Elektrické osvetlenie

Tesla mapuje našu elektrickú budúcnosť – veda a vynález – apríl 1930:

“Predpokladám, že veľmi skoro úplne zmizne staromódna žiarovka, ktorej vlákno sa zahreje na jas prechodom elektrického prúdu.”

V marci 1885 Tesla prihlásil svoje prvé patenty
US334,823 - Komutátor pre elektrické stroje Dynamo - 26. januára 1886 (podané 18. mája 1885),
US335,786 - Elektrická oblúková lampa - 9. februára 1886 (Podané 18. mája 1885) a
US335,787 - Electric Arc Lamp - 9. február 1886.

Tieto patenty sa týkali zlepšenia oblúkovej lampy. Použil elektromagnet na privádzanie uhlíkov do oblúka rovnomernou rýchlosťou, aby sa vytvorilo stabilnejšie svetlo. Neskôr požiadal o patenty na regulátory oblúkových lámp a zaregistroval svoju značku Tesla Arc Light Co“ s cieľom realizovať svoje vynálezy v oblasti viacfázových striedavých prúdov. Pri hľadaní nového high-tech podniku sa Peck a Brown rozhodli podporiť Teslu v roku 1886 a v apríli 1887, s podporou mnohých finančníkov a technikov, Tesla zakladá Tesla Electric Company .

V novovybudovanom laboratóriu Tesla skonštruoval a predviedol svoje prvé viacfázové indukčné motory a generátory. Úspech sa však nedosiahol ľahko, pretože jeho nápady na podporu (AC) striedavého prúdu bolo ťažké financovať a na druhej strane jeho investori sa v skutočnosti nezaujímali o vývoj technológie striedavého prúdu, pretože jej budúce uplatnenie bolo stále neznáme a boli zaujíma len o Teslovu elektrickú oblúkovú lampu. Jeho návrh bol úspešný, no všetky peniaze išli investorom. Tesla čoskoro hľadala ďalšiu príležitosť.

Odovzdanie Edisonovej medaily Nikolovi Teslovi: Zápisnica z výročného stretnutia Amerického inštitútu elektrotechnikov, ktoré sa konalo v budove Engineering Societies - New York City - 18. mája 1917:

Uvedomil som si, že bez vedeckej prípravy, ktorú som získal, by som nič nevytvoril a je otázkou, či bol môj predpoklad o možnom úspechu správny. V Edisonových prácach som absolvoval takmer rok najnamáhavejšej práce a potom ma istí kapitalisti oslovili s projektom založenia vlastnej spoločnosti. Išiel som do návrhu a vyvinul som oblúkové svetlo. Aby som vám ukázal, aké predsudky boli ľudia voči striedavému prúdu, ako naznačil prezident, keď som týmto svojim priateľom povedal, že mám skvelý vynález týkajúci sa prenosu striedavého prúdu, povedali: „Nie, chceme oblúkovú lampu. . Tento striedavý prúd nás nezaujíma. Nakoniec som zdokonalil svoj osvetľovací systém a mesto ho prijalo. Potom sa mi v apríli 1886 podarilo zorganizovať ďalšiu spoločnosť a bolo postavené laboratórium, kde som rýchlo vyvinul tieto motory a nakoniec nás oslovili ľudia z Westinghousu a dohodlo sa na ich predstavení. Vieš, čo sa odvtedy stalo. Vynález obletel svet.

Skoré oblúkové lampy vytvárali brilantné modro-biele svetlo, ktoré bolo dobré pre pouličné osvetlenie, ale nie pre domácnosť, a vydávali škodlivé výpary. Osvetlenie domu bolo plynové. Pouličné oblúkové osvetlenie používalo sériové obvody. Edison predstavil paralelný obvod a navrhol svoju lampu pre takýto obvod. Edison zaviedol výrobu a predaj samotnej elektrickej energie vo veľkom meradle na modeli plynového osvetlenia, v tom čase významného odvetvia. Chcel byť prvý v odbore a oznámil novinárom, že má funkčnú žiarovku skôr, než bude mať žiarovku, ktorá bude fungovať. Keď bol vytvorený Teslov AC systém, bol napojený na Edisonov, čím sa výrazne rozšíril jeho dosah a účinnosť. Ale v podstate to bol stále Edisonov paralelný obvod, vysoká spotreba, systém žiarovkového osvetlenia.

V zozname mnohých vynálezov Nikolu Teslu možno nájsť množstvo nových elektrických lámp, z ktorých všetky boli navrhnuté tak, aby fungovali v spojení so špeciálne navrhnutými vysokofrekvenčnými napájacími jednotkami. Niektoré z týchto lámp boli predchodcami našich súčasných žiariviek. V skutočnosti nedávno jedna malá kalifornská spoločnosť oznámila vývoj vysokofrekvenčnej elektronicky napájanej fluorescenčnej žiarovky nazvanej E-Lamp, ktorá sa nápadne podobá na žiarovku, ktorú Tesla navrhol a vyrobil takmer pred sto rokmi. Princíp, na ktorom obaja pracujú, je rovnaký. Iný typ svietidla bol v podstate rovnaký ako štíhle neónové trubice, ktoré sa dnes bežne ohýbajú do tvarov písmen a používajú sa v reklame vo výkladoch. Tretí typ elektrickej lampy, ktorú Tesla navrhol, známa ako žiarovka s uhlíkovým gombíkom, bola schopná produkovať svetlo s vysokou úrovňou účinnosti. Variáciu na dizajn tejto lampy tvorí obľúbená novinka Plasma Globe. Ďalšiu lampu, ktorú si patentoval v roku 1891 pod názvom „Electric Incandescent Lamp“, nedávno prijali ozbrojené sily Spojených štátov amerických ako súčasť prenosného systému osvetlenia s vysokou intenzitou. Samotná lampa pozostáva z iskriska uzavretého v malej sklenenej banke naplnenej plynom. bol nedávno prijatý ozbrojenými silami Spojených štátov amerických ako súčasť prenosného systému osvetlenia s vysokou intenzitou. Samotná lampa pozostáva z iskriska uzavretého v malej sklenenej banke naplnenej plynom. bol nedávno prijatý ozbrojenými silami Spojených štátov amerických ako súčasť prenosného systému osvetlenia s vysokou intenzitou. Samotná lampa pozostáva z iskriska uzavretého v malej sklenenej banke naplnenej plynom.

Tesla patentoval svoj iskrištový oscilátor a jeho Teslovu cievku špeciálne ako zdroje energie pre nový osvetľovací systém, ktorý využíva prúdy s vysokou frekvenciou a vysokým potenciálom. Aby ste nenadobudli dojem, že osamelý génius menom Tesla vynašiel túto novú formu osvetlenia z ničoho nič, mali by ste vedieť, že iní pred ním používali na stimuláciu svetla vysoké frekvencie a iní, ako napríklad Sir William Crookes, urobili to isté s vysoký potenciál, ale Tesla bola prvá, ktorá ich dala dokopy.

V románe Julesa Verna z roku 1872 Cesta do stredu Zeme rozpráva rozprávač o brilantnej prenosnej batériovej lampe, ktorú používajú podzemní prieskumníci. Zariadenie bolo napájané Ruhmkorfovou cievkou; vysokonapäťová indukčná cievka typu bzučiaka (step-up transformátor) populárna medzi prvými elektrickými experimentátormi. Ruhmkorfova cievka stimulovala lampu (nešpecifikovaný typ, ale pravdepodobne plynovú trubicu), ktorá vytvárala svetlo umelého dňa. Lampa mala taký nízky odber prúdu, že batéria vydržala počas celého podzemného dobrodružstva. Verne evidentne, aspoň čiastočne, čerpal z experimentálnych poznatkov svojej doby pre to, čo nazýva túto dômyselnú aplikáciu elektriny na praktické účely.

Teslova štúdia vysokonapäťových a vysokofrekvenčných striedavých prúdov viedla k vývoju veľkého množstva vákuových trubíc, z ktorých niektoré mali lekárske využitie.

Táto fotografia predstavuje kolekciu niekoľkých bezdrôtových lámp, aké navrhuje použiť na osvetlenie izolovaných obydlí po celom svete z centrálnych bezdrôtových zariadení. Dve lampy v spodnom rohu sú osvetlené, čo súvisí so skutočnosťou, že v určitej vzdialenosti bol v prevádzke vysokofrekvenčný oscilátor, keď bola táto fotografia zhotovená. Tieto skúmavky boli naplnené rôznymi plynmi pre experimentálne výskumné práce pri určovaní, ktorý z nich je účinnejší.

Pomocou princípu elektrickej rezonancie zistil, že je možné eliminovať jeden z dvoch vodičov bežne používaných na prenos prúdu z napájacieho zdroja do elektrickej záťaže. Vytvoril žiarovku špeciálne navrhnutú na použitie týmto spôsobom, nazývanú uhlíková gombíková lampa. Vo všeobecnosti bola založená na trubiciach s dvoma koncovkami vyvinutými Williamom Crooksom. Vyvinul tiež jednovodičový elektromotor, ktorý by sa dal ovládať takmer rovnakým spôsobom. Ide o pripevnenie kovovej platne k jednej zo svoriek vysokonapäťového napájacieho zdroja namiesto jedného zo spojovacích vodičov. Elektrická kapacita na záťaži, žiaruvzdorné tlačidlo alebo druhá kovová platňa v prípade motora slúži na dokončenie obvodu prostredníctvom elektrostatickej indukcie. [Vynálezy, výskumy a spisy Nikolu Teslu]

US454,622 - Systém elektrického osvetlenia - 23. júna 1891

Účinok, ktorý Tesla objavil s týmto prístrojom, bol taký, že pri frekvencii približne 20 kHz a 20 000 V by takýto prúd aplikovaný na žiarovku spôsobil, že by sa nerozsvietila bežným spôsobom, ktorý Edison presadil, ale skôr ako plazmová žiarovka. Dnes takéto zariadenia nazývame fluorescenčné svetlá, a to je pôvod tejto technológie. Ako bolo zvykom, Tesla predbehol svoju dobu a táto technológia si získala popularitu len pomerne nedávno. Aj keď sa slovo „Tesla cievka“ v patentoch priamo nevyskytuje, tých niekoľko otočení primárne a mnohé sekundárne je nezameniteľné. Ak existuje ústredná téma Teslových vysokofrekvenčných výskumov v 90. rokoch 19. storočia, je to určite jeho milovaná Teslova cievka, a tu sa prvýkrát objavila a napájala žiarivky. Na obrázku 3 vľavo vidíme typ zariadenia, ktoré Tesla používal vo svojom laboratóriu na výrobu svojich transformátorov. Vpravo je ilustrácia z výroby ozónu Tesly z roku 1896, US Patent 568,177.

US514,170 - Žiarovkové elektrické svetlo - 6. februára 1894

Uhlíková gombíková lampa je jednoelektródová žiarovka, ktorú vynašiel Nikola Tesla ako jeden z mála vylepšených svetelných zdrojov s ohľadom na žiarovku Thomasa Edisona Incandescent. Uhlíková gombíková lampa obsahuje malú uhlíkovú guľu umiestnenú v strede vákuovej sklenenej banky. Tento typ lampy musí byť poháňaný vysokofrekvenčným striedavým prúdom (Teslova cievka alebo iný zdroj vysokého napätia, vysokofrekvenčného prúdu, ako je ovládač pre plazmovú guľu) a závisí od elektrického oblúka alebo možno vákuového oblúka. na vytvorenie vysokého prúdu okolo uhlíkovej elektródy. Uhlíková elektróda sa potom zahreje na rozžeravenie zrážkami s iónmi, ktoré tvoria elektrický prúd bombardujúci uhlíkové tlačidlo. Pretože uhlík nie je najlepší vodič, to spôsobí, že sa tlačidlo zahrieva a uvoľňuje elektróny do vákua žiarovky (technický názov je „termionická emisia“ alebo „Edisonov efekt“). Tieto elektróny zase vzrušujú zostávajúce molekuly vzduchu a spôsobujú, že vytvárajú viditeľné svetlo. Žiarovka by vraj mala svietiť 10x jasnejšie ako žiarovka (Všimnite si, že hlavným zdrojom svetla zo žiarovky je vybudenie molekúl vzduchu, nie žeravenie tlačidla, podobne ako fungujú žiarivky). Tesla neskôr zistil, že jeho verzie by sa dali použiť aj v bezdrôtovej transatlantickej telegrafii a na skúmanie toho, čo dnes nazývame röntgenové lúče ako silné zdroje ionizujúceho žiarenia. V skutočnosti dokonca použil lampu (alebo niečo podobné) na röntgenové fotografie,

Predviedol niekoľko jednopólových lámp, ktoré boli pripojené k sekundáru, pričom opísal slávnu kefovú výbojku a vyjadril názor, že by mohla nájsť uplatnenie v telegrafii. Poznamenal, že vysokofrekvenčný prúd ľahko prechádza cez mierne riedený plyn a navrhol, že by sa to mohlo použiť na pohon motorov a lámp v značnej vzdialenosti od zdroja, pričom dôležitou súčasťou takéhoto systému je vysokofrekvenčný rezonančný transformátor.

Jeho „najcitlivejšie zariadenie“ podľa jeho opisov by sa dalo považovať za predchodcu trojelektródových elektrónok, ktoré bolo možné použiť na zosilnenie a usmernenie signálov. Skonštruoval rôzne žiarovky na skúmanie tohto javu a bolo to mnoho rokov pred vynálezom “Audion” (alebo tiež známy ako trióda) v roku 1906 Lee de Forest.

Tesla vzal evakuovanú guľu žiarovkového typu, zavesil do nej v úvrati vodivý prvok, stimuloval tento prvok vysokonapäťovými prúdmi z indukčnej cievky, a tak vytvoril vyžarovanie podobné lúču, kefový výboj, ktorý bol tak strašidelne citlivý na rušenie. vo svojom okolí, že sa zdalo, že je obdarený vlastným inteligentným životom. Zariadenie funguje najlepšie, ak nie je k dispozícii žiadny prívodný kábel. V zobrazenej žiarovke boli urobené všetky opatrenia na jej konštrukciu, aby bola bez vlastného elektrického vplyvu. Žiarovka mohla byť stimulovaná indukčne aplikáciou energie na kovovú fóliu omotanú okolo jej krku. Takto vzrušená intenzívna fosforescencia sa potom najprv rozšíri po celej zemeguli, ale čoskoro uvoľní miesto bielemu hmlovému svetlu, poznamenáva Tesla. Žiara sa potom rozloží na smerovú kefu alebo lúč, ktorý sa bude otáčať okolo centrálneho prvku. Je taká citlivá na akékoľvek elektrostatické alebo magnetické zmeny v jej blízkosti, že priblíženie sa pozorovateľa na niekoľko krokov od žiarovky spôsobí, že kefa preletí na opačnú stranu. Malý, palec široký permanentný magnet to viditeľne ovplyvní na vzdialenosť dvoch metrov, pričom spomalí alebo zrýchli rotáciu podľa toho, ako sa drží voči kefke.

Tesla nikdy nepatentoval rotačnú kefu ani ju nepoužíval v žiadnej praktickej aplikácii, ale veril, že by mohla mať praktické využitie. Videl jedno použitie v rádiu, kde by sa zariadenie dalo prispôsobiť tak, aby bolo najcitlivejším detektorom porúch v médiu. Zdá sa, že rotujúca kefa je predchodcom plazmových glóbusov, ktoré sú teraz v móde; niekedy sa im hovorí Tesla glóbusy. Nové osvetlenie Tesly bolo vo svojej dobe slávne. Postaral sa o to promotér Tesla. Predvádzal demonštrácie na prednáškach pred asociáciami elektrotechnického priemyslu, pred veľkým publikom v prenajatých sálach a pred vybranými skupinami vplyvných Newyorčanov vo svojom manhattanskom laboratóriu.

Jeho články o novom osvetlení boli publikované v populárno-vedeckej tlači a bolo o ňom informované aj v novinách. Napriek tomu to nezachytilo mocností, ktoré v tom nepochybne videli Teslov večný problém s kopou šrotu. Zaujímalo by ma však, musel by sa vyradiť celý elektrický distribučný systém, aby sa implementovala účinnosť osvetlenia Tesla? Je možné, že nové osvetlenie by sa dalo vypnúť z lokálnych oscilátorov na spotrebiteľskej strane, pričom starý systém distribúcie energie zostane nedotknutý. Táto možnosť je stále možná, rovnako ako už asi sto rokov.

Teslove trojelektródové elektrónky sú opísané v nasledujúcich článkoch a prednáškach:

Pioneer Radio Engineer poskytuje názory na výkon – New York Herald Tribune – 11. september 1932

“Hlavným cieľom využívania veľmi krátkych vĺn je poskytnúť zvýšený počet kanálov potrebných na uspokojenie neustále rastúceho dopytu po bezdrôtových zariadeniach. Je to však len preto, že vysielacie a prijímacie zariadenia, ako sa vo všeobecnosti používajú, sú nedomyslené a nie sú dobre prispôsobené na výber. Vysielač generuje niekoľko systémov vĺn, z ktorých sú všetky okrem jedného nepoužiteľné.V dôsledku toho sa k prijímaču dostane len nekonečne malé množstvo energie a je závislá na extrémnom zosilnení, ktoré možno ľahko ovplyvniť použitie takzvaných trojelektródových trubíc. Tento vynález bol pripísaný iným, ale v skutočnosti som ho priniesol v roku 1892, pričom princíp bol opísaný a ilustrovaný v mojej prednáške pred Franklinovým inštitútom a Národná asociácia elektrického osvetlenia ( Experimenty so striedavými prúdmi vysokého potenciálu a vysokej frekvencie ). Vo svojom pôvodnom zariadení som okolo žeraviaceho vlákna umiestnil vodivý člen, ktorý som nazval „sito“. Toto zariadenie je pripojené k drôtu vedúcemu von z banky a slúži na úpravu prúdu častíc vyvrhovaných z vlákna podľa náboja, ktorý je mu udelený. Týmto spôsobom bol poskytnutý nový druh detektora, usmerňovača a zosilňovača. Mnoho foriem trubíc na tomto princípe som skonštruoval a pomocou nich som ukázal návštevníkom v mojom laboratóriu rôzne zaujímavé efekty v rokoch 1893 až 1899, keď som v Colorado Springs postavil experimentálne svetové bezdrôtové zariadenie“.

Okolo žeraviaceho vlákna je možné pozorovať sito.

The True Wireless od Nikola Teslu – elektrického experimentátora – máj 1919

„Moja dôvera v to, že signál by sa mohol ľahko šíriť po celej zemeguli, bola posilnená objavom „rotujúcej kefy“, úžasného javu, ktorý som plne opísal vo svojom prejave pred Institution of Electrical Engineers v Londýne v roku 1892 ( Experimenty s Striedavé prúdy vysokého potenciálu a vysokej frekvencie ) a ktorý je znázornený na obr. teraz neexistuje a hľadám hodnotné aplikácie tohto zariadenia, najmä v spojení s vysokorýchlostnou fotografickou metódou, ktorú som navrhol, v bezdrôtovom aj drôtovom prenose.

Vo februári 1892 mal Tesla prednášku pre Institution of Electrical Engineers, v ktorej podrobne opísal uhlíkovú gombíkovú lampu. Opísal aj niekoľko variantov lampy, z ktorých jedna využíva rubínovú kvapku namiesto karbónového tlačidla. Niektorí nadšenci tvrdili, že ide o raný rubínový laser.

Experimenty so striedavými prúdmi vysokého potenciálu a vysokej frekvencie – Nikola Tesla – Prednáška pred IEE, Londýn, február 1892:

“Odlišné usporiadanie použité v niektorých skonštruovaných žiarovkách je znázornené na obr. 23. V tomto prípade je nevodič m namontovaný v kuse uhlíkového svetla so spoločným oblúkovým svetlom tak, aby vyčnieval v určitej malej vzdialenosti nad ním. Uhlíkový kus je spojená s prívodným drôtom prechádzajúcim cez sklenenú stopku, ktorá je obalená niekoľkými vrstvami sľudy. Na tienenie sa ako obvykle používa hliníková trubica a. Je usporiadaná tak, že siaha takmer do výšky uhlíka a iba nevodič m vyčnieva trochu nad neho. Bombardovanie ide najskôr proti hornému povrchu uhlíka, spodné časti sú chránené hliníkovou rúrkou. Akonáhle sa však nevodič m zahreje, je to dobré. vedenie, a potom sa stane centrom bombardovania, pričom je najviac vystavené tomu istému“.

Táto lampa bola skonštruovaná tak, že do stredu umiestnila kúsok hmoty, ako je uhlík, diamant alebo rubín, a bombardovala toto „tlačidlo“ elektrickou energiou, ktorá by sa od neho odrazila na vnútornú stranu zemegule a odraziť späť na tlačidlo. Ak by to bol rubín a Tesla špecificky pracoval s rubínmi, potom presne takto vzniká rubínový laser. Tesla vo vynálezoch, výskumoch a spisoch Nikola Teslu odkazuje na „tenkú“ líniu svetla, ktorá bola vytvorená pomocou tohto zariadenia. Tesla pravdepodobne v roku 1893 nielen vynašiel primitívny rubínový laser, ale ho aj predviedol a zverejnil jeho výsledky. Problém so zariadením bol, že bol nastavený tak, aby „vyparil“ alebo zničil tlačidlo, takže laserové efekty boli pravdepodobne krátkodobé.