Il sistema Wireless di Tesla 


Prima di tutto ... cos'è il "Sistema Wireless di Tesla"?
E' un metodo per trasfmettere energia a distanza in grande quantità e con rendimenti elevati. Probabilmente l'idea di base prevedeva la possibilità, per chiunque, di prendere un ricevitore adeuato, collocarlo in qualsiasi posto del mondo ed avere pronta l'energia elettrica di cui aveva bisogno. Detto così sembra una cosa fantascientifica (un po' come la pubblicità dell'enel dove un tizio fa tre buchi nella sabbia  e attacca la spina...), in realtà con questa pagina dimostrerò che è realmente realizabile.
ATTENZIONE: che sia realizzabile non vuol dire che si presti ad essere utilizzata correntemente e senza rischi!
Per dimostrare che non sto dicendo bischerate e che non sto semplicemente riproponendo le solite storie lette e rilette in giro per internet, pubblico una foto...

Ci sono tre bobine:

  • La bobina di mezzo è il trasmettitore
  • Le due bobine ai lati sono due ricevitori distinti. Ogni bobina alimenta una lampada a incandescenza da 75W (che poi sono quei "globi" luminosi che saturano la fotocamera...)
In questo esperimento, il TX è alimentato con 170W e sulle lampade dei ricevitori ho complessivamente 150W. Il rendimento complessivo (inteso come potenza ricavata ai ricevitori rapportata alla potenza assorbita dalla rete) sfiora un 88,2%, e questo senza alcuna regolazione nè di sintonia dei ricevitori nè di adattamento del carico...

Basta, cominciamo con le spiegazioni.

 I brevetti di Tesla
Tutti i brevetti di Tesla sono liberamente consultabili direttamente dal sito dell'ufficio brevetti degli Stati Uniti (www.uspto.gov) oppure anche tramite wikipedia. Ce ne sono parecchie decine, che spaziano dai generatori (e sistemi di regolazioni più o meno curiosi), ai motori, alle lampade (ad arco, a fluorescenza...), ai trasformatori (risonanti e non), ai sistemi di trasporto dell'eneria elettrica. In questa sede ci interessano soprattutto i tre brevetti seguenti:
C'è poi un documento estremamente interessante che si trova in giro con google e che riassume un po' tutto l'argomento. Non so quanto sia ufficiale, anche se dal sottotitolo sembra che sia scritto dallo stesso Tesla, ad ogni modo lo riporto poichè è davvero molto utile:
"The true wireless" è scritto con una marcata vena polemica nei confronti della teoria della propagazione di Hertz (che, con un po' troppo impeto, viene in qualche modo definita come una aberrazione della mente umana), e sinceramente è molto divertente leggerlo, tuttavia va preso con le dovute cautele perchè, a differenza dei brevetti, nessuno ne garantisce l'autentiticità, anche se tutto quello che contiene è perfettamente in linea con i brevetti e perfettamente sensato da un punto di vista strettamente fisico.

Invito tutti gli interessati a leggere questi documenti (che, fra l'altro, sono scritti in un inglese davvero molto facile). Non provo neppure a tradurli poichè correrei solo il rischio di inquinarli.

Il sistema wireless
Prima di tutto una precisazione: nel linguaggio (e nell'esperienza) di tutti i giorni associamo "wireless" con "senza conduttori". Tanto per fare un esempio, wireless è il radiocomando che apre il cancello, wireless è il router wlan, wireless è il telefono. E tutte queste cose, in effetti, funzionano senza che vi sia un vero e proprio conduttore che collega i vari apparecchi fra loro. Però, niente vieta di pensare a "wireless" come "senza fili" (ancora non ho detto niente di nuovo), e non è la stessa cosa: perchè ci porta diritti diritti al concetto di wireless secondo Tesla!

Tutto ha origine col brevetto n° 593138 (il primo della lista). In esso, Nikola Tesla propone un sistema di trasporto dell'energia elettrica decisamente innovativo per l'epoca: si tratta di innalzare il più possibile la tensione in modo da ridurne la corrente e poter usare conduttori di sezione più piccola (idea semplice quanto geniale, visto che viene usata anche oggi in tutti gli elettrodotti del mondo). Inoltre, poichè sta trattando un sistema monofase, propone anche di  sostituire uno dei conduttori con la terra. Infine, per innalzare la tensione suggerisce di utilizzare i suoi trasformatori risonanti in alta frequenza (che all'epoca erano decisamente il modo più semplice e veloce per disporre di enormi tensioni pur contenendo i problemi dell'isolamento).
In sostanza, Tesla proponeva un sistema di questo tipo:



Dove sta la "genialata"? Semplicemente nell'utilizzo della terra. Pensiamo un attimo: abbiamo un conduttore enorme, presente ovunque, contattabile con un semplice paletto e, soprattutto, gratis. Perchè non sfruttarlo?
ATTENZIONE: gli elettrodotti non usano la terra perchè lavorano con un sistema trifase (talvolta anche privo del neutro).

Per arrivare al wireless occorre un breve ragionamento:
  • riusciamo a trasmettere potenza con una corrente piccola quanto vogliamo (basta salire con la tensione, almeno in linea di principio)
  • in linea teorica, la corrente di cui abbiamo bisogno potrebbe anche essere ridotta quasi a zero
  • sempre in linea teorica possiamo usare la frequenza che più ci aggrada
  • al limite, potremmo anche sostituire il conduttore con un condensatore
E' quello che propone Tesla nei due brevetti n° 645576 e 649621 ... un sistema di questo tipo



I due elettrodi sferici sulla sommità dei trasformatori in alta frequenza costituiscono sia una capacità verso massa sia, cosa molto più importante, un vero e proprio condensatore che "collega" il circuito trasmettitore a quello ricevitore. Quanto vale questa capacità? Sicuramente dipende dalle dimensioni delle sfere, dalla distanza, dall'altezza dal suolo, ma in linea di principio il valore non ci interessa perchè, se anche fosse estremamente piccolo, sarebbe sufficiente innalzare la tensione e la frequenza per far sì che la corrente trasferibile tramite l'accoppiamento capacitivo sia sufficiente a far funzionare il carico.

Questo, signori, è il SISTEMA WIRELESS di TESLA. Wireless nel senso di "senza fili". Perfettamente funzionante e giustificabile con tutte le leggi della fisica oggi universalmnte accettate e riconosciute, e non tira in ballo le storie di fantafisica che si leggono in giro per la rete:
  • utilizza un meccanismo di conduzione. A differenza della radio di Marconi che sfrutta la propagazione delle onde elettromagnetiche. Proprio questo fatto è alla base della polemica con Hertz (che si legge in "The True Wireless") e delle affermazioni sulle presunta nefandezza della teoria della propagazione
  • grazie al meccanismo di conduzione può arrivare a trasferire potenze elevate con rendimenti elevati
  • rendimenti elevati ma sempre inferiori all'unità, questo sia chiaro. Da molte parti sul web si legge di presunti "overunity" e di energia che si crea da sola ... per carità lasciamo perdere.
Ma è davvero tutto qui? Si e no. In realtà, nei brevetti considerati si legge anche che Tesla suggerisce la possibilità di sfruttare gli strati alti dell'altmosfera (che sono conduttori perchè ionizzati dai raggi solari e dai cosmici) per stabilire un percorso conduttore che aumenti l'accoppiamento fra trasmettitore e ricevitore. Dal punto di vista di Nikola Tesla è "semplice" perchè è sufficiente realizzare tensioni estremamente elevate. Quanto "estremamente"? Non so dirlo, di certo, visto che la sua torre Wardencliffe era alimentata con diverse centinaia di kW ed aveva dimensioni abbastanza imponenti è probabile che lui abbia effettivamente ottenuto tensioni esagerate (dell'ordine dei MV). Inoltre, nei brevetti si legge che i suoi esperimenti sono stati condotti con bobine avvolte con 50 miglia di filo, pari a 80km, e che tale lunghezza doveva essere pari ad un quarto della lunghezza d'onda ... questo ci porta anche un'altra considerazione. Un trasmettitore di Tesla che lavori in questo modo produce nello spazio un'onda stazionaria che ha
  • massimo di tensione sull'elettrodo di alta tensione
  • massimo di corrente 80km più in là
Quindi in linea di principio non è sbagliato pensare che il trasmettitore di Tesla abbia effettivamente prodotto un'onda stazionaria che stabiliva un collegamento fra il trasmettitore stesso e la ionosfera (che guarda caso di trova ad un'altezza dell'ordine di 80km). A quel punto, in qualunque parte del mondo venisse piazzato, il ricevitore avrebbe stabilito il collegamento con la ionosfera ... un po' come attaccare la spina.

Tutto qui! Il sistema di Tesla ha una solida base scientifica e, prendendo con la dovuta cautela l'impiego della ionosfera è perfettamente giustificabile ed accettabile.
Inoltre, se almeno in un primo tempo lasciamo da parte la ionosfera e i suoi contributi, è possibile costruire un apparato sperimentale che ci consenta di verificare il funzionamento... è quello che ho fatto.

L'apparato sperimentale
E' costituito da
  • un trasmettitore composto da una bobina risonante a circa 200kHz caricata da una sfera del diametro di 200mm. La bobina è alimentata in configurazione "Magnifier" da un driver a pll. Non pubblico lo schema perchè in giro per la rete ce ne sono milioni.
  • uno o più ricevitori costituiti da una bobina e da una sfera identiche a quelle usate sul trasmettitore. La bobina alimenta una lampada a incandescenza da 75W a 220V
  • per il momento non ci sono regolazioni della frequenza di accordo dei ricevitori: sbagliatissimo visto che l'uguaglianza delle frequenze di risonanza è uno dei fattori chiave per il corretto funzionamento. Ma almeno in questa fase ho ritenuto di poterli trascurare
  • sempre per il momento non c'è alcun metodo per l'adattamento del carico: anche questo non è corretto, ma in questa fase verranno sempre e solo impiegate le lampade a incandescenza.
Il driver è alimentato tramite variac in modo da regolare la potenza irradiata.
Qui sotto: una foto dell'intero sistema:
  • La bobina al centro è il trasmettitore
  • Le due bobine ai lati (e in secondo piano) sono i ricevitori
  • Subito in primo piano si vede il driver a pll e, sopra, lo scatolotto del variac
  • La scatola grigia subito dietro il variac contiene il trasformatore di accoppiamento fra driver e bobina trasmettitore
  • La scatolina nera (con un pulsante) che si intravede davanti al driver è ... un comando a distanza
  • Il cavo nero che entra nel driver arriva da un'antennaa stilo che viene usata per prelevare il segnale di aggancio del pll



Qui sotto, un'altra vista del sistema:
  • sulla sinistra, vicino al termosifone, c'è l'antenna a stilo
  • La scatola grigia fra bobina trasmettitore e driver contiene il trasformatore di accoppiamento
  • Gli elettrodi sferici sono montati su isolatori in porcellana: è un vezzo puramente estetico
  • Le bobine sono ancora prive di una base
  • Alla base della bobina ricevitore di sinistra si vede la lampadina (220V-75W) usata come carico (ce n'è un'altra identica sulla bobina ricevitore di destra)
  • La distanza fra la bebobine è all'incirca di 1 metro (non potevo aumentarla, altrimenti le bobine iniziavano a subire la vicinanza con le pareti)




E poi, ancora una volta, la foto di apertura della pagina: il sistema è in funzione e accende a piena luce le lampade usate come carico



La foto seguente mostra che il driver, alimentato a 100V, assorbe piùo meno 1.8A



Le foto precedenti mostravano il sistema durante le prime prove condotte al chiuso. Con l'arrivo della bella stagione è giunto anche il momento di provare il sistema all'aperto. Pertanto:
  • Le bobine sono dotate di base di sostegno e sono collocate su una seggiola in modo da portarle a una sessantina di centimetri di altezza
  • La distanza fra la bobina trasmettitore e ciascun ricevitore è dell'ordine dei due metri e mezzo
  • Le due bobine ricevitore distano più o meno 5 metri



Particolare della bobina trasmettitore



Particolare di una delle bobine ricevitore



E prima di passare alle prove del funzionamento, un particolare del collegamento di terra: una barra di rame lunga un metro conficcata direttamente nel terreno e abbondantemente "innaffiata".



OK: fuoco alle polveri. La foto seguente dimostra che la lampada collegata al ricevitore è alimentata a 230V efficaci (il multimetro è un "true RMS" e ho verificato che funziona abbastanza bene anche ai 200kHz di lavoro del sistema)



Infine ... la potenza assorbita dal driver: più o meno 55V e 3A, quindi più o meno 165W, che, considerando 150W totali recuperati sulle lampade, mi danno un rendimento del 90%! Probabilmente è un valore un po' ottimistico, ma decisamente realistico.



Rispetto al funzionamento dentro casa il rendimento è chiaramente aumentato per vari motivi fra cui mi sento di citare i seguenti:
  • le bobine risentono molto meno della vicinanza della pareti, pertanto la frequenza di risonanza di ciascuna bobina è molto più simile e questo consente un migliore accoppiamento
  • complice la maggiore altezza da terra è ridotta anche la capacità delle bobine verso massa riducendo nel contempo la quota di energia che viene "buttata" direttamente a terra

Tutto questo dimostra chiaramente il funzionamento del sistema wireless di Tesla!

Al crescere della distanza si osserva che l'accoppiamento diminuisce e la potenza trasferita si riduce velocemente. Ho verificato che portando la distanza fra trasmettitore e ricevitore fin verso i 4m ... nel mio modello riesco ad accendere al massimo una lampada da 10W.

Inoltre c'è da stare attenti alle scariche a corona: è chiaro che abbiamo a che fare con tensioni molto elevate e di conseguenza le scariche a corona sono in agguato. Il sistema funziona bene e con ottimo rendimento fino a che le scariche a corona sono assenti. Di fatto, potendo regolare la potenza erogata dal driver con continuità si osserva che
  • c'è una certa soglia di potenza oltre la quale si innesca la scarica a corona sul trasmettitore
  • al di sotto di questa soglia, c'è una diretta proporzionalità fra la potenza erogata dal driver e quella recuperata ai carichi
  • oltre questa soglia, un aumento della potenza del driver comporta un aumento della lunghezza delle scariche a corona, ma la potenza recuperata sui carichi rimane pressochè invariata
Ci sarebbe molto altro da dire, ma per il momento mi fermo qui.
Davvero non scrivo altro?
Siamo sicuri?
No, che non siamo sicuri. E il pretesto mi è stato dato dalla puntata del 8 Marzo 2011 di Mistero (di Italia 1). Per comodità metto il link ad un filmatino scaricato da youtube e ti invito a guardarlo ... perchè dimostra come si possa parlare di questo argomento ... senza sapere di cosa si parla.
Mi spiego commentando direttamente alcune affermazioni del dott. Pizzuti:
  • Conduzione per mezzo della ionizzazione dell'aria. In realtà NON serve. Tesla cita la ionizzazione dell'aria solo come un mezzo per riuscire a contattatre la ionosfera. Ma il sistema, come ho spiegato in precedenza, funziona tramite l'accoppiamento capacitivo che si instaura fra i condensatori sferici montati sulla bobina TX e su quella RX.
  • Il WiTriCity è un esempio di trasmissione "alla Tesla". Assolutamente SBAGLIATO. Il WiTriCity sfrutta un accoppiamento induttivo di due circuiti risonanti. Può essere ispirato al sistema wireless di Tesla, ma è un metodo completamente diverso
  • Accensione del tubo al Neon: indica che siamo in presenza di un forte campo elettromagnetico, ma è solo una conseguenza del funzionamento della bobina trasmittente, fa scena, è divertente, ma non c'entra niente con la trasmissione di Tesla. Un tubo al neon si accende anche in prossimità di un comune trasmettitore radio di una certa potenza (ricordate i servizi di Striscia la Notizia su Radio Vaticana di ormai parecchi anni fa?).

Insomma, come diceva un saggio .... "Chi sa ... fa, chi non sa ... insegna ...".
Non me vogliano nè il dott. Pizzuti nè la redazione di Mistero.