Работая со своими преобразователями, Тесла отметил, что у цепи, обладающей индуктивностью, вместе с распределенной емкостью, есть собственная резонансная частота. Иногда для получения необходимых параметров к катушке можно добавить параллельно конденсатор, однако, это не всегда удобно и целесообразно. В июле 1893 года Тесла подал заявку на получение патента и 9 января 1894 года, получил патент №512340 «Катушка для электромагнитов» – рис. 8.

Рис. 8

Рис. 8. Патент Никола Тесла. Однослойная катушка с двойной намоткой, где начало и конец соединены [140]

Эта катушка отличалась тем, что намотана двумя параллельными проводами, которые соединены последовательно так, что конец одного провода соединялся с началом второго. Это делалось для того, чтобы увеличить разность потенциалов между двумя соседними витками. Как известно, работающая на резонансной частоте катушка (с собственной межвитковой емкостью), может накапливать энергию пропорционально квадрату напряжения между двумя соседними витками.

Поэтому такая катушка во много раз превосходит катушку с однопроводной намоткой. Поясним этот момент: пусть катушка имеет 500 витков в один слой, при этом напряжение на ее концах 500 вольт, значит разность потенциалов между двумя соседними витками 1 вольт. Теперь рассмотрим намотку в два провода, когда 500 витков получены соединением двух катушек из 250 витков каждая, по схеме из патента. Разность теперь не 1 вольт, а 250 вольт. Значит такая катушка может запасать в 62500 раз больше энергии.

В патенте 568176 от 22 сентября 1896 года упоминается возможность обойтись без конденсатора, если сама первичная цепь обладает достаточной емкостью.

В период с 1899 по 1900 годы он использовал все свои практические наработки в лаборатории в Колорадо-Спрингс, где и проверил на практике свои идеи. Рабочий дневник ученого содержит подробное описание проделанной работы.

Стандартная схема использования атмосферного электричества показана на рис. 9.

Рис. 9

Рис. 9. Стандартная схема Николы Тесла на использование атмосферного электричества [140]

Когда выключатель замкнут (рис. 9), зарядная катушка накапливает энергию, затем происходит размыкание, энергия, накопленная в катушке, принимает форму высоковольтного импульса и устремляется в конденсатор, заряжая его, после этого вновь происходит замыкание, тогда энергия, накопленная в конденсаторе, начинает совершать высокочастотные колебания в цепи разряда в то время, как зарядная катушка вновь накапливает энергию от источника. Вторичная обмотка, настроенная в резонанс, находится в несильной индуктивной связи с первичной обмоткой, чтобы свободные колебания могли проявиться с максимальной силой.

Изучив все зависимости и свойства такой системы, Тесла 18 января 1902 года подал заявку на «Устройство для передачи электрической энергии», патент же был им получен только через 13 лет.

Это патент №1119732 от 1 декабря 1914 года – рис. 10

Рис. 10

Рис. 10. Патент Никола Тесла №1119732 [140]

Из патента №1119732:

«Первичную обмотку можно возбуждать любым способом от подходящего источника G, который может быть генератором переменного тока или конденсатором, причем основное требование заключается в установлении резонанса, то есть вывод D должен зарядиться до максимального напряжения цепи. Если передатчик имеет большую мощность, то настройку следует производить с особенной тщательностью, в целях экономии и безопасности. Я показал, что в резонирующей цепи наподобие EABB’D можно вызвать электричество огромной силы, измеряемой сотнями и тысячами лошадиных сил, целесообразно начинать настройку со слабых и низкочастотных вынуждающих колебаний, постепенно усиливая их и наращивая частоту, пока не удастся добиться полного контроля над аппаратом».

Становится ясно, что здесь воплощена идея Тесла, высказанная им во время выступления 24 февраля 1893 года о том, как необходимо взаимодействовать с электрическим зарядом Земли, а также способ правильной настройки, соответствующий идее. Отметим, что в патенте №787412, заявка на получение которого была подана 16 мая 1900 года, подробно описан принцип правильной настройки такой системы. Основы также описаны и в патенте №649621 от 15 мая 1900 года.

Новые способы получения дешевой энергии у многих ученых вызывают опасения из-за вмешательства в процессы атмосферы и ионосферы. Их влияние на возникновение и течение жизни на Земле изучено слабо, поэтому воздействие может пагубно отразиться на состоянии планеты.

Однако ученые считают, что технология атмосферного электричества тормозится умышленно. Более того, существует факт масштабного использования электричества из воздуха до 1917 года. Известно по старым литографиям и рисункам, о существовании электроэнергии даже в XVII веке.

Рис. 11

Рис. 11. Заряд ионосферы

Верхние слои атмосферы называют ионосферой не просто так – в ней очень много положительно заряженных частиц – ионов. Считается, что сама планета, в свою очередь, заряжена отрицательно. Отсюда и «заземление» – подключение отрицательного полюса в полярной электрической схеме к «земле».

Теперь, если представить нашу планету в виде сферического конденсатора, то получится, что он состоит из двух обкладок – положительно заряженной ионосферы (рис. 11) и отрицательно заряженной поверхности земли. Атмосфера играет роль изолятора. Через атмосферу постоянно протекают ионные и конвективные токи утечки этого «конденсатора». Но, несмотря на это, разность потенциалов между «обкладками» не уменьшается. Мы по-прежнему наблюдаем молнии, полярные сияния, да и ионов меньше не становится. Это значит, что существует некий генератор, который постоянно подзаряжает эту систему. Таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с нашей планетой, и солнечный ветер, ионизирующий верхние слои атмосферы. Если каким-либо способом подключить к этому генератору полезную нагрузку, мы получим практически вечный и бесплатный источник электроэнергии.

Разность потенциалов атмосферы и земной поверхности может достигать от сотен вольт до сотен тысяч вольт на разных высотах и в разное время года. Принципиальная схема «электростанции» в таком случае предельно проста: строим высокий столб-проводник (или поднимаем кабель аэростатом), хорошенько его заземляем и разрезаем у основания на нужной нам высоте. Верхняя часть столба будет иметь положительный заряд, нижняя отрицательный. При помощи трансформаторов снижаем напряжение до нужных нам величин, попутно увеличив силу тока. Включаем полезную нагрузку.

Но в этой простоте и кроется вся хитрость. Проблема 1: высота проводника. Считается, что напряженность электрического поля планеты наиболее сильна у поверхности, т.е. на высоте 100—150 м. Выше строить сложно, хотя всегда есть аэростаты. Проблема 2, она же главная: чтобы по нашему проводнику пошел ток, т.е. движение электронов от отрицательного полюса к положительному, этот самый положительный полюс там должен быть. А если мы просто построим заземленный металлический столб, то электрическое поле в лице атмосферы его обойдет, «приняв» за новую точку поверхности земли. Таким образом, электроны, которые должны были бы двигаться снизу, от заземленной поверхности по проводнику вверх, к положительно заряженным ионам в атмосфере, этого делать не будут потому, что не смогут покинуть верхнюю часть проводника. Они останутся «запертыми» в нем, чем и обеспечится нейтральный заряд всей системы. Грубо говоря, с металла (проводника) через воздух и в воздух ток просто так не проходит. Существуют векторы напряженности электрического поля. Векторы напряженности поля проводника направлены вверх, а векторы напряженности электрического поля атмосферы направлены вниз. Они встречаются в верхней точке проводника и складываясь, компенсируют друг друга. Общий заряд системы нейтрален, однако на кончике проводника сконцентрирована наибольшая напряженность электрического поля – рис. 12.

Ри с. 12

Рис. 12. Электрическое поле Земли (слева) и электрическое поле в верхней точке проводника (справа). Е1 – вектор напряженности электрического поля Земли, Е2 – вектор напряженности электрического поля проводника

Электроны не могут покинуть верхнюю точку проводника сами по себе, у них недостаточно энергии для того, чтобы покинуть проводник. Эта энергия называется работой выхода электрона из проводника и для большинства металлов она составляет менее 5 электронвольт, но даже ее пока взять неоткуда. А если помочь электронам покинуть проводник? Тогда все заработает – электроны будут подниматься вверх, захватываться электрическим полем и по проводнику пойдет ток. Нужно только постоянно помогать им в этом процессе. Весь фокус в устройстве, которое бы освобождало электроны из проводника в атмосферу и делало это постоянно. Получается, что нужен трансформатор – проводник электронов в атмосферу. И такое чудо есть – катушки Тесла. Если избыточные электроны направлять в атмосферу при помощи коронных разрядов, или плазменной дуги или еще чего-то такого же плазменного, электроны будут покидать поверхность проводника и переходить в атмосферу по воздуху, еще как.

Совсем упрощенно – коронным разрядом на верхушке столба мы соединим обкладки «конденсатора», плазменная дуга – тот самый проводник, которым можно соединить отрицательно заряженный металл заземленного проводника с положительно заряженной атмосферой; живой пример – молния, ударившая в громоотвод.