«Лампы в руке мистера Тесла были похожи на огненный меч ангела справедливости», — написала после его лекции одна из нью-йоркских газет. «Мистер Тесла демонстрирует чудеса света», — вторила ей другая. «Лекция мистера Тесла долго будет жить в памяти каждого человека, который его слышал, открыв многим из них впервые, по-видимому, безграничные возможности применения и управления электричеством», — подчеркивал профессиональный журнал «Электрикал ревью».
Как раз на волне этой популярности, 30 июля 1891 года, Тесла стал гражданином США. Американское гражданство он ценил высоко и свидетельство о его присвоении повесил в своем кабинете на почетном месте. Он менял кабинеты и офисы, но свидетельство неизменно висело у него перед глазами.
Тем временем слухи о каких-то невероятных экспериментах Теслы росли как грибы после дождя. Говорили, что эти беспроводные лампы горели у него в лаборатории день и ночь, а сам Тесла время от времени пропускал через себя ток с напряжением в 10 тысяч вольт. Вокруг него образовывалось голубоватое сияние, а он сам оставался полностью спокойным и лишь улыбался. В свете «войны токов» и дискуссии об «ужасном убийце — переменном токе» эти разговоры возбуждали еще больший интерес к загадочному изобретателю.
И во многом эти слухи были чистейшей правдой.
После ухода от Вестингауза и открытия своей новой лаборатории Тесла занимался не только лампами новой конструкции, которые так удивили посетителей его лекции в Колумбийском университете. Много времени он уделял изучению свойств токов высокой частоты. Именно его работы в этой области во многом и положили начало такому явлению, как всемирная «тесламания», когда изобретателя начали награждать эпитетами вроде «повелителя молний», «волшебника электричества», «таинственного гения из Хорватии» и т. д.
Как мы помним, электродвигатель Теслы, благодаря которому началась его слава, работал на низкой частоте в 50 герц — из-за этого у него и возникли трудности с компанией Вестингауза. Но теперь Тесла решил попробовать увеличить частоту тока во много раз. Он собрал генератор, вырабатывавший ток частотой сначала 5 тысяч, а потом и 10 тысяч герц. Но и на этом он не остановился.
Для создания токов высокой частоты и высокого напряжения Тесла решил воспользоваться известным свойством резонанса, то есть явлением резкого возрастания амплитуды собственных колебаний какой-либо системы (механической или электрической) при наложении на них внешних колебаний с той же частотой. В первых своих установках — потом они получили название «резонансный трансформатор Теслы» или «катушка Теслы» — он получал ток частотой в 50 тысяч герц. Позже частоту удалось довести до 200 тысяч герц.
Для тех, кого более подробно интересует принцип действия его трансформатора, приведем цитату из книги биографа Теслы и электротехника Бориса Ржонсницкого: «Действие резонансного трансформатора основано на настройке в резонанс его первичного и вторичного контуров. Первичный контур, содержащий как конденсатор, так и индукционную катушку, позволяет получить переменные токи весьма высокого напряжения с частотами в несколько миллионов периодов в секунду. Искра между шариками разрядника вызывает быстрые изменения магнитного поля вокруг первичной катушки вибратора. Эти изменения магнитного поля вызывают возникновение соответствующего высокого напряжения в обмотке вторичной катушки, состоящей из большого числа витков тонкой проволоки, причем частота переменного тока в ней соответственно количеству искровых разрядов достигает нескольких миллионов перемен в секунду.
Наибольшей величины частота достигает в момент, когда периоды первичной и вторичной цепи совпадают, то есть когда наблюдается явление резонанса в этих цепях.
Тесла разработал очень простые методы автоматической зарядки конденсатора от источника тока низкого напряжения и разрядки его через трансформатор с воздушным сердечником. Теоретические расчеты изобретателя показали, что даже при самых незначительных величинах емкости и индукции в созданном им резонансном трансформаторе при соответствующей настройке можно получить путем резонанса весьма высокие напряжения и частоты».
Кстати, попутно Тесла сделал еще одно открытие, которым пользуются до сих пор. Для изоляции катушек сверхвысокой частоты он предложил помещать их в парафиновое, льняное или минеральное масло. Сейчас это масло называют «трансформаторным».
Итак, Тесла научился получать токи высокой частоты. Но возникал резонный вопрос: а зачем они вообще нужны? Тесла, конечно, не мог его проигнорировать. Но сначала он решил подробнее изучить свойства этого тока и его влияние на человеческий организм.
К тому времени уже было хорошо известно, что для человека опасен постоянный ток с напряжением от 120 вольт и выше. Что касается переменного тока, то сейчас, например, любой школьник младших классов знает, что пальцы в розетку совать нельзя — 220 вольт могут и убить. Но в бытовых электросетях используется ток низкой частоты — как правило, 50 герц.
С другой стороны, человек совершенно свободно переносит свет. А ведь свет — это электромагнитные волны очень высокой частоты. Может быть, и переменный ток очень высокой частоты так же будет хорошо переноситься человеком?
Тесла ставил эксперименты на самом себе. Сначала пропускал ток только через пальцы одной руки и обнаружил, что его действие на организм складывается из нагрева и возбуждения нервных клеток. Затем он стал увеличивать напряжение и частоту тока, пропуская его уже через обе руки. Надо сказать, что Тесла сильно рисковал — возможностей человеческого организма он все-таки не знал. Но все обошлось. Он убедился, что при частоте более 700 герц ток никаких болезненных ощущений не вызывает — организм на него почти не реагирует. Точно так же, как слух человека не реагирует на колебания свыше двадцати тысяч герц, а глаз — на колебания за пределами видимых цветов спектра.
Как говорил Тесла, в некоторых экспериментах он пропускал через себя ток напряжением в миллион вольт и частотой в 100 тысяч герц. Во время этих опытов ему и пришла в голову мысль об одном из способов практического применения своего открытия.
Считается, что дело было так. Однажды он увидел, как с окрашенного медного диска, случайно оказавшегося вблизи генератора, мгновенно испарилась краска. То же произошло и с рукой самого Теслы, когда он измазал ее типографской краской. Он решил применить этот эффект в медицинских целях, и это тоже принесло определенный успех: токи высокой частоты очищали кожу, а Тесла был уверен, что они убивают и ненавистных ему микробов. Вероятно, с тех пор у него и вошло в привычку регулярно принимать «электрические ванны». Потом он еще долго занимался разработкой и продажей аппаратов для электротерапии, и ее сеансы одно время пользовались большой популярностью в американских «светских кругах». Некоторые ее методы применяются и сегодня.
Но, конечно, электротерапия стала одним из «побочных» изобретений Теслы в процессе его работы с током высокой частоты. Главные же его интересы лежали немного в другой области.
В 1890 году Тесла получил свой первый патент в области применения высокочастотного тока. Он назывался «Способ эксплуатации дуговых ламп». В патенте описывался разработанный для их эксплуатации генератор, вырабатывающий ток с частотой пять тысяч герц. Тесла продолжил работы с осветительными приборами и вскоре уже мог демонстрировать те самые «самосветящиеся» лампы без нити накаливания.
