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Il Grande Errore di Nikola Tesla?

Nikola Tesla ha sbagliato? Giammai! Cerchiamo di capire con attenzione cosa ha scovato questo ricercatore cercando il pelo nell’uovo su quanto questo stacanovista della scienza ha sviluppato……

…………si accettano scommesse!

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Staff Toba60

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Mentre sperimentavo una lunga e sottile bobina “secondaria” di una bobina di Tesla, improvvisamente ho collegato nella mia mente diverse cose che fino a quel momento erano state separate. Dopo anni di manipolazioni con le bobine di Tesla, ho finalmente capito cosa Tesla stava facendo con la trasmissione a filo singolo, con le bobine risonanti e con le onde longitudinali. Vedete se quanto segue non ha senso.

Figura .1

Se avvolgiamo una bobina di filo a singolo strato su un tubo di plastica molto lungo, otteniamo un risonatore di Tesla come nella Fig. 1 qui sopra. In sostanza, si tratta di una linea di trasmissione elettrica. Possiamo iniettare corrente alternata a un’estremità utilizzando una piccola bobina primaria avvolta intorno. Esaminate ora la Fig. 2. Abbiamo posizionato una seconda “bobina primaria” all’estremità della lunga bobina.

Questa seconda bobina funge da “bobina di ricezione” e raccoglierà l’energia che abbiamo iniettato nella “bobina di trasmissione” all’altra estremità. Poiché la nostra lunga e sottile bobina è in realtà un unico pezzo di filo, siamo riusciti a inviare energia elettrica lungo un unico filo. Non c’è alcun circuito elettrico coinvolto! Questo può funzionare solo perché la bobina lunga e sottile supporta onde elettromagnetiche che si muovono lentamente e il mare di elettroni all’interno del metallo di questa bobina si comporta come se fosse diventato comprimibile.

Ora mettiamo una sfera metallica su entrambe le estremità per evitare che la corona fuoriesca dalle punte dei fili penzolanti e abbiamo costruito un semplice sistema di alimentazione elettrica. Iniettiamo un po’ di corrente alternata ad alta frequenza nella prima “bobina primaria” e la stessa corrente alternata esce dalla seconda “bobina primaria” all’estremità opposta. Se scegliamo il valore corretto della resistenza di carico per la bobina “di ricezione”, tutta l’energia elettromagnetica che scorre lungo il lungo e sottile secondario sarà assorbita dalla bobina di ricezione senza riflettere.

Figura. 2 Una linea di trasmissione unifilare

Questa è la famigerata linea di trasmissione a filo singolo. Apparentemente utilizza onde longitudinali! Tuttavia, non c’è nulla di stravagante in questo, poiché obbedisce alla fisica convenzionale: i campi elettrici e magnetici che si propagano sono a 90 gradi l’uno rispetto all’altro. Lungo la bobina si muovono successivi globi di carica positiva e negativa, e questi globi/onde sono collegati tra loro attraverso i campi EM circostanti. I campi EM sono trasversali.

L’unica cosa che agisce come un’onda “longitudinale” è la densità di elettroni liberi nel filo. È una cosa assurda? No. Tutti i circuiti hanno onde longitudinali Tutti i circuiti hanno onde longitudinali nella loro densità di carica. Non c’è molta differenza rispetto a un cavo coassiale. In un normale cavo coassiale, gli elettroni del metallo si muovono come parte di un’onda di compressione, anche se i campi EM all’interno del dielettrico del cavo rimangono parte di un’onda trasversale.

Nei cavi convenzionali ci sono due conduttori e la tensione tra di essi forma la parte “E” dell’onda EM. Nel dispositivo a bobina monofilare di cui sopra, la tensione tra i noduli di carica netta in movimento distribuiti lungo la lunga e sottile bobina forma la parte “E” dell’onda. Il singolo filo agisce come un proprio “circuito”. Il movimento della carica netta è una corrente elettrica che crea la parte “M” dell’onda EM.

Interessante? Una linea di trasmissione a filo singolo! Non viola la regola che vieta le onde EM longitudinali. Tuttavia, viola la regola fondamentale relativa ai circuiti elettrici, in quanto qui non c’è alcun circuito. Le due estremità del sistema sono collegate da un unico filo. Le cariche all’interno della bobina fluiscono avanti e indietro, mentre l’energia elettrica scorre lungo la bobina dalla sorgente al carico.

Tuttavia, questo non è un caso unico. Una volta, molto tempo fa, mi sono imbattuto in un articolo su una linea di trasmissione a filo singolo. Non aveva nulla a che fare con Tesla; si trattava di un vecchio schema di trasmissione a microonde chiamato linea di trasmissione Goubau o “linea G”. L’articolo era contenuto in una vecchia copia della rivista QST (rivista per radioamatori) degli anni ’60 o ’70.

Si scopre che è possibile inviare segnali a microonde o UHF lungo un singolo filo, purché questo sia rivestito di un dielettrico. Per farlo, si parte da un normale cavo coassiale. Si toglie lo schermo da una sezione centrale, quindi si saldano un paio di grandi corna di rame a forma di cono che si attaccano allo schermo coassiale a entrambe le estremità del cavo coassiale. Il filo singolo con rivestimento dielettrico si estende tra le estremità del cavo coassiale. Più o meno così:

Nel diagramma precedente, il tratto di filo singolo tra i due coni cavi può essere lungo quanto si vuole, ma deve essere abbastanza diritto. Le parti a forma di cono devono avere una lunghezza d’onda circa (o era 1/2 lunghezza d’onda? Non ricordo esattamente). I coni metallici agiscono come “lanciatori di onde” o “catturatori di onde”. Quando le onde EM escono dal cavo coassiale, i coni permettono alle onde di diffondersi e di attaccarsi alla parte “linea G”. Sul filo “G-line” deve essere presente un rivestimento in plastica, altrimenti le onde non vi si agganciano e tendono a vagare nello spazio.

La plastica tende a rallentare le onde al di sotto di “c”, in modo che si pieghino leggermente verso l’interno del filo. Nell’articolo si osserva che è possibile inserire una curva nella linea G, purché sia una curva lunga e liscia di ampio raggio. Grazie al rivestimento in plastica, le onde seguiranno la curva. Se non ci fosse il rivestimento in plastica, le onde non seguirebbero la curva e andrebbero dritte nello spazio, mancando completamente il “cono di cattura”.

Ovviamente questo può funzionare solo con la corrente alternata. Non c’è un circuito elettrico, ma onde di “compressione di elettroni” che si propagano lungo un singolo filo. Vediamo brevemente l’analogo dei fluidi. L’analogia fluida di un circuito elettrico convenzionale è un anello chiuso di un tubo pieno d’acqua. Per inviare energia a una parte qualsiasi dell’anello, basta forzare l’acqua in una parte dell’anello a iniziare a scorrere, e di conseguenza anche tutta l’acqua dell’intero anello deve scorrere. Si comporta come una cinghia di trasmissione.

È possibile interrompere il circuito e utilizzare un sistema idraulico lineare? Possiamo inviare onde di compressione attraverso l'”acqua” elettrica nel “tubo” fatto di fili? Certo! Questo è ciò che fa la linea G. Se disponiamo di un tubo lungo con estremità chiuse, possiamo inviare “onde sonore” attraverso l'”acqua” del tubo, anche se non possiamo creare un flusso costante di corrente continua come nel circuito chiuso del tubo. Questi sistemi a filo singolo sono intrinsecamente sistemi in corrente alternata. Sono analoghi all’invio di energia sonora lungo un tubo pieno di fluido.

Poiché nella linea G c’è un solo conduttore, la parte “E” dell’onda EM deve estendersi tra i successivi grumi di carica netta che si propagano lungo il filo. La “tensione” sulla linea di trasmissione si estende verso l’esterno come flusso di campo elettromagnetico radiale, ma anziché collegarsi con uno schermo coassiale come in un normale cavo, si curva e si collega con le linee di flusso opposte che si estendono da un altro punto del filo. La componente “M” dell’onda si comporta come il campo magnetico intorno a un normale filo: come cerchi che circondano il filo. L’energia scorre longitudinalmente lungo il filo, come viene comunemente mostrato dal vettore di Poynting (E x B).

Quindi, abbiamo una linea di trasmissione a un filo basata su un’onda EM trasversale nello spazio e su onde di densità di elettroni all’interno del filo. All’interno della superficie metallica di quel singolo filo, gli elettroni si muovono avanti e indietro mentre l’onda EM si propaga all’esterno alla velocità della luce. È come se le onde sonore si muovessero sul filo di un telefono di latta, ma gli elettroni prendono il posto delle fibre di cellulosa e le onde sonore sono sostituite da onde EM trasversali. Ma nel caso della “linea G”, l’energia viene immagazzinata nei campi EM collegati agli elettroni, invece di essere immagazzinata nell’energia cinetica e potenziale della corda.

Che rapporto c’è con Tesla? Beh, una volta che abbiamo la capacità di inviare energia lungo un singolo filo, dovremmo anche avere la capacità di inviare energia lungo qualsiasi conduttore, a patto che quel conduttore abbia un rivestimento dielettrico. Come in questo caso:

fig. 6     “G-line” with large conductive lump

Qualsiasi grosso pezzo metallico potrebbe essere messo in serie con la “linea G”. Sì, potrebbero esserci riflessioni d’onda nel punto in cui il filo sottile si collega al grosso pezzo di metallo. Ma non è questo il punto. Con la configurazione di cui sopra, possiamo inviare onde lungo la superficie di un oggetto conduttivo, mentre all’interno dell’oggetto stesso il “mare di elettroni” vibra longitudinalmente. Hmmm. Dove l’ho già sentito dire? Lo so. Il “Sistema Mondiale” di Nikola Tesla, che intendeva trasmettere energia elettrica utilizzabile a qualsiasi ricevitore in qualsiasi punto della Terra.

“Mi è stato spesso detto che il mio risultato più importante nell’invenzione è stata la dimostrazione della praticabilità della trasmissione di energia su un filo; perché, una volta che siamo in grado di trasmettere energia su un filo, possiamo usare anche la terra, perché la terra è equivalente a un grande conduttore” – N. Tesla 1916

Nel diagramma qui sopra, supponiamo che il “pezzo di conduttore” sia l’intero pianeta Terra! Supponiamo che i lanciatori “a forma di cono” siano sostituiti da una sfera elevata che fornisce una capacità di riferimento di “terra virtuale”. Supponiamo che la frequenza delle onde sia inferiore alla banda UHF? L’intera Terra si comporterà allora come un sistema di trasmissione a filo singolo “linea G”.

Nei suoi scritti, Tesla era convinto che i suoi dispositivi non utilizzassero la stessa fisica delle onde hertziane. Aveva ragione… e torto. Quando l’energia a radiofrequenza si propaga nello spazio vuoto, le componenti E e M sono trasversali e le onde si propagano a 90 gradi rispetto a entrambe. Tuttavia, quando l’energia EM viene inviata lungo un cavo, sono coinvolti anche gli elettroni: il mare di elettroni all’interno dei fili metallici. Gli elettroni si muovono avanti e indietro nel cavo mentre le onde EM scorrono all’esterno delle superfici metalliche. Perché è importante? Perché la fisica di una linea di trasmissione è la fisica del “campo vicino” di una bobina o di un condensatore, non la fisica delle onde “hertziane” che si propagano liberamente.

Quando Tesla inviava energia intorno alla Terra, la trattava come un cavo elettrico. Le sue onde erano accoppiate alle cariche presenti sulla superficie della Terra. Non trasmetteva onde radio pure, anche se la frequenza dell’energia delle onde poteva essere la stessa di una normale onda radio. Utilizzava invece un sistema di trasmissione a un solo filo, in cui la Terra conduttiva fungeva da filo. La tecnologia di Tesla utilizzava gli effetti di “campo vicino” di bobine, condensatori e linee di trasmissione, non le antenne a dipolo utilizzate dalle onde hertziane, e in questo senso le sue onde erano “non hertziane”.

Figura. 8 La terra funge da linea di trasmissione
fig. 9     Charges vibrate, while energy flows sideways

Ma aspettate un attimo. Questa roba può funzionare solo se c’è una sostanza dielettrica che ricopre la Terra. Senza questo rivestimento, le onde non rallentano e non si piegano per seguire la curva della Terra, ma volano via nello spazio. L’atmosfera fornisce questo rivestimento e anche la terra resistiva aiuta a rallentare le onde in modo che si pieghino per seguire la superficie. E ancora meglio, c’è una ionosfera conduttiva che agisce come lo “schermo” di un cavo coassiale e costringe le onde a girare intorno alla Terra.

Tesla utilizzava il suolo come linea di trasmissione. Aveva ragione quando insisteva sul fatto che stava producendo onde longitudinali nel “mezzo naturale”. Aveva ragione quando diceva che la terra non era solo un riferimento di tensione. In questo caso il “mezzo naturale” è la popolazione di ioni mobili nella terra e negli oceani, che fanno sì che la Terra agisca come un conduttore. Egli stava convertendo la superficie terrestre in un conduttore “linea G”. Qualsiasi dispositivo elettrico poteva intercettare una parte di quell’energia, purché fosse collegato al suolo e a un oggetto metallico elevato.

Qual è stato il grande errore di Tesla? Inizialmente non si rese conto che l’atmosfera terrestre era di fondamentale importanza per il funzionamento del suo sistema. Se la Terra si fosse comportata come una palla di metallo perfettamente conduttrice sospesa nel vuoto, il sistema di Tesla non avrebbe funzionato. Le onde avrebbero viaggiato lungo il suolo e poi sarebbero state sparate direttamente nello spazio. Il suo sistema sarebbe stato come una “linea G” con una curva a gomito nel mezzo: a parte un po’ di diffrazione, le onde si rifiutano di seguire la curva e invece escono dal cavo e si perdono.

Grazie all’effetto “dielettrico” dell’atmosfera e alla presenza di una ionosfera conduttiva, il sistema di Tesla era realizzabile. Tuttavia, qualsiasi scienziato dell’epoca avrebbe visto “correttamente” che il sistema di Tesla violava totalmente la teoria nota. Se Tesla fosse partito dalla teoria nota, non avrebbe mai seguito la strada che ha intrapreso. Tesla partì in realtà da osservazioni empiriche sul fatto che la Terra risuonava elettromagneticamente come una campana colpita. L’atmosfera e la ionosfera lo rendevano tale, ma Tesla sapeva solo che funzionava e non sapeva perché, almeno all’inizio.

L’altro grande errore di Tesla fu quello di pensare che il suo sistema di trasmissione senza fili non avesse nulla a che fare con le onde “hertziane”. In realtà, le onde in una linea di trasmissione coassiale non sono molto diverse dalle onde che si propagano da qualsiasi antenna a dipolo collegata all’estremità della linea di trasmissione. Che sia regolato da equazioni di “campo vicino” o di “campo lontano”, l’elettromagnetismo è elettromagnetismo.

L’errore di Tesla non era poi così grande. Soprattutto non è stato un grande errore se paragonato a quello di quegli scienziati contemporanei che erano assolutamente certi che la Terra non avesse frequenze di risonanza, che sapevano che le onde radio non avrebbero viaggiato intorno alla curva della Terra e che liquidarono il sistema di trasmissione wireless di Tesla come un’assurdità, come una violazione irrealizzabile della fisica conosciuta. Quando negli anni Cinquanta fu riscoperta la risonanza terrestre VLF “Schumann”, nessuno nelle scienze convenzionali osò affrontare l’imbarazzo di ammettere che Tesla aveva sempre avuto ragione.

Tesla è per lo più un eroe tra i non scienziati “underground”, mentre nei circoli convenzionali viene ancora ridicolizzato per aver cercato di distribuire l’energia elettrica senza l’uso di cavi, o meglio, facendola passare attraverso il terreno.

Tutti sanno (ancora) che questo è impossibile, anche in teoria.

Sì, è vero.

William Beaty

Fonte: amasci.com

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