El sistema sense fil mundial de Nikola Tesla
El juny de 1899, un científic d'origen serbi, Nikola Tesla, inicia el treball experimental al seu laboratori de Colorado Springs (EUA). L'objectiu de Tesla en aquell moment era un estudi pràctic de la possibilitat de transmetre energia elèctrica a través del medi natural.
El laboratori de Tesla està aixecat en un enorme altiplà, que es troba a una altitud de dos mil metres sobre el nivell del mar, i la zona durant centenars de quilòmetres al voltant és coneguda per tempestes força freqüents amb llamps molt brillants.
Tesla va dir que amb l'ajuda d'un dispositiu afinat va ser capaç de detectar els llamps que es produïen a una distància de set o vuit-cents quilòmetres del seu laboratori. De vegades esperava gairebé una hora pel so del tro de la següent descàrrega d'un llamp, mentre que el seu dispositiu determinava amb precisió la distància fins a on s'havia produït la descàrrega, així com el temps després del qual el so arribaria al seu laboratori.
Volent estudiar les vibracions elèctriques al globus, el científic va instal·lar el transformador receptor de manera que el seu bobinat primari estigués posat a terra amb un dels seus terminals, mentre que el seu segon terminal estava connectat a un terminal d'aire conductor, l'alçada del qual es podia ajustar.
El bobinatge secundari del transformador està connectat a un dispositiu d'autoregulació sensible. Les oscil·lacions al bobinatge primari van fer que apareguessin polsos de corrent al bobinatge secundari, que al seu torn feia funcionar la gravadora.
Un dia, Tesla va observar llamps d'una tempesta que esclatava en un radi de menys de 50 quilòmetres del seu laboratori, i després amb l'ajuda del seu dispositiu va aconseguir registrar unes 12.000 descàrregues de llamps en només dues hores!
Durant les observacions, el científic es va sorprendre inicialment que els llamps més allunyats del seu laboratori sovint tinguessin un impacte més fort en el seu dispositiu d'enregistrament que els que van colpejar més a prop. Tesla va establir inequívocament que la diferència en la força de les descàrregues no era la causa de les diferències. Però què llavors?
El tres de juliol, Tesla va fer el seu descobriment. En observar una tempesta elèctrica aquell dia, el científic va observar que els núvols de tempesta que es precipitaven a gran velocitat des del seu laboratori generaven llamps gairebé regulars (recurrents a intervals gairebé regulars). Va començar a mirar la seva gravadora.
A mesura que la tempesta s'allunyava del laboratori, els polsos de corrent al transformador receptor es van afeblir inicialment, però després van augmentar de nou, va arribar un pic, després va passar i es va substituir per una disminució d'intensitat, però després va tornar un pic i després una altra vegada una disminució. .
Va observar aquest patró diferent fins i tot quan la tempesta ja s'havia mogut a uns 300 quilòmetres del seu laboratori, la intensitat de les pertorbacions resultants es va mantenir força important.
El científic no dubtava que es tractava d'ones que s'estenen des dels llocs on el llamp va caure a terra, com si al llarg d'un cable normal, i va observar les seves crestes i abeuradors en els mateixos moments en què el lloc de la bobina receptora els va colpejar.
Aleshores, Tesla es va proposar construir un dispositiu que generaria ones similars. Havia de ser un circuit amb una inductància molt alta i la menor resistència possible.
Un transmissor d'aquest tipus pot transmetre energia (i informació), però essencialment no de la mateixa manera que s'implementa als dispositius Hertz, és a dir, no a través de radiació electromagnètica... Se suposa que són ones estacionàries que es propaguen al llarg de la terra com a conductor i a través d'una atmosfera elèctricament conductora.
Tal com va concebre el científic, la freqüència en el seu sistema de transferència d'energia s'ha de reduir fins a tal punt que es minimitzi l'emissió (!) d'energia en forma ones electromagnètiques.
Aleshores, si es compleixen les condicions per a la ressonància, el circuit serà capaç d'acumular l'energia elèctrica de molts polsos primaris com un pèndol. I l'efecte sobre les estacions receptores sintonitzades a la ressonància serien oscil·lacions harmòniques, la intensitat de les quals en principi podria superar en magnitud els fenòmens d'electricitat natural que Tesla va observar durant les tempestes a Colorado.
Amb aquesta transmissió, el científic assumeix que utilitzarà les propietats de conducció del medi natural, a diferència del mètode d'Hertz amb radiació, on simplement es dissipa molta energia i només una part molt petita de l'energia transmesa arriba al receptor.
Si sincronitzeu el receptor de Tesla amb el seu transmissor, aleshores es pot obtenir energia amb una eficiència de fins al 99,5% (Nikola Tesla, articles, p. 356), com si transferís corrent a través d'un cable de baixa resistència, encara que a la pràctica la transferència l'energia s'obté sense fil. La Terra actua com a únic conductor en aquest sistema. La tecnologia, creu Tesla, permet construir un sistema mundial per a la transmissió sense fil d'energia elèctrica.
L'analogia que Tesla va donar contrastant el seu sistema amb el sistema hertzià en termes d'eficiència de transmissió d'energia (o informació) és aquesta.
Imagineu que el planeta Terra és una bola de goma plena d'aigua. El transmissor és una bomba alterna que funciona en algun punt de la superfície de la bola: l'aigua s'extreu de la bola i s'hi torna a una freqüència determinada, però el període ha de ser prou llarg perquè la bola en conjunt s'expandeixi i es contrau a aquesta freqüència.
Aleshores, els sensors de pressió de la superfície de la pilota (receptors) seran informats dels moviments, independentment de la distància que estiguin de la bomba, i amb la mateixa intensitat.Si la freqüència és lleugerament més alta, però no molt alta, aleshores les oscil·lacions es reflectiran des del costat oposat de la bola i formaran nodes i antinodes, mentre que si es treballa en un dels receptors, l'energia es consumirà, però la seva la transmissió serà molt econòmica...
En el sistema hertzià, si continuem amb l'analogia, la bomba gira a una freqüència enorme, i l'obertura per on s'introdueix i retorna l'aigua és molt petita. Una part colossal de l'energia es gasta en forma d'ones de calor infraroja i una petita part de l'energia es transfereix a la pilota, de manera que els receptors poden fer molt poc treball.
A la pràctica, Tesla proposa aconseguir condicions de ressonància al sistema sense fil mundial de la següent manera. L'emissor i el receptor són bobines de múltiples voltes posades a terra verticalment amb una alta conductivitat superficial als terminals connectats als seus cables superiors.
El transmissor s'alimenta per un bobinatge primari, que conté significativament menys voltes que el secundari, i està en connexió inductiva forta a la part inferior d'una bobina secundària de múltiples voltes a terra.
El corrent altern al bobinatge primari s'obté amb l'ajuda d'un condensador. El condensador es carrega per la font i es descarrega a través del bobinatge primari del transmissor. La freqüència d'oscil·lació del circuit oscil·lant primari així format es fa igual a la freqüència d'oscil·lacions lliures del circuit secundari, i la longitud del cable del bobinatge secundari des de terra fins al terminal es fa igual a un quart de la longitud d'ona de les oscil·lacions propagades al llarg d'ell.
Sempre que gairebé tota la capacitat elèctrica del circuit secundari recaigui al terminal, és al terminal on s'obtenen l'antinode (sempre el màxim swing) de la tensió i el node (sempre zero) del corrent, i al punt de connexió a terra: l'antinode del corrent i el node de la tensió.El receptor té un disseny similar al transmissor, amb l'única diferència que la seva bobina principal és de múltiples voltes i la curta de la part inferior és un secundària.
Optimitzant el circuit receptor, Tesla va arribar a la conclusió que per al seu funcionament més eficient s'ha de corregir la tensió del bobinatge secundari. Per a això, el científic va desenvolupar un rectificador mecànic, que permet no només corregir la tensió, sinó també transferir energia a la càrrega només en aquells moments en què la tensió del bobinatge secundari del circuit receptor és propera al valor d'amplitud.