Sistema inalámbrico mundial de Nikola Tesla
En junio de 1899, un científico de origen serbio, Nikola Tesla, comienza el trabajo experimental en su laboratorio en Colorado Springs (EE.UU.). El objetivo de Tesla en ese momento era un estudio práctico de la posibilidad de transmitir energía eléctrica a través del entorno natural.
El laboratorio de Tesla se erige en una gran meseta, que se encuentra a una altitud de dos mil metros sobre el nivel del mar, y el área de cientos de kilómetros a la redonda es conocida por tormentas eléctricas bastante frecuentes con rayos muy brillantes.
Tesla dijo que con la ayuda de un dispositivo finamente sintonizado, pudo detectar rayos que ocurrían a una distancia de setecientos u ochocientos kilómetros de su laboratorio. A veces, esperaba casi una hora el sonido del trueno de la siguiente descarga de un rayo, mientras su dispositivo determinaba con precisión la distancia hasta donde había ocurrido la descarga, así como el tiempo después del cual el sonido llegaría a su laboratorio.
Queriendo estudiar las vibraciones eléctricas en el globo, el científico instaló el transformador receptor de modo que su devanado primario estuviera conectado a tierra con uno de sus terminales, mientras que su segundo terminal estaba conectado a un terminal de aire conductor, cuya altura podía ajustarse.
El devanado secundario del transformador está conectado a un dispositivo de autorregulación sensible. Las oscilaciones en el devanado primario causaron que aparecieran pulsos de corriente en el devanado secundario, que a su vez operaba el registrador.
Un día, Tesla observó la caída de rayos de una tormenta eléctrica en un radio de menos de 50 kilómetros desde su laboratorio, y luego, con la ayuda de su dispositivo, ¡logró registrar alrededor de 12,000 descargas de rayos en solo dos horas!
Durante las observaciones, el científico se sorprendió inicialmente de que los rayos que caían más lejos de su laboratorio a menudo tenían un impacto más fuerte en su dispositivo de grabación que los que caían más cerca. Tesla estableció inequívocamente que la diferencia en la fuerza de las descargas no era la causa de las diferencias. Pero, ¿entonces qué?
El tres de julio, Tesla hizo su descubrimiento. Al observar una tormenta eléctrica ese día, el científico notó que las nubes de tormenta que se precipitaban a gran velocidad desde su laboratorio generaban rayos casi regulares (recurrentes a intervalos casi regulares). Empezó a mirar su grabadora.
A medida que la tormenta se alejaba del laboratorio, los pulsos de corriente en el transformador receptor inicialmente se debilitaron, pero luego aumentaron nuevamente, llegó un pico, luego pasó y fue reemplazado por una disminución en la intensidad, pero luego volvió a aparecer un pico y luego volvió a disminuir. .
Observó este patrón distinto, incluso cuando la tormenta eléctrica ya se había movido a unos 300 kilómetros de su laboratorio, la intensidad de las perturbaciones resultantes seguía siendo bastante significativa.
El científico no tenía ninguna duda de que se trataba de ondas que se extendían desde los lugares donde el rayo cayó al suelo, como si fueran a lo largo de un cable común, y observó sus crestas y valles en los mismos momentos en que el lugar de la bobina receptora los golpeó.
Luego, Tesla se dispuso a construir un dispositivo que generaría ondas similares. Tenía que ser un circuito con una inductancia muy alta y la menor resistencia posible.
Un transmisor de este tipo puede transmitir energía (e información), pero esencialmente no de la misma manera que se implementa en los dispositivos de Hertz, es decir, no a través de radiación electromagnética… Se supone que estas son ondas estacionarias que se propagan a lo largo de la tierra como un conductor y a través de una atmósfera eléctricamente conductora.
Tal como lo concibió el científico, la frecuencia en su sistema de transferencia de energía debe reducirse hasta el punto de minimizar la emisión (!) de energía en forma ondas electromagnéticas.
Entonces, si se cumplen las condiciones para la resonancia, el circuito podrá acumular la energía eléctrica de muchos pulsos primarios como un péndulo. Y el efecto en las estaciones receptoras sintonizadas en resonancia serían oscilaciones armónicas, cuya intensidad podría en principio exceder en magnitud los fenómenos de electricidad natural que Tesla observó durante las tormentas eléctricas en Colorado.
Con tal transmisión, el científico asume que utilizará las propiedades de conducción del medio natural, a diferencia del método de radiación de Hertz, donde simplemente se disipa mucha energía y solo una fracción muy pequeña de la energía transmitida llega al receptor.
Si sincroniza el receptor de Tesla con su transmisor, entonces se puede obtener energía con una eficiencia de hasta el 99,5% (Nikola Tesla, artículos, p. 356), como si se transfiriera corriente a través de un cable de baja resistencia, aunque en la práctica la transferencia la energía se obtiene de forma inalámbrica. La tierra actúa como el único conductor en tal sistema. La tecnología, cree Tesla, hace posible construir un sistema mundial para la transmisión inalámbrica de energía eléctrica.
La analogía que dio Tesla al contrastar su sistema con el sistema hertziano en términos de la eficiencia de la transmisión de energía (o información) es la siguiente.
Imagina que el planeta Tierra es una pelota de goma llena de agua. El transmisor es una bomba recíproca que opera en algún punto de la superficie de la bola: se extrae agua de la bola y se la devuelve a cierta frecuencia, pero el período debe ser lo suficientemente largo para que la bola en su conjunto se expanda y se contraiga en esa frecuencia
Luego, los sensores de presión en la superficie de la pelota (receptores) serán informados de los movimientos, independientemente de la distancia a la que se encuentren de la bomba, y con la misma intensidad.Si la frecuencia es un poco más alta, pero no muy alta, entonces las oscilaciones se reflejarán desde el lado opuesto de la pelota y formarán nodos y antinodos, mientras que si se realiza trabajo en uno de los receptores, entonces la energía se consumirá, pero su la transmisión resultará muy económica…
En el sistema hertziano, si continuamos con la analogía, la bomba gira a una frecuencia enorme, y la abertura por donde entra y regresa el agua es muy pequeña. Una parte colosal de la energía se gasta en forma de ondas de calor infrarrojas y una pequeña parte de la energía se transfiere a la pelota, por lo que los receptores pueden hacer muy poco trabajo.
En la práctica, Tesla propone lograr condiciones resonantes en el sistema inalámbrico mundial de la siguiente manera. El transmisor y el receptor son bobinas de múltiples vueltas conectadas a tierra verticalmente con alta conductividad superficial en los terminales conectados a sus conductores superiores.
El transmisor está alimentado por un devanado primario, que contiene significativamente menos vueltas que el secundario, y está en fuerte conexión inductiva con la parte inferior de una bobina secundaria de múltiples vueltas conectada a tierra.
La corriente alterna en el devanado primario se obtiene con la ayuda de un capacitor. El capacitor es cargado por la fuente y descargado a través del devanado primario del transmisor. La frecuencia de oscilación del circuito oscilante primario así formado se hace igual a la frecuencia de las oscilaciones libres del circuito secundario, y la longitud del alambre del devanado secundario desde tierra hasta el terminal se hace igual a un cuarto de la longitud de onda de las oscilaciones propagadas a lo largo de ella.
Siempre que casi toda la capacidad autoeléctrica del circuito secundario recaiga en el terminal, entonces es en el terminal donde se obtienen el antinodo (siempre la oscilación máxima) de la tensión y el nodo (siempre cero) de la corriente, y en el punto de conexión a tierra: el antinodo de la corriente y el nodo del voltaje.El receptor tiene un diseño similar al del transmisor, con la única diferencia de que su bobina principal es de múltiples vueltas, y la corta en la parte inferior es un secundario.
Al optimizar el circuito del receptor, Tesla llegó a la conclusión de que para su operación más eficiente, se debe corregir el voltaje del devanado secundario. Para esto, el científico desarrolló un rectificador mecánico, que permite no solo corregir el voltaje, sino también transferir energía a la carga solo en aquellos momentos en que el voltaje del devanado secundario del circuito receptor está cerca del valor de amplitud.