نیکولا تسلا

نیکولا تسلا

مقدمه

نیکولا تسلا (10 جولای ، 1856 - 7 ژانویه ، 1943) یک فیزیکدان ، مخترع و مهندس برق صربی - آمریکایی بود. مشهورترین کوشش تسلا ارائه تئوری الکتریسیته جریان متناوب چند فاز بود که او در ساخت اولین موتور القایی در سال 1882م بکار برد و نیز توسعه طراحی تعداد زیادی از دیگر ماشینهای الکتریکی و فنآوریهای مرتبط. تئوری او و بسیاری از |اختراعات ثبت شده او زیر بنای سیستم توان الکتریکی پیشرفته کنونی را پایه گذاری کردند. تسلا همچنین برای اختراع سیم پیچ تسلا و توربین بدون تیغه (که بر اساس اصول روان روی مایعات و اثر لایه مرزی کار می‌کند) مورد توجه قرار گرفته است.

مجله life در یک شماره اختصاصی که یک بار چاپ مجدد شد، تسلا را در بین صد نفر از مهمترین افراد هزاره گذشته شمرد. او رتبه 57 را در این بین کسب کرد و در موردش گفته شده بود یکی از دور اندیشترین مخترعین عصر الکتریکی. آنها بیان می‌کنند که کار او بر روی میدان دوار مغناطیسی و جریانهای متناوب به برقدار کردن جهان کمک کرد http://www.teslasociety.com/lifemag2.jpg. تسلا، واحد SI اندازه گیری چگالی شار مغناطیسی یا القای مغناطیسی (که عموماً به عنوان میدان مغناطیسی B شناخته می‌شود)، به افتخار او نام گذاری شده است (در Conférence Générale des Poids et Mesures ، پاریس ، 1960م).

سالهای اولیه

تسلا در دهم ژولای 1856 در سمیلجان در نزدیکی گوسپیک ، لیکا به دنیا آمد. پدرش ، پدر روحانی میلوتین تسلا ، در مرکز صرب ارتودکس کارلوچی یک کشیش بود. مادرش ، دوکا ماندیک تجهیزات صنایع خانگی درست می‌کرد. تسلا یکی از پنج فرزند این خانواده بود. او یک برادر و سه خواهر داشت. تسلا در کارلواک (آستریا - هانگری) به مدرسه رفت و سپس مهندسی برق را در پلیتکنیک آستریا در گراز ، آستریا در سال 1875م به پایان رساند. در این هنگام او به مطالعه کاربردهای جریان متناوب پرداخت.

در سال 1881م او به بوداپست رفت تا برای شرکت تلگراف کمپانی آمریکایی تلفن کار کند. هنگام گشایش مرکز تلفن در بوداپست ، سال 1881م ، تسلا سرتکنسین شرکت بود و بعدها مهندس دولت یوگوسلاو و مهندس اولین سیستم تلفن کشور شد. او یک تکرار کننده تلفن (یا تقویت کننده) را نیز ساخت. برای مدت کوتاهی او در ماریبور اقامت کرد. او در اولین شغلش به عنوان کمک مهندس استخدام شد. در این زمان تسلا از یک آشفتگی روانی رنج می‌برد.

در سال 1882م او به پاریس رفت تا در آنجا به عنوان یک مهندس برای شرکت آمریکای شمالی ادیسون بر روی بهبود طراحی تجهیزات الکتریکی کار کند. در همین سال او به فکر موتور القایی افتاد و شروع به ساخت دستگاههای مختلفی کرد که از میدانهای مغناطیسی دوار استفاده می‌کردند (که او برای آن در سال 1888م حق ثبت اختراع گرفت). با شنیدن خبر بیماری مادرش ، تسلا به سرعت سراغ مادرش رفت و تنها چند ساعت قبل از مرگ مادرش در سال 1882م پیش او رسید. پس از مرگ مادرش تسلا بیمار شد. او مدت دو الی سه هفته در تومینگاژ صرف بهبود خود کرد. در سال 1896م ، تسلا (بنابر مصاحبه‌ای که در سال 1916م انجام داد)، نوعی بلندگو ساخت. صداهای بلندگو دارای کیفیت صدای تلفنهای آن زمان بود. این اختراع هیچگاه نه ثبت شد و نه بطور عمومی منتشر شد (تا سالها بعد توسط خود تسلا).

سالهای میانی

در سال 1884م با رها کردن زادگاهش ، تسلا به ایالات متحده آمریکا رفت تا شغلی را در شرکت ادیسون در شهر نیویورک بپذیرد. او با 4 سنت) ، یک کتاب شعر و یک توصیه نامه (از طرف چارلز بتچلور ، مدیر او در کار سابقش) به آمریکا رسید.

استخدام اولیه

تسلا برای توماس ادیسون کار کرد و او برای ارتقای دیناموهای DC ادیسون مبلغ 50000 دلار به تسلا پیشنهاد داد. تسلا حدود یک سال برای طراحی جدید آنها کار کرد و وقتی که راجع به پنجاه هزار دلار از ادیسون سوال کرد، او پاسخ داد، تسلا ، تو شوخی ما آمریکاییها را نمی‌فهمی. تسلا استعفا داد. در سال 1886م تسلا شرکت خودش را تأسیس کرد، روشنایی الکتریکی و تولید صنعتی تسلا. سرمایه گذاران مالی اولیه با تسلا بر سر طرح وی برای یک موتور جریان متناوب مخالفت کردند و در نهایت او را از مسئولیتهایش در شرکت عزل کردند.

تسلا از سال 1886م الی 1887م در نیویورک برای تأمین مالی خودش و جمع آوری سرمایه برای پروژه بعدی‌اش به عنوان یک کارگر ساده کار کرد. در سال 1887م او موتور القایی ابتدایی جریان متناوب بدون جاروبک را ساخت که آن را در سال 1888م به موسسه مهندسین برق آمریکایی (که اکنون IEEE نامیده می‌شود) ، ارائه داد. در همان سال او اصول سیم پیچی تسلا را توسعه داد و شروع بکار با وستینگهاوس ، آزمایشگاه پیتسبرگ وستینگهاوس کرد. وستینگهاوس به ایده‌های او راجع به سیستمهای چند فاز که انتقال جریان الکتریکی AC را در طول فواصل بلند ممکن می‌سازد، توجه کرد.

اشعه‌های X و دوستیها

در آوریل 1887م تسلا شروع به تحقیق راجع به آنچه بعدها به عنوان اشعه X شناخته شد، کرد اما توسط دستگاههای خودش کرد که از تیوبهای اشعه X بدون الکترود هدف گیری متفاوت بود، مانند تیوبهای انحنا. واژه جدید این فرآیند برمسترالانگ است. در سال 1891م او یک شهروند آمریکایی به تابعیت در آمده شد و آزمایشگاه خیابان هاستون خودش را تأسیس کرد. او تیوبهای خلا را بصورت بدون سیم در آن روشن کرد و نشان داد که قابلیت انتقال توان بی‌سیم وجود دارد. در این هنگام ، تسلا دوستی نزدیک و همیشگی را با مارک توین آغاز کرد.

آنها زمان بسیاری از اوقاتشان را باهم در آزمایشگاه تسلا و دیگر جاها صرف کردند. دوستان نزدیک تسلا هنرمندان بودند. او همچنین با آر. ا. جانسون دوست بود که بسیاری از شعرهای صربی زماج را اقتباس کرده بود (که تسلا آنها را ترجمه کرد). وقتی که او 36 ساله بود، اولین حقوق ثبت اختراع او که راجع به سیستم قدرت چند فاز بود پذیرفته شد. او تحقیقاتش را راجع به سیستم و اصول میدان مغناطیسی دوار ادامه داد. پیش از سال 1892م تسلا از آنچه که بعدها ویلهلم رونتگن به عنوان اثر اشعه X شناسایی کرد، آگاه شد.

او آزمایشات متعددی انجام داد (شامل عکس گرفتن از استخوانهای دست خودش ، بعدها او این تصاویر را برای رونتگن فرستاد) اما او یافته‌هایش را در معرض اطلاع عموم قرار نداد، اکثر تحقیقات او در آتش سوزی آزمایشگاه خیابان هاستون در سال 1895م از بین رفت. تسلا اولین کسی بود که خطرات کار با اشعه X را گزارش داد اما با دلایل غلط: "راجع به اثرات مضر بر روی پوست ... من فهمیدم که آنها به غلط تفسیر شده‌اند، این مسایل به علت اشعه‌های رونتگن نیست، بلکه به علت ازن تولید شده در تماس با پوست است. اسید نیتروژن هم ممکن است علت این امر باشد، اما به میزان بسیار کمی." (تسلا ، در نقد الکتریکی ، 30 نوامبر 1896).

بی‌سیم و AIEE

تسلا به عنوان جانشین رئیس موسسه مهندسین برق آمریکا (که الان بخشی از IEEE است) از سال 1892م تا 1894م فعالیت کرد. از سال 1893م تا 1895م او بر روی جریانهای متناوب فرکانس بالا تحقیق کرد. او ولتاژ متناوبی به اندازه یک میلیون ولت ایجاد کرد که از یک سیم پیچی تسلای مخروطی استفاده می‌کرد و اثر پوستی را در اجسام هادی مورد تحقیق قرار داد. همچنین او مدارات تنظیم شده را طراحی کرد و یک ماشین برای القای خواب ، لامپهای خلا گازی بدون سیم و انرژی الکترو مغناطیسی انتقال یافته بدون سیم را ابداع کرد، که با این کار ، عملا اولین فرستنده رادیویی را ساخت.

در سنت لوییس ، میسوری در سال 1893م ، تسلا نمایشی راجع به ارتباطات رادیویی انجام داد (او عبور انرژی رادیویی را در فضا از یک طرف صحنه به طرف دیگر نشان داد). او اصول این آزمایش را بطور دقیق برای موسسه فرانکلین در فیلادلفیا ، پنسیلوانیا و انجمن روشنایی الکتریکی ملی توضیح داد. هنریش هرتز چنین نمایشهایی را بطور مکرر پنج سال پیش انجام داده بود. نمایشهای هنریش عمومی نبودند (او این کار را در دوران درس فیزیکش ارائه داده بود) اما اگر بخواهیم به دقت صحبت کنیم کارهای تسلا هم عمومی نبودند (موسسه فرانکلین تا سال 1934م برای عموم مردم باز نشد).

نمایشگاه جهان

در سال 1893م نمایشگاهی در شیکاگو ، الینویس با عنوان نمایشگاه کلمبیای جهان برگزار شد که برای اولین بار ساختمانی را به نمایشگاه الکتریکی اختصاص داد. تسلا و وستینگهاوس طی یک واقعه تاریخی ، برق AC را با روشن کردن نمایشگاه توسط آن ، به بازدید کنندگان معرفی کردند.

جنگ جریانها

در عصر جنگ جریانها در اواخر دهه 1880م ، به علت تبلیغ ادیسون بر استفاده از جریان مستقیم در توزیع توان الکتریکی در مقابل جریان متناوب که توسط تسلا حمایت می‌شد، نیکولا تسلا و توماس ادیسون تبدیل به دو رقیب و دشمن شدند. برای اطلاعات دقیقتر جنگ جریانها را مشاهده کنید. وقتی که تسلا 41 ساله بود، اولین حق اختراع رادیوی پایه را به ثبت رساند (به شماره US645576) یک سال بعد ، او طرز کار یک قایق کنترل از راه دور را به ارتش ایالات متحده نشان داد و معتقد بود که ارتش به چیزهایی نظیر اژدرهایی با هدایت رادیویی نیاز خواهد داشت.

این دستگاهها دارای یک کوهیرر ابداعی و یک سری از گیتهای منطقی بودند. کنترل از راه دور رادیویی تا دهه 1960م یا همان عصر فضا تازگی خودش را حفظ کرد. در همان سال ، تسلا یک شمع الکتریکی برای موتورهای گازوئیلی اختراع کرد که طرز کارش تقریبا مشابه فرآیند بکار رفته توسط موتور احتراق داخلی پیشرفته بود.

ورود به کلورادو اسپرینگس

در سال 1899م تسلا تصمیم گرفت که به کلورادو اسپرینگس رفته و با داشتن مکانی برای آزمایشات فشار قوی و فرکانس بالا ، تحقیقاتش را آغاز کند. او این مکان را اولا بخاطر طوفانهای همیشگی‌اش ، ارتفاع بالا (که در آن هوا به علت فشار پایین ، توانایی شکست دی الکتریک کمتری داشته و راحتتر منجر به یونیزاسیون می‌شود) و خشکی هوا (که نشتی بار الکتریکی را از طریق عایقها کمینه می‌کند) ، انتخاب کرد. و ثانیا هزینه‌ها رایگان بودند و توان الکتریکی از شرکت برق E₁ پاسو فراهم می‌شد.

امروزه ، جدولهای شدت مغناطیسی نیز نشان می‌دهند که زمین اطراف آزمایشگاههای او میدان مغناطیسی چگالتری را نسبت به محیط اطراف دارد. تسلا در تاریخ 17 می 1899م به کلورادو اسپرینگس رسید. پیش از رسیدن به خبرنگاران گفت که او در حال انجام آزمایشاتی برای ارسال سیگنالها از قله پیکس به پاریس بوده است. تسلا خاطراتی از آزمایشاتش را در کلورادو اسپرینگس که حدود 9 ماه را در آنجا سپری کرد، نگاه داشت. این خاطرات شامل: 500 صفحه از دست نوشته‌های تسلا و حدود 200 طراحی که بین 1 ژوئن 1899م و 7 ژانویه 1900م به ترتیب تاریخی انجام شده به همراه توضیحات آزمایشاتش ، می‌شود.

او در حال ساخت سیستمی بود برای تلگراف بی‌سیم ، تلفن و انتقال توان ، که با الکتریسیته فشار قوی آزمایش می‌شدند و امکان انتقال بیسیم و توزیع مقادیر بالای انرژی الکتریکی در طول فواصل بلند را داشت. او همچنین سیستمی را برای تحقیقات جغرافیایی سیسمولوژی طراحی کرد که او آنرا تلجیودینامیکس نامید ... و بیان داشت که از یک دنباله بلند انفجارهای کوچک می‌توان برای یافتن سنگهای معدن و ایجاد زمین لرزه‌هایی که قادر به تخریب زمین باشد، استفاده کرد. او این آزمایش را انجام نداد چرا که گمان می‌کرد نتیجه مطلوبی نخواهد داشت.

ساخت و ساز آزمایشگاه

کمی بعد از رسیدن به کلورادو اسپرینگس ‏‏، تسلا و یک پیمان کار محلی و تعدادی از دستیارانش شروع به ساخت یک آزمایشگاه کردند. آزمایشگاه در نوب هیل واقع در شرق مدرسه نابینایان و ناشنوایان کلورادو و یک مایلی (1.6 کیلومتر) شرق مرکز شهر ، تأسیس شده بود. اهداف این آزمایشگاه در ابتدا آزمایش با الکتریسیته فرکانس بالا و دیگر پدیده‌ها و دوما تحقیق بر روی انتقال بیسیم توان الکتریکی بود.

تسلا برای آزمایشگاه ، یک ساختمان پنجاه در شصت فوت (15 در 18 متر) با یک سقف هشتاد فوتی (24متر) در نظر گرفت. یک آنتن هادی یک صد و چهل و دو فوتی (43 متر) با یک توپ چوبی پوشیده شده با فویل روی ، به ضخامت سی اینچ (760 میلیمتر) ، بر روی پشت بام برافراشته شده بود. پشت بام برای جلوگیری از آتش سوزی ناشی از جرقه‌ها و دیگر اثرات خطرناک آزمایشات ، صاف شده بود. آزمایشگاه تجهیزات و دستگاههای حساسی داشت.

فرستنده تقویت کننده

این آزمایشگاه دارای بزرگترین سیم پیچی تسلا بود که تا بحال ساخته شده است که قطرش پنجاه و دو فوت (16 متر) بود و به عنوان فرستنده بزرگ کننده (MT) شناخته می‌شد. این دستگاه بر خلاف سیم پیچهای تسلای کلاسیک ، یک سیستم تقویت کننده سه سیم پیچه بود که نیازمند تحلیلهای مختلفی ، متفاوت از تحلیل بر اساس سیم پیچهای رزونانسی کوپل شده ثابت متمرکز بود. این دستگاه در یک فرکانس طبیعی یک چهارم طول موج نوسان می‌کرد و می‌توانست در یک حالت موج پیوسته و در یک حالت نوسانی موج ناقص میرا شده نیز کار کند. مطابق محاسبات ، تسلا از این دستگاه برای ارسال دهها هزار وات توان بصورت بیسیم استفاده کرده است. این دستگاه می‌توانسته میلیونها ولت الکتریسیته را تولید کرده و صاعقه‌هایی بلندتر از یک صد فوت (30 متر) را بوجود بیاورد.

تسلا اولین کسی بود که اثرات الکتریکی در حد صاعقه را بوجود آورد. دستگاه MT رعدهایی را بوجود آورد که از فواصلی به اندازه کریپل کریک شنیده می‌شدند. مردم نزدیک آزمایشگاه جرقه‌هایی را مشاهده می‌کردند که از زمین و از طریق کفشهایشان ، به پاهایشان ساطع می شد. برخی جرقه های الکتریکی را از شیر آتشنشانی مشاهده می‌کردند (تسلا برای مدتی زمین کردن را توسط لوله کشی شهر زمین انجام می‌داد). محیط اطراف آزمایشگاه با یک کرونای آبی، درخشان شده بود (مشابه آتش الموی مقدس).

یکی از آزمایشات تسلا با MT، ژنراتور شرکت برق کلورادو اسپرینگس را به دلیل باز خورد ژنراتورهای شهر ، از بین برد و شهر را دچار خاموشی کرد. شرکت از دسترسی تسلا به تغذیه ژنراتورهای پشتیبان در صورت عدم تعمیر ژنراتور اولیه با هزینه خود تسلا ، جلوگیری به عمل آورد. طی چند روز ، این ژنراتور دوباره به راه افتاد.

مدارات تنظیم شده

به علاوه تسلا ترانسفورماتورهای رزونانسی بسیار کوچکی ساخت و ایده مدارات الکتریکی تنظیم شده را کشف کرد. او همچنین تعدادی کوهیرر را برای جداسازی و دریافت امواج الکترومغناطیس ساخت و کوهیرر دوار را طراحی کرد و از آن برای شناسایی انواع خاص پدیده‌های الکترو مغناطیسی که مشاهده کرده بود، استفاده کرد. این دستگاهها دارای مکانیسمی متشکل از چرخه‌ای دنده دار بودند که توسط یک مکانیسم رانشی فنری حلقوی که استوانه‌های شیشه‌ای کوچکی را می‌چرخاند، گردانده می‌شدند. این آزمایشات آخرین مرحله سالهای کار بر روی مدارات تنظیم شده هم زمان شده بود.

تسلا در تاریخ 3 ژولای ، 1899م در دفترچه‌اش نوشت که یک ترانسفورماتور رزونانسی جداگانه که در فرکانسی مشابه فرکانس یک ترانسفورماتور بزرگتر و تنظیم شده با ولتاژ بالاتر ، انرژی را از سیم پیچی بزرگتر که به عنوان یک فرستنده انرژی بیسیم عمل می‌کند، دریافت و ارسال می کند. از این مطلب برای تصویب حق انحصاری اختراع تسلا برای رادیو در طی آخرین مباحث مطرح شده دادگاه استفاده شده است. این سیم پیچهای رزونانس فرکانس بالای هسته هوایی ، شکل ابتدایی سیستمهای رادیویی تا رادار و تصویر نگاری رزونانسی مغناطیسی پزشکی بودند.

انتشار و رزونانس

در تاریخ 3 ژولای ، 1899م تسلا امواج ساکن زمینی را در داخل زمین کشف کرد. او نشان داد که زمین مانند یک هادی نرم و صیقل خورده رفتار می‌کند و دارای ارتعاشات الکتریکی است. او امواجی را مورد آزمایش قرار داد که ویژگیشان یک کمبود ارتعاش در نقاطی بود که بین آن نقاط نواحی ارتعاش حداکثر ، بصورت دورهایی رخ می‌دهد. این امواج ایستا توسط محدود کردن امواج در مرزهای هادی ساخته شده ، ایجاد می‌شده‌اند. تسلا نشان داد که زمین می‌تواند به فرکانسهای از پیش تعریف شده ارتعاشات الکتریکی پاسخ دهد. در این هنگام ، تسلا فهمید که دریافت و ارسال توان در اطراف جهان ممکن است.

تسلا آزمایشاتی را به منظور فهمیدن نحوه انتشار الکترومغناطیسی و رزونانس زمین انجام داد. از روی اسنادی که به دقت موجود هستند (از عکسهای مختلف گرفته تا تاریخ آزمایشات) معلوم است که او صدها لامپ را از فاصله 25 مایلی (40 کیلومتر) بصورت بی‌سیم روشن کرده است. او چندین کیلومتر سیگنالهایی را ارسال کرد و لامپهای نئون را که از طریق زمین هدایت می‌شدند روشن کرد.

او در رابطه با روشهای بهینه سازی یون کره برای ارسال انرژی بدون سیم در طول فواصل بلند ، تحقیق کرد. او در تحقیقاتش فرکانسهای بسیار پایینی از طریق زمین و بخشهایی از یون کره که لایه طرف سنگین کنلی خوانده می‌شد، ارسال کرد. تسلا محاسبات ریاضیاش را بر پایه آزمایشاتش انجام داد و کشف کرد که فرکانس رزونانس این بخش تقریبا هشت هرتز است. در دهه 1950 محققین تأیید کردند که فرکانس رزونانس در این محدوده بود.

امواج کیهانی

در آزمایشگاه کلورادو اسپرینگس تسلا، سیگنالهای رادیویی فرا زمینی را ضبط کرد و یافته‌هایش را در برخی از ژورنالهای آن زمان منتشر کرد. اطلاعات و اخبار او توسط کمیته علمی که سخنان او را نپذیرفته بودند رد شد. او متوجه شد که اندازه گیریهای گیرنده او از سیگنالهای مکرر با سیگنالهایی که او از طوفانها و نویز زمین دریافت کرده بود، اساسا متفاوت بودند. خصوصا این که او بعدا به یاد آورد که سیگنالها بصورت گروههایی از کلیکهای 1تایی ، 2 تایی ،3تایی و 4 تایی باهم ظاهر شدند.

او در مقاله‌ای به نام یک چشم عظیم در حال دیدن اطراف جهان در 25 فوریه 1923م عنوان کرد که: بیست و دو سال پیش هنگام انجام آزمایش در کلورادو با یک دستگاه توان بی‌سیم ، به شواهدی تجربی غیر عادیای از وجود حیات در مریخ دست یافتم. من یک گیرنده بی‌سیم با حساسیت فوق العاده را بدون این که هیچ چیزی را بدانم ساخته بودم و بدین وسیله سیگنالهایی را دریافت کردم که من از آنها به عنوان 1-2-3-4 تعبیر می‌کنم. من اعتقاد دارم که مریخیها از اعداد برای ارتباطات استفاده می‌کنند چرا که اعداد جهانی هستند. (تلگرام آلبانی &#8212 25 فوریه ، 1923م)