Patentes de Tesla. Transmisión de energía sin cables.

El gran científico, de origen croata y nacionalizado norteamericano, Nikola Tesla patentó varios de sus desarrollos con bobinas, tales como las patentes del System of Transmission of Electrical Energy (patente US0645576, 20-03-1900) y el Apparatus for Transmission of Electrical Energy (patente US0649621), en las cuales describió nuevas y útiles combinaciones empleadas en bobinas transformadoras, preparadas y excitadas para provocar corrientes u oscilaciones que se propagaran por conducción a través del medio natural de un punto a otro punto remoto, y bobinas receptoras de las señales transmitidas. Estas bobinas permitían producir corrientes de muy alto potencial. 

Más tarde patentaría el Method of Signaling (patente US0723188, 17-03-1903) y el System of Signaling (patente US0725605, 14-04-1903) para bobinas con una elevada capacitancia transmisiva con un electrodo a Tierra, así como el Apparatus for Transmitting Electrical Energy (patente US1119732, del 18-01-1902), un transformador resonante auto-regenerativo de alto voltaje con núcleo de aire que genera un alto voltaje a alta frecuencia. Este último diseño del año 1902 es ya un diseño mucho más parecido a los diseños de las actuales bobinas Tesla que funcionan a chispa.

Transmisor y receptor de energía eléctrica de Tesla, de su patente US645576 de 20 de marzo del año 1900.

Como se puede apreciar, en estos diagramas se refleja el uso de arrollamientos espirales planos, donde el arrollamiento A (A') es el secundario de gran diámetro de muchas espiras de hilo fino, y C (C') es el arrollamiento primario, de muy pocas espiras e hilo mucho más grueso, rodeando al arrollamiento A cerca de la periferia de éste. En el transmisor (izquierda), G representa al generador adecuado de corrientes de alta frecuencia. El arrollamiento secundario A se conecta por un extremo a tierra, y el otro extremo (el centro de la espiral) se lleva, a través del conductor B, a un terminal D, de gran superficie y elevado (como puede ser un globo metalizado) a efectos de una mejor tansmisión de la energía hacia los equipos receptores. 

El receptor (derecha) captaría la energía transmitida por el transmisor por las corrientes inducidas en el terminal D', y se inducirían del secundario A' al primario C', reduciendo su tensión, pero aumentando el valor de la corriente eléctrica proporcionada, la cual se emplearía para encender lámparas L, mover motores M, o para ser empleada por otros dispositivos eléctricos.

Bobina de Tesla

Transmisión de energía eléctrica por medios naturales.

No. 787,412.
Patentado 18 de abril 1905.
Oficina de patentes de Estados Unidos.

NIKOLA TESLA, de Nueva York. Nevada

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DE MEDIOS NATURALES,

ESPECIFICACIONES de Patente N º 787412, del 18 de abril de 1905.

Solicitud presentada 16 de mayo 1900, Renovada 17 de junio 1902. Nº serie 112.034,

Hago saber que yo, Nikola Tesla, ciudadano de los Estados Unidos, con domicilio en el barrio de Manhattan, en la ciudad, condado y Estado de Nueva York, he descubierto una nueva y útil mejora en el sistema de la transmisión de energía eléctrica, a través de los medios naturales, de la cual adjunto las siguientes especificaciones.

Se sabe, desde hace mucho tiempo, que las corrientes eléctricas pueden ser propagadas a través de la tierra, y este conocimiento ha sido utilizado de muchas maneras en la transmisión de señales y en la creación de una variedad de dispositivos de recepción alejados de la fuente de energía, principalmente con el objeto de suministrar energía sin hilos. 

También se sabe que las perturbaciones eléctricas pueden ser transmitidas a través del suelo por la conexión a tierra de uno sólo de los polos de la fuente, y para ello he hecho uso de sistemas que he diseñado con el fin de transmitir a través de los medios naturales señales inteligibles, o de potencia, pero todos los experimentos y las observaciones hechas hasta ahora han tendido a confirmar la opinión mantenida por la mayoría de los científicos de que la Tierra, debido a su inmensa extensión, aunque posee propiedades conductoras, no se comporta de la manera de un conductor de dimensiones limitadas con respecto a las perturbaciones producidas, sino que, por el contrario […] 

[…] he descubierto que a pesar de sus vastas dimensiones y en contra de todas las observaciones hechas hasta ahora el globo terrestre puede, en gran parte o en su totalidad, comportarse como un conductor de tamaño limitado, este hecho está demostrado por fenómenos nuevos, que me adelante se describirán. 

En el curso de ciertas investigaciones que realicé con el propósito de estudiar los efectos de descargas de rayos de tormentas eléctricas en la tierra observé que los instrumentos receptores de alta sensibilidad dispuestos para detectar los disturbios eléctricos producidos por las descargas, en algunas ocasiones no respondieron, cuando deberían haberlo hecho, y después de preguntarme sobre las causas de este comportamiento inesperado descubrí que es debido a la naturaleza de las ondas eléctricas que se producen en la tierra por las descargas de rayos crean nodos separados por regiones a distancias definidas que afectan a la fuente de los disturbios. De los datos obtenidos en un gran número de observaciones de los máximos y mínimos de estas ondas he descubierto que su longitud puede variar aproximadamente entre veinticinco y setenta kilómetros, y estos resultados y ciertas deducciones teóricas, me llevan a la conclusión de que las ondas de este tipo se puede propagar en todas las direcciones sobre el globo y que puede ser aún más ampliamente de diferentes longitudes, con límites extremos impuestos por las dimensiones físicas y las propiedades de la tierra.  

Reconociendo la existencia de estas ondas y la inconfundible evidencia de que las perturbaciones creadas en el origen se registraban hasta en lugares parte remotas del planeta, concebí la idea de producir este tipo de ondas en la tierra por medios artificiales con el objeto de utilizarlos para muchos propósitos útiles. 

Este problema se hizo extremadamente difícil debido a las inmensas dimensiones del planeta, y a las enormes tasas de electricidad que tenían que utilizarse para intentar aproximarse, a penas, a las tasas que son manifiestamente alcanzadas por las fuerzas de la naturaleza, en principio parecía irrealizable por medios humanos, pero mediante mejoras graduales y continuas en el generador de oscilaciones eléctricas, que yo he descrito en mis patentes Nos. 645.576 y 649.621, finalmente logré producir dichas corrientes eléctricas sin necesitar de altos consumos de energía eléctrica, como se muestra en muchas pruebas comparativas y mediciones, que muestran que en realidad superan las de las descargas de rayos, por medio de este aparato he encontrado que es posible reproducir siempre que se desee fenómenos en la tierra la misma o similar a las debidas a tales descargas. Con el conocimiento de los fenómenos descubiertos por mí y los medios de comando para lograr estos resultados estoy capacitado no sólo para llevar a cabo muchas operaciones por el uso de instrumentos conocidos, sino también para ofrecer una solución a muchos de los problemas importantes relacionados con el manejo o el control de dispositivos remotos que, a falta de este conocimiento y de la ausencia de estos medios, hasta ahora han sido totalmente imposibles. 

Por ejemplo, mediante el uso de un generador de ondas estacionarias y aparato de recepción correctamente colocado y ajustado en cualquier localidad, por remota que sea, es posible transmitir señales inteligibles, para controlar o para accionar a voluntad uno cualquiera o la totalidad de tales aparatos para muchos propósitos importantes y valiosos, como para indicar donde se desee la hora correcta de un observatorio, o para determinar la posición relativa de un cuerpo o distancia del mismo con referencia a un punto dado, o para determinar el curso de un objeto en movimiento, tal como un buque en el mar, la distancia recorrida por el mismo o su velocidad, o para la producción de otros muchos efectos útiles a distancia… 

[…] La figura 1 representa esquemáticamente el generador que produce ondas estacionarias en la tierra, y la figura 2 un aparato situado en una localidad remota que registra los efectos de estas ondas. 

La fig. 1A designa una bobina primaria que forma parte de un transformador y que consta generalmente de un par de vueltas de un cable grueso de resistencia inapreciable, los extremos de los cuales están conectados a los terminales de una fuente de potentes oscilaciones eléctricas, esquemáticamente representados por B. Esta fuente suele ser un condensador cargado con un potencial alto y se descarga en rápida sucesión a través del PRIMARIO, en un tipo de transformador inventado por mí y aún no dado a conocer pero que cuando se deseen producir ondas estacionarias de grandes longitudes de una dinamo alterna de construcción adecuada puede ser utilizado para energizar el primario A. 

C es una bobina secundaria en espiral insertada en el primario que tiene el extremo más cercano a este último conectado con el suelo y el otro extremo a un terminal elevado. Las constantes físicas de bobina C, la determinación de su período de vibración, se eligen de manera ajustada para que el sistema secundario en la CE resuene lo más exactamente posible a la resonancia de las oscilaciones impresas en el mismo por el primario A. Se trata, además de la mayor importancia con el fin de mejorar aún más el aumento de tensión y para aumentar la corriente eléctrica en el secundario, de que su resistencia sea tan pequeña como sea posible y su autoinducción lo más grande posible en las condiciones impuestas. 

El conexión al suelo debe hacerse con mucho cuidado, con el objeto de reducir su resistencia. En lugar de estar directamente conectada a tierra, como se indica, la bobina C se pueden unir en serie o de otra manera a la A primaria, en cuyo caso este último será conectado a la placa de E; pero de forma que la totalidad de las espiras del primario en la bobina C de la longitud total del conductor de tierra de la placa al terminal elevado debe ser igual a un cuarto de la longitud de onda de la perturbación eléctrica en el sistema de CE, o bien igual a la longitud multiplicada por un número impar... [...]