Když jsem začal tento problém hlouběji zkoumat, uvědomil jsem si, že k získání uspokojivých výsledků je nutné zvolit metody radikálně odlišné od těch, které byly v té době známé. Větrný mlýn, sluneční motor, motor poháněný zemským teplem, všechny tyto stroje měly při využívání energie svá omezení. Musel být objeven nějaký jiný způsob, který by nám umožnil využít více tepelné energie. V okolním médiu je dost tepelné energie, ale pouze malá část této energie se dala využít k pohonu strojů známými způsoby. Kromě toho, konvenční procesy získávání tepelné energie byly pomalé. Řešením problému tedy bylo objevení nějaké nové metody, která by umožnila získat více tepelné energie z okolního média a současně tuto energii získat rychle.
ODCHOD OD ZNÁMÝCH METOD - MOŽNOST "SAMOHYBNÉHO" MOTORU NEBO STROJE, KTERÝ BY BYL SCHOPEN ČERPAT ENERGII Z OKOLÍ JAKO ŽIVÁ BYTOST - IDEÁLNÍ ZPŮSOB ZÍSKÁVÁNÍ HNACÍ SÍLY
Marně jsem se pokoušel přijít na to, jak by se to dalo zařídit, když jsem četl nějaká tvrzení Carnota a Lorda Kelvina (tehdy Sira Williama Thomsona), která znamenala, že je doslova nemožné, aby neživý mechanismus nebo samohybný stroj ochladil část média pod teplotu okolí a získal tak tepelnou energii pro svou činnost. Tato tvrzení mě velice zaujala. Živé bytosti takovou věc evidentně dokážou, a protože mě zkušenosti z mého mládí přesvědčili, že živá bytost je pouhý automat, nebo řečeno jinak "samočinný stroj", došel jsem k závěru, že je možné zkonstruovat stroj, který by dokázal to samé. Jako první krok k realizaci takového stroje jsem vymyslel následující mechanismus. Představte si tepelný stroj, skládající se z určitého množství kovových tyčí, které sahají od země do kosmického prostoru za zemskou atmosféru. Teplo zespodu, vedené těmito tyčemi nahoru bude zemi, moře nebo vzduch ochlazovat, podle toho, kde se spodní konce tyčí budou nacházet, a výsledkem bude, jak je dobře známo, elektrický proud protékající těmito tyčemi. Opačné konce těchto tyčí mohou být připojeny na elektromotor a tento motor by teoreticky stále běžel, dokud by se médium dole neochladilo na teplotu kosmického prostoru. Toto by byl neživý stroj, který by - podle všech důkazů - chladil část média pod teplotu okolí a pracoval by na teplo odejmuté okolí.
Schéma b. Získávání energie z okolního média
A - médium s malým obsahem energie, B - okolní médium s velkým množstvím energie, O - cesta energie
Ale nebylo by možné realizovat podobné podmínky bez nutnosti jít tak vysoko? Představte si pro ilustraci válcové pouzdro T (viz schéma b) takové, že energie by mohla proudit dovnitř pouze kanálem nebo cestou O a zde by se tato energie mohla přeměnit na nějakou jinou formu energie. Otázka zní - Lze takové podmínky vytvořit? Můžeme vytvořit pokles energie uměle, aby energie okolního média proudila dovnitř? Předpokládejme, že v daném prostoru může být nějakým procesem udržována extrémně nízká teplota; okolní médium by potom bylo nuceno odevzdat teplo, které by mohlo být přeměněno na mechanickou nebo nějakou jinou formu energie, která by byla potom užitečným způsobem využita. Realizací tohoto plánu bychom měli být schopni na každém místě zeměkoule získat nepřetržitý zdroj energie, ve dne - v noci. Víc než to, uvažujeme-li abstraktně, zdá se, že by bylo možné způsobit rychlou cirkulaci média, a tudíž tuto energii získávat velmi rychle.
Tato myšlenka, pokud by byla realizovatelná, nabízí úspěšné vyřešení problému získávání energie z okolního média. Ale je to vůbec realizovatelné? Jsem přesvědčen, že v přírodě se to děje mnoha způsoby, z nichž jeden je následující. Představme si horské jezero ve velké výšce nad mořem. Hladinou tohoto jezera je odebíráno velké množství tepla. Teplá voda stoupá nahoru, zatímco ochlazená voda klesá ke dnu, přičemž může konat mechanickou práci. Ale můžeme vyrobit chlad v uzavřeném prostoru a způsobit, aby teplo proudilo dovnitř neustále? Vytvoření takového poklesu energie nebo "chladné díry", jak by se dalo říci, v médiu, je ekvivalentní k vytvoření buď prázdného prostoru v jezeře, nebo prostoru naplněného médiem mnohem lehčím než voda. To bychom mohli realizovat, kdybychom do jezera umístili cisternu a z ní vypumpovali všechnu vodu. Víme, kdybychom vodě dovolili, aby natekla zpátky do cisterny, vykonala by teoreticky stejnou práci, jaká byla použita na její odčerpání, ale ani o trochu víc. Touto dvojitou operací (nejdříve odčerpáním vody z nádrže a potom jejím natečením zpátky) bychom tedy nic nezískali.
To by potom znamenalo, že vytvoření takového poklesu energie v médiu je nemožné. Ale zamysleme se na chvíli. Teplo, přestože se řídí jistými obecnými zákony mechaniky, jako je proudění, má svá specifika; je to energie, která může být přeměněna na jinou formu energie, když přechází z vysoké úrovně na nízkou. Aby naše mechanická analogie byla úplná a odpovídala skutečnosti, musíme v našem modelu s nádrží nahradit vodu nějakým jiným médiem, jemuž lze odejmout energii s vynaložením mnohem menší práce. Například, jestliže teplo v této analogii představované vodou v jezeře, kyslík a vodík, z něhož se voda skládá, může ilustrovat jiné formy energie, na něž se teplo přemění při přechodu z teplého stavu do studeného. Kdyby byl proces přeměny tepla absolutně dokonalý, všechno teplo by se přeměnilo na jiné formy energie. V tomto ideálním případě by se všechna voda v cisterně rozložila na vodík a kyslík a výsledkem by bylo, že do cisterny by neustále přitékala voda a z ní by odcházel plynný vodík a kyslík.
Vyrobili bychom takto, s počátečním vynaložením určitého množství práce pro vytvoření poklesu teploty média, respektive pro pokles hladiny v cisterně, podmínku, která by nám umožnila získat jakékoli množství energie bez dalšího úsilí. To by byl ideální způsob získání hnací síly. My však neznáme žádný absolutně dokonalý proces konverze tepla, a tudíž v naší analogii se nějaká voda dostane na dno cisterny a postupně ji zaplní, takže bude nutné ji neustále pumpovat ven. Je však evidentní, že k čerpání vody ven bude třeba méně energie než je energie vody proudící dovnitř. Co není přeměněno při proudění dovnitř, může být zdviženo vlastní energií, a co je přeměněno, je čistý zisk. Přednost principu, který jsem objevil, spočívá zcela v přeměně energie proudící dovnitř.
PRVNÍ ÚSILÍ O VYTVOŘENÍ SAMOČINNÉHO MOTORU - MECHANICKÝ OSCILÁTOR - PRÁCE DEWARA A LINDEHO - KAPALNÝ VZDUCH
Když jsem si uvědomil tuto pravdu, začal jsem vynalézat prostředky pro uskutečnění mé myšlenky a po dlouhém přemýšlení jsem nakonec vymyslel přístroj, který by měl umožnit získat energii z okolního média procesem neustálého ochlazování atmosferického vzduchu. Tento přístroj by - neustálou přeměnou tepla na mechanickou práci - měl tendenci stávat se stále chladnějším a chladnějším a kdyby jen bylo uskutečnitelné získat velmi nízkou teplotu tímto způsobem, potom by mohl být vyprodukován pokles teploty a z tohoto média by mohla být získávána energie. To se zdálo být v rozporu s tvrzeními Carnota a Lorda Kelvina, ale z teorie tohoto procesu jsem došel k závěru, že takového výsledku může být dosaženo. K tomuto závěru jsem došel koncem roku 1883, když jsem byl v Paříži, a bylo to v době, kdy má mysl byla stále více ovládána vynálezem, který jsem vyvinul v průběhu předcházejících let a pro který se vžil název “rotační magnetické pole”. Během několika následujících let jsem dále rozvíjel plán, který jsem si vytknul, a studoval pracovní podmínky, ale udělal jsem jen malý pokrok. Komerční zavedení zmíněného vynálezu v této zemi vyžadovalo větší část mé energie až do roku 1889, kdy jsem znova pojal myšlenku samohybného stroje. Bližší zkoumání principů a výpočty nyní ukázaly, že cíle, jenž jsem si vytknul, nemůže být dosaženo obyčejným strojem, jak jsem dříve očekával. To mě v dalším kroku vedlo ke studiu motoru obecně označovaného jako “turbína”, který se zpočátku zdál nabízet lepší šance na realizaci této myšlenky. Brzy jsem však zjistil, že ani turbína není vhodná. Ale mé závěry ukazovaly, že pokud bude možné nějaký motor zvláštní konstrukce dovést k dokonalé realizaci, můj plán bude realizovatelný a já byl rozhodnut pokračovat ve vývoji takového motoru, jehož primárním cílem bylo vysoce ekonomicky transformovat teplo na mechanickou energii. Charakteristickým rysem tohoto motoru bylo, že práci konající píst nebyl s ničím spojen, ale dokonale volně vibroval s enormním kmitočtem.
Mechanické těžkosti, s nimiž jsem se při konstrukci motoru potýkal, byly větší než jsem očekával, a dělal jsem jen malé pokroky. Tato práce pokračovala do jara roku 1892, kdy jsem odjel do Londýna, kde jsem viděl obdivuhodné experimenty profesora Dewara s kapalnými plyny. Jiní před ním také zkapalňovali plyny, významné experimenty na tomto poli provedli například Ozlewski a Picket, ale nedosáhli tak výrazných úspěchů jako Dewar. Jeho výsledky ukázaly, ačkoli jiným způsobem než jsem si představoval, že je možné získat velmi nízkou teplotu přeměnou tepla na mechanickou práci, a já se vrátil s hlubokými dojmy z toho, co jsem viděl, a víc než kdy předtím jsem byl přesvědčen, že můj plán je uskutečnitelný. Opět jsem se pustil do práce dočasně přerušené a brzy jsem měl téměř hotov stroj, který jsem pojmenoval jako “mechanický oscilátor”. U tohoto stroje se mi podařilo odstranit všechna těsnění, ventily a mazání a produkovat tak rychlé vibrace pístu, že tyče z houževnaté oceli, připevněné k pístu a podélně kmitající, se zlomily. Kombinací tohoto motoru s dynamem zvláštní konstrukce jsem vytvořil vysoce účinný elektrický generátor, neocenitelný při měřeních a určování fyzikálních veličin z důvodu neměnné rychlosti oscilací získaných tímto způsobem. V létě roku 1893 na Elektrickém kongresu při Světové výstavě v Chicagu jsem předvedl několik typů těchto strojů, kterým jsem dal název “mechanický a elektrický oscilátor”. Na přednášce, kterou jsem zde měl, jsem odhalil principy mechanického oscilátoru, ale z důvodu návalu další práce jsem nebyl schopen tyto výsledky publikovat. Původní účel tohoto stroje je poprvé vysvětlen až zde.
V procesu, který jsem především vymyslel, pro využití energie okolního média je třeba použít kombinaci pěti prvků a každý z nich musel být nově zkonstruován a zdokonalen, protože žádný podobný stroj dosud nikdy neexistoval. Mechanický oscilátor byl prvním prvkem této kombinace, a když jsem ho dokončil, tak jsem se pustil do dalšího prvku, jímž byl kompresor vzduchu, který se v určitém ohledu podobal tomuto mechanickému oscilátoru. Setkal jsem se s podobnými konstrukčními obtížemi, ale práce rychle pokračovala, a na konci roku 1894 jsem měl hotové oba prvky této kombinace, a tak jsem měl vyroben přístroj ke stlačování vzduchu, takřka pro jakýkoli požadovaný tlak, nesrovnatelně jednodušší, menší a účinnější než obyčejný kompresor. Právě jsem začínal práci na třetí elementu, který v kombinaci s prvními dvěma tvořil chladící stroj s neobyčejnou účinností a zároveň velmi jednoduchý, když mě postihlo neštěstí a došlo k požáru v mé laboratoři, což ochromilo moji práci a velmi mě zdrželo. Krátce poté dr. Carl Linde oznámil zkapalnění vzduchu pomocí samoochlazovacího procesu, který demonstroval, že je možné ochlazovat vzduch tak dlouho, až zkapalní. To byl poslední experimentální důkaz, který jsem potřeboval, že energii lze získat z okolního prostředí způsobem, který jsem vymyslel.
Zkapalňování vzduchu pomocí samoochlazovaího procesu nebylo, jak se s oblibou věřilo, náhodným objevem, ale vědeckým výsledkem, který nemohl být dlouho odkládán, a kterému, se vší pravděpodobností, Dewar nemohl uniknout. Věřím, že tento fantastický pokrok byl z větší části umožněn obrovskou prací tohoto velkého Skota. Nicméně, Lindeho úspěch je nesmrtelný. Výroba kapalného vzduchu byla provozována v Německu po dobu čtyř let v měřítku mnohem větším než v kterékoli jiné zemi a tento zvláštní produkt byl používán k různým účelům. Zpočátku se od něho mnoho očekávalo, ale dosud je průmyslovým přeludem. S použitím takového stroje, jaký jsem dokončil, by se jeho cena pravděpodobně velmi snížila, ale dokonce i v tomto případě by jeho komerční úspěch byl sporný. Když je použit jako ochlazovač, je neekonomický, protože jeho teplota je zbytečně nízká. Je drahé udržovat těleso na velmi nízké teplotě stejně, jako je udržovat ho velmi horké; k udržování chladného vzduchu je třeba uhlí. Při výrobě kyslíku dosud nemůže konkurovat elektrolytické metodě. Pro použití jako výbušnina je nevhodný, protože jeho nízká teplota způsobuje nízkou účinnost a pro účely pohonu je jeho cena stále příliš vysoká. Ale je zajímavé, že při pohonu motoru kapalným vzduchem lze část energie získat z okolního prostředí, které motor ohřívá: každých 200 liber železa, z něhož je motor vyroben, získává z okolí energii rychlostí okolo jedné koňské síly za hodinu. Ale tento zisk při spotřebě je vyrovnán stejně velkou spotřebou energie při výrobě.
Na úkolu, na němž pracuji, musí být ještě mnoho vykonáno. Řada mechanických detailů musí být ještě propracována a některé těžkosti různé povahy ještě musí být překonány a nemůžu doufat, že v krátké době vyrobím samohybný stroj, který čerpá energii ke svému pohonu z okolního prostředí dokonce ani tehdy, pokud se všechna má očekávání splní. Objevilo se mnoho okolností, které moji práci zpomalily, ale z několika důvodů toto zpoždění bylo prospěšné.
Jedním z důvodů bylo, že jsem měl dostatek času promyslet, jaké možnosti tohoto zařízení mohou být. Pracoval jsem dlouho v přesvědčení, že praktická realizace této metody získávání energie ze slunce by měla nevyčíslitelnou hodnotu, ale pokračující studium tohoto problému odhalilo fakt, že by sice mohlo průmyslu přinést komerční zisk, ale ne tak obrovský, jak jsem si představoval.
OBJEV NEOČEKÁVANÝCH VLASTNOSTÍ ATMOSFÉRY — PODIVUHODNÉ EXPERIMENTY – PŘENOS ELEKTRICKÉ ENERGIE JEDNÍM VODIČEM – BEZDRÁTOVÝ PŘENOS ENERGIE ZEMÍ
Dalším z těchto důvodů bylo, že jsem byl veden k poznání, že přenos elektrické energie na jakoukoli vzdálenost okolním prostředím by bylo zdaleka nejlepším řešením velkého problému využívání sluneční energie pro potřeby člověka. Dlouho jsem byl přesvědčen, že takový přenos v průmyslovém měřítku nebude nikdy moci být realizován, ale objev, který jsem učinil, můj názor změnil. Pozoroval jsem, že za jistých podmínek má atmosféra, která je normálně dobrý izolant, vodivé vlastnosti, a tak je schopna přenášet jakékoli množství elektrické energie. Ale překážky na cestě k praktickému využití tohoto objevu pro účely bezdrátového přenosu elektrické energie byly zdánlivě nepřekonatelné. Muselo by být vyrobeno napětí o hodnotě mnoha milionů voltů. Musel by být vynalezeno zařízení pro jeho generování, a to zcela nového typu, které by muselo vydržet nesmírně vysoké elektrické napětí. Toto zařízení by navíc muselo být zcela bezpečné z hlediska ochrany před vysokým napětím. Toto všechno nelze udělat za několik týdnů nebo měsíců nebo dokonce let. Práce vyžadovala trpělivost a vytrvalé úsilí, ale k pokroku docházelo, přestože pomalu. Během mé dlouhodobé práce se dostavily hodnotné výsledky, s nimiž vás stručně seznámím a vyjmenuji hlavní úspěchy, jichž se mi podařilo dosáhnout. Objev vodivých vlastností vzduchu, přestože neočekávaný, byl pouze přirozeným výsledkem experimentů ve specifické oblasti, které jsem prováděl o několik let dříve. Myslím, že to bylo v roce 1889, kdy jisté možnosti generovat extrémně rychlé elektrické oscilace mě přiměly zkonstruovat několik speciálních strojů uzpůsobených pro jejich výzkum. Díky nezvyklým požadavkům byla konstrukce těchto strojů nesmírně obtížná a musel jsem vyvinout značné úsilí, ale má práce byla bohatě odměněna, protože jsem těmito prostředky dosáhl několika nových a důležitých výsledků. Jedním z prvních pozorování, která jsem prováděl s těmito novými stroji, bylo to, že elektrické oscilace o extrémně vysokém kmitočtu působí neobyčejným způsobem na lidský organismus.
Tak například jsem demonstroval, že mocné elektrické výboje několika stovek tisíc voltů, které v té době byly považovány za absolutně smrtelné, mohly pohodlně procházet tělem bez škodlivých následků. Tyto oscilace produkovaly další specifické fyziologické účinky, které po mém oznámení byly horlivě převzaty kvalifikovanými lékaři a dále zkoumány. Uplatnění na tomto novém poli se ukázalo být nad očekávání plodným a během několika let, které od mého objevu uplynuly, a byly vyvinuty nové formy léčby a vzniklo nové důležité odvětví medicíny. Mnoho výsledků, které byly v té době nemožné, je pomocí těchto oscilací snadno dosažitelných a mnoho experimentů, o nichž se nám dříve ani nesnilo, je nyní možné jejich prostřednictvím uskutečnit. Dosud s radostí vzpomínám, jak jsem před devíti lety nechal svým tělem procházet mocný výboj indukční cívky, abych před vědeckou společností demonstroval neškodnost velmi rychle kmitajícího elektrického proudu, a dosud si pamatuji úžas mého publika. Nyní bych podstoupil s mnohem menšími obavami, než jsem měl při tomto experimentu, přenos takového množství elektrické energie přes mé tělo, jaké vyrobí dynama, která pracují pod Niagarskými vodopády – čtyřicet nebo padesát tisíc koňských sil. Vyrobil jsem elektrické oscilace o takové intenzitě, že když procházely mými pažemi a hrudníkem, roztavily se dráty, které jsem držel ve svých rukou, a přesto jsem nic necítil. Takovými oscilacemi jsem budil smyčku těžkého měděného drátu tak silně, že hmota kovu a dokonce objekty se specifickým odporem větším než má lidská tkáň, které byly položeny do blízkosti smyčky, byly ohřáty na vysokou teplotu a roztaveny, často s prudkostí exploze, a přesto do prostoru, kde docházelo k těmto destruktivním účinkům, jsem opakovaně strkal hlavu, aniž bych cítil nějaké nepohodlí nebo měl později nějaké zdravotní problémy.
Dále jsem pozoroval, že pomocí těchto oscilací mohlo být vyráběno světlo novým a ekonomickým způsobem, který sliboval možnost vytvořit ideální systém elektrického osvětlení pomocí vakuových trubic, osvobozující od nutnosti výměny lamp nebo žhavicích vláken a zřejmě také od používání drátů uvnitř budov. Účinnost tohoto osvětlení se zvyšuje přímo úměrně s kmitočtem oscilací a jeho komerční úspěch je tudíž závislý na ekonomické produkci elektrických vibrací o vysokých kmitočtech. V tomto směru jsem nedávno dosáhl uspokojivých výsledků a zavedení tohoto nového systému osvětlení do praxe již není daleko.
Mé výzkumy vedly k mnoha dalším hodnotným pozorováním a výsledkům. Jedním z nejdůležitějších byla demonstrace možnosti dodávat elektrickou energii pomocí jednoho drátu bez zpětného vodiče. Nejdříve jsem byl schopen přenášet tímto novým způsobem pouze malé množství elektrické energie, ale i v tomto směru bylo mé úsilí odměněno podobným úspěchem.
[Viz Nikola Tesla: Colorado Springs Notes, str. 360, fotografie XXVIII.]
OBR. 3. EXPERIMENT PRO ILUSTRACI PŘENOSU ELEKTRICKÉ ENERGIE JEDNÍM DRÁTEM BEZ ZPĚTNÉHO VODIČE
Obyčejná žárovka spojená jedním svým vývodem (nebo oběma) s vodičem tvořícím horní volný konec cívky zobrazené na fotografii je rozsvícena elektrickými vibracemi cívky elektrického oscilátoru, který pracuje jen na pětinu procenta své plné kapacity. Fotografie na obr. 3. ilustruje, jak říká samotný titulek, přenos elektrické energie pomocí přístroje, který je použit i v dalších experimentech zde popsaných. Do jakého stupně byl přístroj zdokonalen od mé první demonstrace na jaře roku 1891 před vědeckou společností, kdy můj přístroj byl stěží schopen rozsvítit jedinou lampu (tento výsledek byl považován za úžasný), bude zřejmé, když řeknu, že nyní mi nedělá problémy rozsvítit tímto způsobem 400 nebo 500 žárovek a mohl bych jich rozsvítit ještě víc. Vlastně neexistuje omezení množství energie, která může být tímto způsobem přenášena a pohánět elektrická zařízení jakéhokoli druhu.
[Viz Nikola Tesla: Colorado Springs Notes, str. 354, fotografie XXVI.]
OBR. 4. EXPERIMENT PRO ILUSTRACI PŘENOSU ELEKTRICKÉ ENERGIE ZEMÍ BEZDRÁTOVĚ
Cívka zobrazená na fotografii je svým dolním koncem spojena se zemí a je přesně naladěna na vibrace vzdáleného oscilátoru. Rozsvícená lampa je připojena na nezávislou smyčku, napájenou indukcí z cívky vybuzené elektrickými vibracemi přenášenými zemí z oscilátoru, který pracoval na pouhých pět procent své plné kapacity.
Po demonstraci použitelnosti této metody přenosu jsem se přirozeně začal zabývat myšlenkou použít jako vodič zemi a zbavit se nutnosti používat dráty. Ať je elektřina cokoli, faktem je, že se chová jako nestlačitelná tekutina a na zemi lze pohlížet jako na nesmírný rezervoár elektřiny, který, jak jsem věřil, lze vybudit řádně zkonstruovaným strojem. A tak mé další úsilí bylo směrováno směrem ke zdokonalení speciálního přístroje, který při vybuzování elektřiny v zemi bude vysoce účinný. Pokrok v tomto novém směru byl nutně velmi pomalý s mnoha překážkami, ale nakonec se mi podařilo vyvinout transformátor nebo indukční cívku nového druhu, zvláště vhodnou pro tento účel. Tímto způsobem je nejen možné nejen přenášet přesné množství elektrické energie pro pohon jemných elektrických přístrojů, jak jsem se nejdříve domníval, ale také elektrickou energii ve značném množství, jak je zřejmé z obr. 4., který ilustruje experiment tohoto druhu. Dosažený výsledek je o to pozoruhodnější, že horní konec cívky není připojen k vodiči.
- pokračovanie -
Nikola Tesla
Preklad: Ladislav Kopecký
Zdroj: Kopecky.rtyne.net
Všetky časti seriálu nájdete postupne na tejto adrese.
