi in precedenza, divenne conflittuale quando Marconi (insieme a Karl Ferdinand Braun) ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1909. La loro relazione si trasformò in un rapporto di contenzioso, irto di battaglie per i brevetti e contro rivendicazioni. La Torre abbandonata fu infine abbattuta nel 1917 e tutti i beni furono usati per pagare i debiti di Tesla.
Ma cosa imparò Tesla nel suo laboratorio in Colorado che lo convinse di poter fornire energia senza fili a Wardenclyffe?
Lezioni da Pikes Peak
In Colorado, il laboratorio di Tesla aveva un pilone centrale alto 42 piedi con una sfera di rame in cima. Anche se abbastanza massiccio, era ancora più piccolo della Wardenclyffe Tower.
La parte del trasformatore aveva un avvolgimento descritto come oltre 50 piedi di diametro. Tesla poteva trasmettere grandi archi elettrici così come elettrificare il terreno circostante. Le osservazioni e gli esperimenti di Tesla lo portarono a concludere quanto segue:
- La Terra agisce come un conduttore. L’elettrificazione della terra fornisce un mezzo per trasmettere l’energia elettrica. Questo sembra essere il modo in cui Tesla era in grado di accendere lampadine elettriche poste sul terreno ad una certa distanza dal generatore di corrente.
- Ci sono onde elettriche stazionarie lasciate nella scia di un fulmine.
- La ionosfera può riflettere alcune onde elettriche. Non necessariamente viaggiano attraverso la ionosfera e continuano a propagarsi.
- La superficie della Terra e la ionosfera formano un canale dove le onde radio a bassissima frequenza (nella gamma da 3 kHz a 30 kHz) viaggiano con una perdita minima. Queste onde viaggiano continuamente intorno alla Terra, riflettendosi avanti e indietro tra la superficie terrestre e la ionosfera. Tesla suggerì che c’era una frequenza naturale di 8 Hz per queste oscillazioni.
C’era un certo background per le idee di Tesla. Nel 1872, sia Mahlon Loomis che William Henry Ward avevano richiesto dei brevetti che menzionavano l’elettricità atmosferica e uno strato elettrico atmosferico che poteva trasportare segnali.
Con queste conoscenze, è facile capire come Tesla potesse immaginare un enorme sistema elettrico in cui la Terra e la ionosfera fornivano un potenziale per le case e le aziende per attingere ad una rete universale di elettricità. Usando il suo trasformatore per fornire massicce quantità di elettricità, e con la Terra e la ionosfera che agiscono come strato conduttore, qualsiasi residenza o edificio con recettori e messa a terra adatti potrebbe diventare una diramazione alimentata dalla rete.
Rappresentazione grafica della Wardenclyffe Tower
Come fece Tesla?
Nel suo libro, Wireless Telegraphy, la versione tradotta pubblicata nel 1915, il dottor Jonathan Zenneck discusse il campo delle onde elettromagnetiche sulla superficie terrestre. Zenneck era interessato alle equazioni di Maxwell ai confini della superficie e menziona nel libro che la Terra è conduttiva.
Il fisico tedesco Winfried Otto Schumann predisse che le onde stazionarie elettromagnetiche esistevano nella cavità tra la superficie della Terra e la ionosfera. Nel 1954, questa teoria fu confermata. Questa “risonanza Schumann” è stata trovata ad una frequenza fondamentale di 7,83 Hz. Oggi, i radioamatori dipendono dalla riflessione della ionosfera per mettersi in contatto su lunghe distanze.
Tutte queste scoperte mostrano che la comprensione di Tesla dei fenomeni di cui fu testimone e che esplorò nel suo laboratorio di Pikes Peak è stata convalidata.
La sua Torre avrebbe seguito gli altri suoi successi se i soldi non fossero finiti? Questa domanda è ancora oggetto di dibattito. In un certo senso, la Torre non fu un fallimento. Gli appunti di Tesla sui risultati dei suoi esperimenti in Colorado sono sommari perché si basava sulla sua memoria piuttosto che su registrazioni scritte. Tuttavia, al fine di costruire la torre Pikes Peak, ha dovuto documentare i suoi piani, le attrezzature necessarie, e i brevetti che ha richiesto, lasciando una traccia per i futuri ricercatori.
Se Tesla era corretto in ciò che ha immaginato per un mondo che incorpora il trasferimento di energia senza fili, ci può essere ancora tempo per dirlo. Sono in corso sforzi di crowdfunding con l’obiettivo di ricreare la Torre di Tesla.
Sommario
Tesla ha avanzato la conoscenza dell’elettricità e della distribuzione di energia in modi di cui beneficiamo ancora oggi. I suoi esperimenti con i motori a induzione, l’illuminazione fluorescente e la corrente alternata formano la base del nostro panorama tecnico.
Oggi, la sua visione dell’energia senza fili viene realizzata solo in piccola parte. Anche se la Torre di Tesla non ha mai realizzato ciò che sperava, perché ha documentato i suoi piani e brevetti in preparazione della Torre, siamo in grado di vedere la sua visione di un mondo con abbondante energia.