Nikola Tesla
Kes oli Nikola Tesla?
Nikola Tesla, sündinud 10. juulil 1856 Smiljanis, tollal Austria keisririigi osa (tänapäeval Horvaatia), oli visionäärist füüsik, leiutaja ja elektroinsener. Eelkõige on ta tuntud oma murranguliste panuste poolest elektrotehnika arengusse ning uurimuste poolest elektri ja magnetismi vallas.Sisukord
Joonis 1: Nikola Tesla 35-aastasena
Nikola Tesla töö pani aluse kaasaegsele vahelduvvoolu toitesüsteemile, mida kasutatakse tänapäeval kogu maailmas.
Tema leiutised, nagu vahelduvvoolugeneraator ja Tesla trafosseade, muutsid põhjalikult seda, kuidas elektrienergiat toodetakse ja edastatakse.
Need tehnoloogiad võimaldavad elektrit tõhusalt pikamaa-ülekandena edastada ning moodustavad tänapäevase elektrivõrgu aluse.
Magneteid ostjatele on eriti oluline Nikola Tesla töö valdkonnas elektromagnetism.
Ta eksperimenteeris magnetväljadega
ja avastas pöörlevad magnetväljad, mis on hädavajalikud vahelduvvoolumootorite arendamisel.
Need mootorid kasutavad elektromagnetismi põhimõtteid mehaanilise energia tootmiseks ning mängivad keskset rolli paljudes kaasaegsetes seadmetes.
Nikola Tesla oli ka juhtfiguur traadita side vallas ning püüdis teostada traadita energiaedastust.
Kuigi paljud tema ambitsioonikamad projektid, näiteks kuulus Wardenclyffe’i torn, millega ta soovis varustada merel olevaid laevu maismaalt elektrienergiaga, ei olnud lõpuks edukad, panid tema uurimused siiski aluse hilisematele arengutele traadita tehnoloogia vallas.
Tema mõju ulatub kaugele üle elektrotehnika piiride ja inspireerib tänaseni uuendajaid eri tehnika- ja teadusvaldkondades.
Tesla, keda nimetatakse sageli „meheks, kes leiutas tuleviku“, on endiselt võtmefiguur teaduse ja tehnika ajaloos ning inspiratsiooniallikas kõigile, keda huvitavad elektromagnetismi saladused ja selle rakendused.
Nikola Tesla oli visionäär, kelle leiutised ja ideed olid oma ajast kaugel ees.
Tema tööd mõjutavad mitte ainult elektrotehnikat, vaid ka raadiotehnikat, robootikat ja taastuvenergeetilisi tehnoloogiaid ning tema pärand elab edasi arvukates tehnoloogiates, mida ta on inspireerinud.
Nikola Tesla leiutised
Nikola Tesla jättis muljetavaldava leiutiste pärandi, millel on tänapäevani märkimisväärne mõju meie moodsale maailmale. Tema loovus ja uuendusmeelsus viisid mitme võtmetehnoloogia väljatöötamiseni, mida kasutatakse eri valdkondades. Tema tähtsaim leiutis on vahelduvvoolusüsteem, mis hõlmab nii vahelduvvoolugeneraatorit kui ka vajalikke trafosid ja vahelduvvoolumootoreid. Tema silmapaistvaimate leiutiste hulka kuuluvad:Vahelduvvoolusüsteemid:
Nikola Tesla on võib-olla kõige tuntum oma töö poolest vahelduvvoolusüsteemide (inglise keeles alternating current, lühendatult AC) alal.
Nende hulka kuuluvad vahelduvvoolugeneraator, trafod ja vahelduvvoolumootor.
Need leiutised moodustasid tänapäevase elektrivõrgu ja elektrivarustuse aluse.
Elektri tõhus ülekandmine pikkade vahemaade taha muutus esimest korda võimalikuks.
Tesla mähis:
Üks Nikola Tesla tähelepanuväärsemaid leiutisi on Tesla mähis (vt joonis 2), kõrgsageduslik trafo, mis suudab tekitada väga kõrgeid pingeid.
Neid mähiseid kasutatakse tänapäeval eri valdkondades, muu hulgas raadiotehnikas ja meelelahutuselektroonikas.
Need demonstreerivad ka mõjuvalt juhtmevaba energiaülekande põhimõtteid.
Raadiosidetehnoloogia:
Tesla andis olulise panuse juhtmevaba sidetehnoloogia arengusse.
Tema katsed ja teooriad sillutasid teed raadio hilisemale väljatöötamisele.
Kuigi raadio leiutajana on tuntud Guglielmo Marconi, uuris just Nikola Tesla juhtmevaba signaali edastamise põhimõtteid.
Raadioteel juhitavad paadid:
Tesla katsetas juhtmevaba kaugjuhtimist ja demonstreeris seda raadioteel juhitava paadiga, mida peetakse üheks varaseimaks kaugjuhtimistehnoloogia näiteks.
See uuendus pani aluse kaasaegsele robootikale ja kaugjuhtimistehnikale.
Gravitatsioonivälja dünaamiline teooria:
Ehkki vähem tuntud, töötas Tesla välja ka oma gravitatsioonivälja teooria, mis erines Einsteini relatiivsusteooriast.
Nikola Tesla seisukohad selles valdkonnas jäid suuresti spekulatiivseks ning teadusühiskond ei võtnud neid laialdaselt omaks.
Taastuvenergia kontseptsioonid:
Tesla mõtiskles ka taastuvenergiaallikate üle ja katsetas päikese- ja tuuleenergia kasutamise kontseptsioone, mis rõhutab tema visiooni ja arusaamist tulevastest energiatehnoloogiatest.
Kaks erilist näidet: asünkroonmootor ja Tesla trafoseade
Induktsioonimootor
Nikola Tesla induktsioonimootori leiutis 19. sajandi lõpus oli elektrotehnika ajaloo eriti tähenduslik areng. Induktsioonimootor oli üks esimesi tõhusaid meetodeid elektrienergia muundamiseks mehaaniliseks energiaks.Induktsioonmootor koosneb statsionaarsest osast ehk staatorist ja pöörlevast osast ehk rootorist.
Stator tekitab pöörleva magnetvälja,
mida toidab vahelduvvool.
See magnetväli indutseerib rootoris voolu, mis tekitab elektromagnetilise induktsiooni printsiibil pöörlemise.
Tesla induktsioonimootor oli revolutsiooniline eelkõige seetõttu, et see ei vajanud harju ega otsest elektriühendust rootoriga, mis tegi selle varasematest mootoritüüpidest töökindlamaks ja madalama hooldusvajadusega.
See oli tööstusliku kasutuse jaoks eriti tähtis, sest mootor sai töötada karmimates tingimustes ja pikema aja vältel.
Induktsioonimootori kasutuselevõtt andis olulise tõuke vahelduvvoolusüsteemide levikule.
Selle tõhusus ja töökindlus muutsid selle ideaalseks paljudes rakendustes alates väikestest kodumasinatest kuni suurte tööstusmasinateni.
Tesla trafod
Õhus sidestatud Tesla trafo koosneb sekundaarvooluringina Tesla poolist, millel on torus kapatsitatiivse elemendina (vt joonis 2) ja mis on seotud suure mahtuvusega primaarvooluringiga ning sädemevahega. See seade on tuntud oma võime poolest tekitada väga kõrgeid pinged madalate voolude juures, mis võib viia muljet avaldavate visuaalsete efektideni, nagu pikad elektrisädemed (joonis 3).Tesla trafo põhialus on resonants.
Trafo koosneb tavaliselt kahest osast: primaar- ja sekundaarvooluringist.
Igaüks neist moodustab LC-võnkeahela (induktiivsus L ja mahtuvus C).
Joonis 2, vasakul: Tesla-trafo skeemiline põhimõte, milles väga väheste pööretega primaarmähis on ühendatud väga paljude pööretega sekundaarmähisega ning mähisel oleva kondensaatorina toimiva toriusega.
(Allikas: Biezl, Public domain, via Wikimedia Commons) Paremal: Tesla-trafo väljalõõgaste pika säriajaga foto.
(Allikas: kkiks_, CC BY 4.0,
Wikimedia Commonsi vahendusel, muutmata)
Esmane ahel
Esmane ahel sisaldab sädelahendit – seadet, mis kindla pinge saavutamisel tekitab sädeme ja seeläbi elektrilise läbilyögi. See sädelahend toimib omamoodi lülitina, mis sulgeb esmase ahela perioodiliselt (sädemete kestuse ajaks) ja katkestab selle seejärel taas. Lühikese sädelöögi hetke jooksul võngub esmane ahel oma omasagedusel (tüüpiliselt 50 – 500 kHz).Sekundaarahel
Sekundaarahel on konstrueeritud nii, et selle loomulik resonantssagedus vastaks võimalikult täpselt primaarahela omale. Õhusidumise teel kandub primaarahela võnkuv magnetväli üle sekundaarahelasse. Kui mõlema ahela sagedused ühtivad (resonantsjuht), edastatakse energia tõhusalt primaar- ja sekundaarahela vahel. Sekundaarahelas asub Tesla-spiraal erakordselt suure pöördeaegade arvuga. Seetõttu tekivad resonantsi korral sekundaarahelas ülimalt kõrged pinged. Need kõrged pinged võivad tekitada ümbritsevasse õhku elektrilahendusi, mis on nähtavad pikkade, tantsivate sädemetena (joonis 2 ja 3).
Joonis 3: Nikola Tesla oma laboris, pika säritusega foto töötava Tesla trafoga.
(Allikas: Fotograaf: Dickenson V.
Alley, taastanud Lošmi, avalik omand
läbi Wikimedia Commonsi, muutmata)
Magnetilise vootiheduse füüsikaline ühik tesla
füüsikaline ühik tesla (T)
on elektromagnetismis magnetilise vootiheduse B
mõõtühik.
Ühik on nimetatud Nikola Tesla auks, tunnustamaks tema panust elektromagnetismi
valdkonnas.
Üks tesla määratleb magnetvälja
tugevuse, mis läbib ühe ruutmeetri suuruse pindala \(A\)
magnetvooga
\(Φ\)
ühe weberi (Wb) ulatuses.
Formaalne väljendus: üks tesla on üks weber ruutmeetri kohta (1 T = 1 Wb/m²):
\(B = Φ/A\)
Füüsikaline ühik tesla
ei ole tähtis mitte ainult füüsikas, vaid ka tehnilistes rakendustes.
Seda kasutatakse magnetväljade tugevuse mõõtmiseks, nagu neid esineb meditsiinis magnetresonantstomograafides (MRT), teadusuuringutes osakeste kiirendites ja paljudes teistes elektromagnetseadmetes.
Üks tesla on suhteliselt suur ühik; igapäevaelus esinevaid magnetvälju, nagu Maa magnetväli, mõõdetakse tavaliselt mikroteslades (µT).
Võrdluseks: Maa magnetvälja tugevus on umbes 50 µT, samas kui meditsiinilised MRT-seadmed töötavad sageli 1,5–3 T vahemikus.
Väga tugevaid magnetvälju ei ole siiski lihtne tekitada.
Implodeeruvate poolide abil saab magnetilisi jõujooni
lühiajaliselt tugevalt tihendada.
Rekord saavutati 2018.
aastal massiivsest vaskmähisest implodeeruva erikonstruktsiooniga, mis andis mõneks millisekundiks 1200 teslat.
(Allikas: D.
Nakamura, A.
Ikeda, H.
Sawabe, Y.
H.
Matsuda ja S.
Takeyama, Review of Scientific Instruments 89, 095106 (2018); https://doi.org/10.1063/1.5044557).
Seda muljetavaldavam on, et suured neodüümi-püsimagnetid
(nagu neid on võimalik osta saidilt supermagnete.ee) saavutasid juba üle 1 tesla remanentsi
ja võivad hoida mitmesajas kilogrammis mõõdetavaid äratõmbamisjõude.
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Kogu kompendiumi sisu (tekstid, fotod, illustratsioonid jms) autoriõigus kuulub autorile Franz-Josef Schmittile. Teose ainuõigused kuuluvad Webcraft GmbH-le (kui supermagnete.ee haldajale). Ilma Webcraft GmbH-i selgesõnalise loata ei tohi sisu kopeerida ega muul viisil kasutada.
© 2008–2026 Webcraft GmbH
© 2008–2026 Webcraft GmbH
