Чтобы на практике объединить эти два принципа в пиромагнитном генераторе, Тесла использовал большой магнит подковообразной формы. Поперек полюсов этого магнита он поместил специальный сердечник, внутри которого был теплоизолированный металлический ящик со множеством полых железных труб. Поскольку сердечник находился на подковообразном магните, эти железные трубы были намагничены. Вокруг за пределами ядра было две обмотки провода. Под центральной частью сердечника находилась топка, которая нагревала железные трубы, а над центром сердечника был бойлер, соединенный с помощью трубы с сердечником таким образом, чтобы в железных трубах мог циркулировать пар. Чтобы управлять циркуляцией пара в сердечнике, Тесла поместил клапан в трубу между бойлером и сердечником{203}
.При работе устройства горящий уголь в топке нагревал железные трубы, пока они не становились темно-красными, до температуры 600 °C. При этой температуре железные трубы размагничивались и изменяющееся магнитное поле индуцировало ток в катушках. Затем открывали клапан, и пар (который был 100 °C) циркулировал в трубах и снижал их температуру. Процесс охлаждения восстанавливал магнитное поле в железных трубах, и вновь изменяющееся магнитное индуцировало ток в катушках. Так как нагревание и охлаждение вызвали токи, текущие в противоположных направлениях, пиромагнитный генератор Теслы производил переменный ток.
Тесла считал этот пиромагнитный генератор «большим изобретением» и энергично работал над ним с осени 1886 года до конца лета 1887 года{204}
. По всей вероятности, он столкнулся с проблемой получения достаточной разницы температур между нагреванием и охлаждением. Чтобы произвести значительное количество электричества, температура сердечника должна была резко повышаться и падать; если бы сердечник сохранял постоянное тепло, то вырабатывалось бы мало электричества. Тесла подал заявку на патент для этого изобретения, но в выдаче патента ему было отказано.Обеспокоенный, что у него не получилось усовершенствовать это изобретение, Тесла испугался, что Пек и Браун могли покинуть его так же, как это сделали Вейла и Лейн в Рэуэе. Однако Пек был вполне уверен в Тесле и вместо этого поощрил его продолжать изобретать. Когда стало ясно, что пиромагнитный генератор не будет работать, вспоминал Тесла, «я встретил г-на Пека у двери здания, в котором был его офис, и он разговаривал со мной очень любезно и сказал: «Не отчаивайтесь, что ваше замечательное изобретение не оправдало ожиданий; вы все еще можете добиться с ним успеха. Возможно, вам стоит на некоторое время переключиться на другие идеи, а эту пока оставить. По моему опыту, это очень хороший план». Я возвратился приободренный»{205}
.Овладение противофазными токами
Последовав совету Пека, Тесла переместил внимание с пиромагнитного генератора на электродвигатели. Он теперь возвратился к идеалу, который озарил его в Будапеште пятью годами ранее: двигателю с вращающимся магнитным полем (см. главу II). В качестве первого шага на пути к достижению этого идеала Тесле необходимо было проверить догадку о том, что несколько переменных токов могли произвести вращающееся магнитное поле. Он много думал о том, как объединить несколько переменных токов, но никогда не пробовал этого на практике.
Тесла начал с усовершенствования в своей лаборатории динамо постоянного тока Уэстона так, чтобы оно производило два, три или четыре отдельных переменных токов{206}
. Для своих первых экспериментов он использовал большое пластинчатое кольцо для статора, подобное тому, что было в его страсбургском двигателе. Вместо того чтобы сделать на кольцо одну намотку, как в Страсбурге, Тесла разделил обмотку на четыре отдельных катушки, по одной в каждом секторе. Тесла добился того, чтобы генератор переменного тока подавал на катушки на противоположных сторонах кольца два отдельных тока. В качестве ротора двигателя он подвесил банку гуталина на булавке в центре кольца. К восторгу Теслы, вращающееся магнитное поле заставило консервную банку крутиться{207}.Работая над этим двигателем, Тесла наконец выяснил, как объединить переменные токи, чтобы создать вращающееся магнитное поле в статоре двигателя. Для этого токи, подаваемые на каждую пару катушек, не должны были совпадать друг с другом. В случае с двумя токами, когда один ток имел максимальное положительное значение, другой имел максимальное отрицательное значение. Если представить переменные токи как синусоиду, то можно сказать, что эти два тока сдвинуты по фазе на 180°. Теперь, понимая важность наличия противофазных токов, Тесла мог построить полномасштабный электродвигатель с помощью вращающегося магнитного поля, который он задумал в Будапеште.
Расцвет переменного тока в конце 1880-х годов