Sistema sem fio mundial de Nikola Tesla

Em junho de 1899, um cientista de origem sérvia, Nikola Tesla, inicia trabalhos experimentais em seu laboratório em Colorado Springs (EUA). O objetivo de Tesla na época era um estudo prático da possibilidade de transmissão de energia elétrica através do ambiente natural.

O laboratório de Tesla está erguido em um enorme planalto, que fica a uma altitude de dois mil metros acima do nível do mar, e a área por centenas de quilômetros ao redor é conhecida por tempestades bastante frequentes com raios muito brilhantes.

Tesla disse que, com a ajuda de um dispositivo bem ajustado, ele foi capaz de detectar relâmpagos ocorrendo a uma distância de setecentos ou oitocentos quilômetros de seu laboratório. Às vezes, ele esperava quase uma hora pelo som do trovão da próxima descarga elétrica, enquanto seu dispositivo determinava com precisão a distância de onde a descarga havia ocorrido, bem como o tempo após o qual o som chegaria ao seu laboratório.

Querendo estudar as vibrações elétricas no globo, o cientista instalou o transformador receptor de forma que seu enrolamento primário fosse aterrado com um de seus terminais, enquanto seu segundo terminal fosse conectado a um terminal de ar condutor, cuja altura podia ser ajustada.

O enrolamento secundário do transformador é conectado a um dispositivo auto-regulador sensível. As oscilações no enrolamento primário causaram o aparecimento de pulsos de corrente no enrolamento secundário, que por sua vez operava o registrador.

Um dia, Tesla observou relâmpagos de uma tempestade em um raio de menos de 50 quilômetros de seu laboratório e, com a ajuda de seu dispositivo, conseguiu registrar cerca de 12.000 descargas elétricas em apenas duas horas!

Durante as observações, o cientista ficou inicialmente surpreso com o fato de que raios mais longe de seu laboratório geralmente tinham um impacto mais forte em seu dispositivo de gravação do que aqueles que caíam mais perto. Tesla estabeleceu inequivocamente que a diferença na força das descargas não era a causa das diferenças. Mas e então?

No dia 3 de julho, Tesla fez sua descoberta. Observando uma tempestade naquele dia, o cientista notou que as nuvens de tempestade correndo em alta velocidade de seu laboratório geravam raios quase regulares (recorrendo em intervalos quase regulares). Ele começou a assistir seu gravador.

À medida que a tempestade se afastava do laboratório, os pulsos de corrente no transformador receptor inicialmente enfraqueceram, mas depois aumentaram novamente, um pico veio, depois passou e foi substituído por uma diminuição na intensidade, mas então um pico veio novamente, depois uma diminuição novamente .

Ele observou esse padrão distinto mesmo quando a tempestade já havia se movido a cerca de 300 quilômetros de seu laboratório, a intensidade das perturbações resultantes permaneceu bastante significativa.

O cientista não teve dúvidas de que eram ondas se espalhando dos locais onde o raio atingiu o solo, como se ao longo de um fio comum, e observou suas cristas e depressões nos exatos momentos em que o local da bobina receptora os atingiu.

Tesla então começou a construir um dispositivo que geraria ondas semelhantes. Tinha que ser um circuito com indutância muito alta e a menor resistência possível.

Um transmissor deste tipo pode transmitir energia (e informação), mas essencialmente não da mesma forma que é implementado nos dispositivos Hertz, ou seja, não através de radiação eletromagnética… Supõe-se que sejam ondas estacionárias se propagando ao longo da Terra como um condutor e através de uma atmosfera eletricamente condutora.

Conforme concebido pelo cientista, a frequência em seu sistema de transferência de energia deve ser reduzida de forma a minimizar a emissão (!) de energia na forma ondas eletromagnéticas.

Então, se as condições para ressonância forem atendidas, o circuito será capaz de acumular a energia elétrica de muitos pulsos primários como um pêndulo. E o efeito nas estações receptoras sintonizadas em ressonância seriam oscilações harmônicas, cuja intensidade poderia, em princípio, exceder em magnitude os fenômenos de eletricidade natural que Tesla observou durante tempestades no Colorado.

Com essa transmissão, o cientista assume que usará as propriedades de condução do meio natural, ao contrário do método de Hertz com radiação, onde muita energia é simplesmente dissipada e apenas uma fração muito pequena da energia transmitida chega ao receptor.

Se você sincronizar o receptor de Tesla com seu transmissor, a energia pode ser obtida com uma eficiência de até 99,5% (Nikola Tesla, artigos, p. 356), como se transferindo corrente através de um fio de baixa resistência, embora na prática a transferência a energia é obtida sem fio. A Terra atua como o único condutor em tal sistema. A tecnologia, acredita Tesla, possibilita a construção de um sistema mundial de transmissão sem fio de energia elétrica.

A analogia que Tesla deu contrastando seu sistema com o sistema Hertziano em termos da eficiência da transmissão de energia (ou informação) é esta.

Imagine que o planeta Terra é uma bola de borracha cheia de água. O transmissor é uma bomba alternativa operando em algum ponto da superfície da bola – a água é retirada da bola e retorna a ela em uma certa frequência, mas o período deve ser longo o suficiente para que a bola como um todo se expanda e contraia em aquela frequência.

Em seguida, os sensores de pressão na superfície da bola (receptores) serão informados dos movimentos, independentemente de quão longe da bomba estejam localizados e com a mesma intensidade.Se a frequência for um pouco mais alta, mas não muito alta, as oscilações serão refletidas do lado oposto da bola e formarão nós e antinós, enquanto se o trabalho for feito em um dos receptores, a energia será consumida, mas sua a transmissão se mostrará muito econômica…

No sistema hertziano, se continuarmos a analogia, a bomba gira com uma frequência enorme, e a abertura por onde a água é introduzida e devolvida é muito pequena. Uma parte colossal da energia é gasta na forma de ondas de calor infravermelhas e uma pequena parte da energia é transferida para a bola, de modo que os receptores podem fazer muito pouco trabalho.

Na prática, a Tesla propõe alcançar condições ressonantes no sistema sem fio mundial da seguinte maneira. O transmissor e o receptor são bobinas multivoltas aterradas verticalmente com alta condutividade de superfície nos terminais conectados aos condutores superiores.

O transmissor é alimentado por um enrolamento primário, que contém significativamente menos voltas do que o secundário, e está em forte conexão indutiva com a parte inferior de uma bobina secundária multivoltas aterrada.

A corrente alternada no enrolamento primário é obtida com a ajuda de um capacitor. O capacitor é carregado pela fonte e descarregado através do enrolamento primário do transmissor. A frequência de oscilação do circuito oscilante primário assim formado é igual à frequência de oscilações livres do circuito secundário, e o comprimento do fio do enrolamento secundário do solo ao terminal é igual a um quarto do comprimento de onda das oscilações propagadas ao longo dele.

Desde que quase toda a capacidade autoelétrica do circuito secundário caia no terminal, é no terminal que o antinó (sempre o balanço máximo) da tensão e o nó (sempre zero) da corrente são obtidos, e no ponto de aterramento - o antinó da corrente e o nó da tensão. O receptor tem um design semelhante ao transmissor, com a única diferença de que sua bobina principal é multivolta, e o curto na parte inferior é um secundário.

Otimizando o circuito receptor, Tesla chegou à conclusão de que, para sua operação mais eficiente, a tensão do enrolamento secundário deve ser corrigida. Para isso, o cientista desenvolveu um retificador mecânico, que permite não só corrigir a tensão, mas também transferir energia para a carga apenas nos momentos em que a tensão do enrolamento secundário do circuito receptor está próxima do valor da amplitude.