Никола Тесла. Изобретатель будущего

Рассматривая озарения, которые посетили Теслу во время прогулки в парке, полезно поговорить об устройстве, часто описываемом в трактатах по электричеству XIX века – колесе Араго. Позвольте подчеркнуть, что нет никаких доказательств, что Тесла знал о колесе Араго и использовал его, размышляя о двигателях, но это устройство может помочь нам лучше понять успехи Теслы в Будапеште{122}.

В 1824 году французский ученый Франсуа Араго[20] заметил любопытное поведение стрелки компаса, поднесенного к вращающемуся медному диску. Если медный диск вращался достаточно быстро, стрелка компаса не только прекращала указывать на север, но и тоже начинала вращаться. Вскоре после того, как Араго сообщил о своем открытии, Чарлз Бэббидж[21] и Чарлз Гершель[22] в Англии продемонстрировали обратное явление: если под поворотным медным диском вращали подковообразный магнит, диск также начинал вращаться. Естествоиспытатели были озадачены колесом Араго и задались вопросом о связи между магнетизмом и движением.

И вновь, как и с загадкой эксперимента Эрстеда, Фарадей объяснил загадку колеса Араго – его движение было вызвано электромагнитной индукцией. Фарадей экспериментально продемонстрировал, что во время вращения магнита под медным диском движение магнитного поля вызвало в диске завихрения тока. Назвав их вихревыми токами, Фарадей указал, что эти токи производили электрическое поле, противоположное магнитному полю, и в результате их отталкивания медный диск вращался{123}.

Первым осознанием, которое пришло к Тесле в парке в Будапеште, было то, что не обязательно подавать ток на ротор в двигателе. Так же как вихревые токи заставили вращаться медный диск Араго, благодаря своей технике воображения Тесла понял, что магнитное поле статора в его двигателе могло вызвать вихревые токи в роторе и заставить его вращаться. Используя образы Гете, Тесла решил, что индуцированные токи будут невидимыми крыльями, способными поднять ротор и заставить его вращаться.

Поскольку ток индуцировался в роторе, потребность в использовании коммутатора для подачи тока на ротор отпадала. Следовательно, он действительно мог исключить коммутатор и решить проблему искрения. Не подавать ток в ротор было существенным отклонением от обычной практики, ведь большинство инженеров-электриков в начале 1880-х годов полагали, что в роторе и в статоре должны обязательно быть электромагниты, чтобы заставить двигатель вырабатывать существенную механическую силу, или крутящий момент{124}.

Как только Тесла понял, что индукционный ток заставит ротор поворачиваться, он быстро пришел ко второму и самому важному осознанию: чтобы произвести ток в роторе, необходимо вращающееся магнитное поле. Так же как и в случае с вращением подковообразного магнита под медным диском Бэббиджа и Гершеля, Тесла понял, что ключ к его двигателю состоит в создании вращающегося магнитного поля в обмотках статора. Поскольку магнитное поле вращалось вокруг медного дискового ротора, оно вызывало вращение диска.

Важно отметить, что Тесла пришел к этому второму осознанию вопреки общепринятой практике. До этого времени большинство экспертов в области электричества проектировали двигатели постоянного тока, в которых магнитное поле статора было постоянным, а магнитные полюса в роторе изменялись посредством коммутатора. Тесла же решил сделать противоположное: вместо того чтобы изменить магнитные полюса в роторе, он подумал, почему бы не изменить магнитные полюса в статоре? Тесла увидел, что вращение магнитного поля в статоре вызовет противодействующее магнитное поле в роторе и таким образом заставит ротор поворачиваться. Как мы увидим далее, это желание полностью пересмотреть общепринятую практику – быть «белой вороной» – было одним из отличительных признаков стиля Теслы как изобретателя.

Однако, в отличие от Бэббиджа и Гершеля, Тесла не хотел создавать вращающееся магнитное поле путем механического вращения магнита под ротором: эффективный двигатель должен преобразовать электричество в движение, не движение в движение. Как в таком случае Тесла мог использовать электрический ток для создания вращающегося магнитного поля?