Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

У Нико были старший брат Дане и три сестры. Его мать, Джука Мандич, принадлежала к роду умелых мастеров, которые создавали различные механические приспособления для работы по дому и в сельском хозяйстве. От них она унаследовала талант и практическую сметку. Джука сама мастерила множество приспособлений для повседневных домашних дел. Например, одним из ее изобретений был автоматический взбиватель яиц. Вспоминая о матери, Никола Тесла всегда с горечью говорил, что при других обстоятельствах она могла бы, несомненно, далеко пойти.

Соединение этих двух разных миров (отца — образованного человека с исключительной памятью, декламировавшего длинные отрывки из классической поэзии — и умелой, своевольной матери) дало Нико большую чуткость мировосприятия и железную силу воли. Возможно, именно под влиянием матери в раннем возрасте он начал задумывать удивительные устройства, такие как безлопастное гидравлическое колесо, предшествовавшее его будущей безлопастной турбине, или двигатель, приводимый в действие жуками. Любопытство мальчика не знало границ. Чего он только ни делал: например, однажды в ветреный день попытался взлететь с крыши хлева, используя зонтик, или не раз принимался разбирать дедовские часы, чтобы потом безуспешно пытаться собрать их.

В воспоминаниях Теслы присутствует и повествование о том, как он в детстве починил новый пожарный насос, обнаружив засор в шланге, выкачивающем воду из реки. До него никто в деревне не обращал на это внимания. Обрадованные соседи носили Николу на плечах, и он был так счастлив, что решил стать инженером, хоть это решение и предвещало в дальнейшем конфликт с отцом.

Когда брату будущего изобретателя, Дане, исполнилось 12 лет, он погиб из-за несчастного случая, связанного с лошадью. Эта трагедия очень травмировала маленького Николу и тревожила его всю оставшуюся жизнь. Некоторые биографы предполагают, что, возможно, Тесла был частично виноват в несчастном случае, испугав лошадь. Как бы то ни было, память о том ужасном происшествии окрасила в черный цвет его детские воспоминания и сильно повлияла на его личность. Как рассказывал сам Никола, его брат был очень умным мальчиком, гордостью родителей, и после его гибели Милутин и Джука сосредоточили все свои чаяния на образовании младшего сына, постоянно занимаясь тренировкой его памяти и дисциплиной. Нико, со своей стороны, постарался возместить им утрату и горечь несбывшихся надежд, поэтому его детство прошло под знаком невероятных усилий и постоянного недовольства собой. Впоследствии он начал отдаваться работе с поистине монашеским аскетизмом, что вкупе с его необыкновенными личностными характеристиками вызвало к жизни различные мании и фобии, близкие по своей природе к маниакальному неврозу.

Не думаю, что есть какое-либо более сильное ощущение для изобретателя, чем то, когда он видит, что его создания работают. Это ощущение заставляет забыть о еде, о сне — обо всем.

Никола Тесла

Спасением Теслы всегда было живое воображение, вероятно, связанное с его прекрасными способностями к визуализации мыслей. Ему нравилось представлять себе путешествия, в которых он знакомился с самыми разными людьми, он мог создавать у себя в голове целые вселенные. Годы спустя Тесла окажется чрезвычайно ленив в вопросах подготовки набросков и чертежей. Изобретатель заверял всех, что предпочитает совершенствовать модели в уме. То есть он обладал способностью, свойственной незаурядному интеллекту. Отвращение Теслы (имевшего фотографическую память) к планам и схемам вызывало раздражение партнеров и недоверие коллег, а также делало затруднительным процесс получения патентов на изобретения.

Уже в старости Тесла вспоминал, что его проницательный ум впервые столкнулся с явлением электричества холодным зимним вечером, когда их дом оказался засыпан снегом. Он вышел на улицу поиграть и увидел, что ходьба людей по снегу сопровождалась свечением, а бросив снежок в камень, заметил, как возникли искры, похожие на те, которые появлялись, когда его тетка большим ножом колола сахарную голову. Вернувшись домой, пока его мать готовила ужин, Тесла смотрел в окно на заснеженные поля, и его кот Мацак подкрался к нему поближе. Никола увидел, что бок животного светится, а когда погладил кота, засверкали искры. Мать сказала ему бросить играть с Мацаком, если он не хочет устроить пожар, а отец объяснил, что эти искры называются электричеством. Это объяснение очень впечатлило Нико и запомнилось ему на всю жизнь: мальчику еще не приходилось слышать о настолько могущественной невидимой силе, способной вызвать пожар в доме. Позже, когда в комнате стало совсем темно, Никола увидел, что Мацак переступает лапами так, будто движется по мокрой поверхности, а шерсть кота освещается и образует ауру.

С того далекого дня Тесла не переставал думать о силе, вызывающей столь невероятные явления. Как он вспоминал впоследствии, его мучил вопрос: нельзя ли сравнить электричество с огромным котом, прекрасным и беспомощным, но при этом страшно опасным? Способно ли электричество стать его другом, как Мацак? Мог ли он погладить его и собрать непослушные искры? Маленький Нико настолько увлекся, что начал читать книги по физике, стремясь найти ответ на самый главный вопрос, который вертелся у него в голове: что такое электричество?

У материи есть особое свойство — электрический заряд. Он может быть двух видов — положительный и отрицательный, — и надо сказать, что разноименные электрические заряды притягиваются с необыкновенной силой, как это происходит внутри атомов. Носителем элементарного положительного заряда является протон, отрицательного заряда — электрон. Электрический заряд вызывает физические явления, в основном связанные с взаимодействием и энергией электронов и проявляющиеся в самых разных формах — термических, механических, световых, а также химических.

Обычно когда мы говорим об электричестве, то имеем в виду свойство материи. Но понятие «электричество» имеет еще два определения: форма энергии, основанная на указанном свойстве, и раздел физики, изучающий электрические явления. В любом из трех своих значений слово «электричество» играет фундаментальную роль для человеческого общества. Современный мир не был бы возможен без него. Тем не менее человечество обходилось без электричества до начала XX века.

Хотя явления, связанные с электричеством, можно наблюдать в природе, люди прошли долгий путь до полного понимания данного свойства материи и возможности контроля над ним, что позволило значительно повысить уровень жизни. Уже греки наблюдали, как один из видов ископаемой смолы приобретает свойство притягивать перья, нитки и пух при натирании его куском кожи. Этот вид смолы мы знаем сегодня как янтарь; греки же называли его электрон. В елизаветинскую эпоху англичанин Уильям Гильберт (1544-1603), исследователь магнетизма, открыл, что трение придает данное свойство и другим материалам. Именно благодаря ему в языке закрепились слова «электричество» и «электрический» — от греческого «электрон».

В 1733 году французский химик Шарль Дюфе (1698-1739) открыл, что два стержня из одного материала — янтаря или стекла — при натирании взаимно отталкиваются. При этом стержни из разных материалов притягиваются (см. рисунок 1).

РИС. 1

Поведение стержней Дюфе при натирании. Стержни из одного материала испытывают силу отталкивания (F); если материалы стержней разные, то возникает сила притяжения.

Подобным образом ведут себя и полюса магнита. Если же стержни соприкасаются, взаимодействие прекращается. Поэтому казалось, что существуют два разных вида «электричества».

Североамериканский политик, ученый и изобретатель Бенджамин Франклин (1706-1790) первым стал говорить о наличии положительного и отрицательного заряда. Когда он тер стеклянный стержень, «электричество» текло внутрь стержня, «положительно заряжая его», а при трении янтаря «электричество» выходило из него, «заряжая отрицательно». Соприкосновение стержней с противоположными зарядами заставляло перетекать положительный заряд в отрицательный до момента достижения равновесия. В 1785 году Шарль Кулон измерил отношение и величину притягивания и отталкивания зарядов. Закон Кулона утверждает, что сила обратно пропорциональна квадрату разделяющего заряды расстояния и пропорциональна величине зарядов.