Tesla’s Towers: Pikes Peak, Wardenclyffe, and Wireless Power Transmission
Even um gênio como Tesla não poderia escapar das regras do mercado de sucesso do produto: Ser o primeiro a comercializar, oferecer bom valor, e melhor a concorrência.
Nikola Tesla tornou-se famoso em parte como resultado de suas invenções para a distribuição de energia com fio. Ele sabia que os produtos de sucesso eram os primeiros a serem comercializados, ofereciam serviços econômicos e precisavam de financiamento adequado para o desenvolvimento. Ele venceu todos os desafios técnicos. No entanto, pronto para entregar um sistema de energia sem fio, forças combinadas para deixar tanto a Torre de Tesla quanto seu sonho de abastecer o mundo com energia abundante em ruínas.
O que Tesla descobriu em seu laboratório em Pikes Peak, Colorado, que o fez pensar que sua tecnologia disruptiva iria funcionar? Vamos dar uma olhada.
Uma Torre de Transmissão
A Torre Wardenclyffe, construída em Shoreham, Nova York, perto do resort do James Wardenclyffe-on-Sound, não foi originalmente destinada a ser usada para transferência de energia sem fio. Inicialmente, John Pierpont (J.P.) Morgan pretendia usá-lo como parte de um investimento em um sistema de comunicação sem fio.
Na época, Guglielmo Marconi estava transmitindo resultados de regatas de iates a partir de transatlânticos. Morgan pensou que ter resultados de regatas e notícias transmitidas da América para Londres seria o próximo passo. Ele queria um sistema melhor que o de Marconi – e Tesla estava feliz por ter o apoio de uma pessoa tão influente.
Experimental Times
Em 1899, Tesla estava fazendo experiências no Colorado, enquanto Marconi estava demonstrando ativamente rádio sem fio na Inglaterra e na América. O jornal New York Herald convidou Marconi para fazer uma reportagem sobre a corrida internacional de iates America’s Cup que estava sendo realizada em Nova York naquele ano. Enquanto isso, Tesla havia sido prometido terra e energia livre para um laboratório experimental em Pikes Peak, Colorado.
Quando Tesla se mudou para o Colorado, ele já era uma celebridade. Ele tinha colaborado com sucesso com George Westinghouse para mostrar a promessa de corrente alternada (AC), fornecendo energia e iluminação para a Exposição Mundial de 1893 da Columbian em Chicago. Eles se uniram novamente em 1896 para fornecer uma usina hidrelétrica nas Cataratas do Niágara.
A energia polifásica AC da Tesla é a distribuição de energia de facto para os sistemas de energia com fio que nós tomamos como certa hoje. Tesla bateu Thomas Edison e seu sistema de corrente contínua (DC) para distribuição de energia em larga escala porque a tecnologia era mais eficiente.
Confiando nas patentes de Tesla, a Westinghouse foi capaz de fornecer energia elétrica abundante para equipamentos, trens e cidades, lançando as bases para grande parte de nossa infra-estrutura de energia hoje.
Nicola Tesla em seu Pikes Peak Iaboratory. Imagem cortesia da Biblioteca Wellcome
Tesla e Transmissão de energia sem fio
Apesar do sucesso que encontrou com os geradores de energia e sistemas de distribuição que teve a mão na concepção, Tesla estava interessado na transmissão de energia elétrica sem fio. Colocando isto em perspectiva, foi apenas 11 anos antes, em 1888, que Heinrich Hertz tinha confirmado as teorias de James Clerk Maxwell conhecidas como Equações de Maxwell.
Fazendo suas próprias experiências, Tesla inventou um transformador de ressonância elétrica em 1891, conhecido como a bobina de Tesla, ou a bobina de Tesla. Tesla esperava que os seus transformadores também pudessem fornecer energia. Tesla declarou em seu pedido de patente para um transformador elétrico em 1897 que na verdade era um dispositivo para a “transmissão de energia em longas distâncias”. Note que se Tesla tivesse sucesso em seu esforço, a distribuição de energia teria sido totalmente revolucionada na história humana.
No Pikes Peak, a combinação do tempo (muitas tempestades relâmpago), energia livre da El Paso Power Company de Colorado Springs, e financiamento de John J. Astor forneceu a Tesla o ambiente de laboratório perfeito para observar os raios naturais e criar “os seus” usando os seus transformadores.
Tesla foi capaz de observar como os raios naturais agiram e como eles viajaram sobre o solo em alguns casos. Ele observou como o ar permaneceu carregado depois. Ele experimentou com seu transformador, observando os arcos e como as descargas eram refletidas. Mesmo as descargas de uma pequena bobina Tesla teriam sido fascinantes em Pikes Peak e Tesla não fez uma pequena!
O laboratório Colorado de Tesla tinha uma das maiores bobinas já construídas. As descargas eléctricas do laboratório podiam ser vistas durante quilómetros. O suficiente foi anunciado sobre as experiências de Tesla que o J.P. Morgan, o financeiro responsável pela fusão que formou a General Electric, investiu na empresa de Tesla, fornecendo os fundos para trazer Tesla de volta à Costa Leste e começar a trabalhar na Torre Wardenclyffe.
Como resultado dessa mudança, Morgan tinha uma participação em uma empresa de comunicação sem fio. Isso complementaria todas as outras indústrias nas quais ele estava investido na época. Com base na reputação de Tesla e no que Tesla apresentou, ambos os homens tinham certeza de que o sistema de Tesla teria um desempenho superior ao de Marconi. Morgan assinou um contrato com Tesla em março de 1901 para um sistema de comunicação sem fio.
Um exemplo de uma experiência moderna de bobinas Tesla
Wardenclyffe Tower e Marconi’s Accomplishments
Tesla imediatamente começou a trabalhar no sistema, adquirindo um terreno e construindo a torre. O projeto exigia uma torre com 187 pés de altura e aterrada na Terra a 300 pés.
Então, em dezembro daquele ano, Marconi surpreendeu o mundo ao transmitir a letra de código Morse ‘S’ através do Oceano Atlântico. Com equipamentos muito mais simples do que a enorme torre que Tesla estava construindo, Marconi estava transmitindo sinais através do oceano.
Com Marconi já reivindicando avanços revolucionários na comunicação sem fio, Tesla percebeu que futuros investidores não estariam interessados em seu sistema de comunicação sem fio se eles pudessem realizar as mesmas coisas com a tecnologia de Marconi. Tesla também suspeitou que Marconi estava usando equipamentos que Tesla possuía patentes, mas ele não tinha dinheiro para prosseguir com o assunto.
Sem consultar a Morgan, Tesla ampliou o projeto da torre e incluiu a distribuição de energia nas especificações. Seu objetivo era que a Torre se tornasse um sistema completo: um centro integrado de energia e comunicações.
Morgan não ficou satisfeito quando percebeu que (1) o sistema de comunicação em que investiu não estava sendo construído e (2) o sistema redesenhado custaria muito mais. Em uma perfeita tempestade de incerteza, Morgan foi apanhado pelo pânico econômico de 1901, com a queda da bolsa de valores em maio. Então, o presidente McKinley foi assassinado em setembro daquele ano. Meses após a assinatura do contrato de Tesla, todo o cenário financeiro tinha mudado. Morgan recusou o pedido de Tesla para investir mais dinheiro e a relação entre os dois homens não continuou amigavelmente.
O que quer que a relação entre Tesla e Marconi tivesse sido anteriormente, tornou-se controversa quando Marconi (juntamente com Karl Ferdinand Braun) recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1909. Seu relacionamento então se transformou em um dos litigantes, repleto de batalhas de patentes e reivindicações contrárias. A Torre abandonada foi finalmente derrubada em 1917 e quaisquer bens usados para pagar as dívidas de Tesla.
Mas o que Tesla aprendeu em seu laboratório no Colorado que o convenceu de que poderia fornecer energia sem fio na Wardenclyffe?
Lessons from Pikes Peak
No Colorado, o laboratório de Tesla tinha um mastro central-142 pés de altura – com uma esfera de cobre no topo. Embora bastante maciço, era ainda menor que a Torre Wardenclyffe.
A porção do transformador tinha um enrolamento descrito como tendo mais de 50 pés de diâmetro. Tesla podia transmitir grandes arcos elétricos, bem como eletrificar o solo circundante. As observações e experiências de Tesla levaram-no a concluir o seguinte:
- A Terra age como um condutor. A electrificação da Terra fornece um meio de transmissão de energia eléctrica. Parece ser assim que Tesla foi capaz de acender lâmpadas eléctricas colocadas no solo a alguma distância do gerador de energia.
- Existem ondas eléctricas de pé após um relâmpago.
- A ionosfera pode reflectir certas ondas eléctricas. Elas não viajam necessariamente através da ionosfera e continuam a propagar-se.
- A superfície da Terra e a ionosfera formam um canal onde ondas de rádio de muito baixa frequência (no intervalo de 3 kHz a 30 kHz) viajam com perda mínima. Estas ondas viajam continuamente ao redor da Terra, refletindo para frente e para trás entre a superfície da Terra e a ionosfera. Tesla sugeriu que havia uma frequência natural de 8 Hz para estas oscilações.
Existiu algum fundo para as ideias de Tesla. Em 1872, tanto Mahlon Loomis quanto William Henry Ward haviam solicitado patentes mencionando a eletricidade atmosférica e uma camada elétrica atmosférica que poderia transportar sinais.
Com este conhecimento, é fácil ver como Tesla poderia visualizar um enorme sistema elétrico onde a Terra e a ionosfera proporcionavam potencial para que residências e empresas explorassem uma rede universal de eletricidade. Usando seu transformador para fornecer grandes quantidades de eletricidade, e com a Terra e a ionosfera atuando como uma camada condutora, qualquer residência ou edifício com receptores e aterramento adequados poderia se tornar um ramo alimentado pela rede.
Representação gráfica da Torre Wardenclyffe
Como Tesla Do?
Em seu livro, Wireless Telegraphy, a versão traduzida publicada em 1915, Dr. Jonathan Zenneck discutiu o campo de ondas eletromagnéticas na superfície da Terra. Zenneck estava interessado nas Equações de Maxwell nos limites da superfície e menciona no livro que a Terra é condutora.
O físico alemão Winfried Otto Schumann previu que existiam ondas electromagnéticas na cavidade entre a superfície da Terra e a ionosfera. Em 1954, esta teoria foi confirmada. Esta “ressonância Schumann” foi encontrada a uma frequência fundamental de 7,83 Hz. Hoje, os operadores de rádio de presunto dependem do reflexo da ionosfera para fazer contato em longas distâncias.
Todas essas descobertas mostram que o entendimento de Tesla sobre os fenômenos que ele testemunhou e explorou em seu Pikes Peak Lab foi validado.
A sua Torre teria seguido seus outros sucessos se o dinheiro não tivesse se esgotado? Essa questão ainda está a ser debatida. Em certo sentido, a Torre não foi um fracasso. As notas de Tesla sobre os resultados das suas experiências no Colorado são esboçadas porque ele confiou na sua memória em vez de se basear em registos escritos. Entretanto, para construir a Torre Pikes Peak, ele teve que documentar seus planos, o equipamento necessário e as patentes que ele solicitou, deixando um rastro para futuros pesquisadores.
Como Tesla estava correto no que ele imaginou para um mundo incorporando a transferência de energia sem fio, ainda pode haver tempo para dizer. Os esforços de financiamento da multidão estão em andamento com o objetivo de recriar a Torre de Tesla.
Sumário
Tesla avançou o conhecimento da eletricidade e da distribuição de energia de formas que ainda hoje nos beneficiam. Suas experiências com motores de indução, iluminação fluorescente e energia CA formam a base do nosso panorama técnico.
Hoje, sua visão da energia sem fio está sendo realizada apenas de uma pequena forma. Embora a Torre de Tesla nunca tenha realizado o que ele esperava, porque ele documentou seus planos e patentes em preparação para a Torre, somos capazes de ver a sua visão de um mundo com potência abundante.
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