Que se sepa que yo, Nikola Tesla, ciudadano de los Estados Unidos y residente en Nueva York en el condado y estado de Nueva York, he inventado ciertas nuevas y útiles mejoras en sistemas de transmisión de energía eléctrica, de las cuales lo siguiente es una especificación, haciendo referencia a los dibujos que la acompañan y formando parte de la misma.

Es bien sabido hasta ahora que al enrarecer el aire enclaustrado en un recipiente se disminuyen sus propiedades aislantes [eléctricas] son debilitadas a tal punto que se convierte en lo que puede ser considerado un verdadero conductor, aunque uno de admitida alta resistencia. La información práctica con respecto a esto se ha derivado de observaciones limitadas necesariamente a su alcance por el carácter de los aparatos o medios hasta ahora conocidos y la calidad de los efectos eléctricos así producidos. De esta forma ha sido mostrado por William Crookes en sus clásicas investigaciones, las cuales han servido hasta ahora como la principal fuente de conocimiento de este asunto, que todos los gases se comportan como aislantes excelentes hasta que son enrarecidos hasta un punto correspondiente a una presión barométrica de aproximadamente 75 milímetros, e inclusive en esta muy baja presión la descarga de una bobina inductiva de alta tensión pasa a través de solo una parte del atenuado gas en forma de un destello luminoso o arco, siendo requerida una disminución aún mas considerable de la presión para hacer conductiva la masa entera del gas enclaustrado en el recipiente.

En tanto que esto es cierto en todos los casos siempre que se usen impulsos de corriente o electromotrices como los que se obtienen con las formas ordinarias de los aparatos empleados, he encontrado que ni el comportamiento general de los gases ni las relaciones conocidas entre la conductividad eléctrica y la presión barométrica están de conformidad con estas observaciones cuando los impulsos usados sean los producidos por los métodos y con los aparatos desarrollados por mí y los cuales tienen propiedades peculiares e inobservadas y son de fuerzas electromotrices efectivas, alcanzando muchos cientos de miles o millones de voltios.

A través del contínuo perfeccionamiento de estos impulsos de corriente he llegado al descubrimiento de ciertos hechos altamente importantes y útiles los cuales han sido hasta ahora desconocidos. Entre estos hechos y en relación directa con el propósito de la presente invención están los siguientes: Primero, que los gases atmosféricos u otros gases, aún en condiciones normales de presión, sabiéndose que se comportan como aislantes perfectos, son en gran medida privados de sus propiedades dieléctricas al ser sujetos a la influencia de impulsos electromotrices del carácter y magnitud a las que me he referido y asumen cualidades conductivas, entre otras, las cuales han sido observadas hasta ahora solo en gases altamente atenuados o calentados a una alta temperatura y, segundo, que la conductividad impartida al aire o gases se incrementa muy rápidamente tanto con el aumento de la presión eléctrica aplicada como con el grado de rarefacción, siendo la ley con respecto a esto último, sin embargo, bastante diferente de la hasta ahora establecida.

A modo ilustrativo se pueden citar algunas observaciones que he hecho con aparatos desarrollados para los propósitos que aquí se contemplan. Por ejemplo, un conductor o terminal, al cual se le suministren impulsos como los que aquí se tratan, pero el cual se encuentre aislado en el espacio y alejado de cualquier cuerpo conductor, se rodea de un destello o descarga luminosa parecida a una flama que frecuentemente cubre muchos cientos o aún hasta varios miles de pies cuadrados de superficie, mostrando claramente este impresionante fenómeno el alto grado de conductividad que la atmósfera alcanza bajo la influencia del inmenso estrés eléctrico al cual ha sido sometida. Esta influencia, sin embargo, no está confinada a aquella porción de atmósfera que sea discernible por el ojo humano por su luminosidad y la cual, como ha sido el caso en algunas ocasiones observadas, puede llenar el espacio de una forma esférica o cilíndrica de un diámetro de sesenta pies o mas, sino que alcanza regiones remotas, estando las cualidades aislantes del aire, tal y como lo he asegurado, sensiblemente disminuídas todavía a una distancia de muchos cientos de veces aquella a través de la cual se proyecta la descarga luminosa desde la terminal y con toda probabilidad mucho mas lejos. La distancia se aumenta con el incremento de la fuerza de los impulsos electromotrices, con la disminución de la densidad de la atmósfera, con la elevación de la terminal activa por arriba del suelo, y también, aparentemente, en una medida pequeña, con el grado de humedad contenida en el aire.

De la misma forma he observado que esta región de influencia decididamente notable se agranda continuamente conforme pasa el tiempo, y se le permite a la decarga pasar como una conflagración que lentamente se extiende, debiéndose esto posiblemente a la electrificación gradual o ionización del aire o a la formación de compuestos gaseosos menos aislantes. Es un hecho, mas aún, que tales descargas de tensiones extremas, aproximándose a las de un rayo, manifiestan una marcada tendencia a pasar bastante por arriba del nivel del suelo, lo cual se podría deber a repulsión electrostática, o posiblemente a un leve calentamiento y consecuente elevación del aire electrificado o ionizado. Estas últimas observaciones hacen parecer probable que una descarga de esta naturaleza a la que se le permita escapar hacia la atmósfera desde una terminal sostenida a gran altura gradualmente permeará y establecerá una buena ruta conductora hacia mas elevados y mejores conductores estratos de aire, un proceso que posiblemente toma lugar en descargas silenciosas de rayos frecuentemente observadas en dias muy calurosos.

Será evidente hasta que punto la conductividad impartida al aire puede ser aumentada por un incremento de la energía electromotriz de los impulsos cuando se diga que en algunos casos el área cubierta por la mencionada flama de descarga se extendió mas de seis veces por un aumento de la presión eléctrica de apenas mas del 50 por ciento. En cuanto a la influencia de la rarefacción en la conductividad eléctrica impartida a los gases is importante notar que, mientras que los gases atmosféricos u otros comienzan ordinariamente a manifestar esta cualidad a algo así como setenta y cinco milímetros de presión barométrica, con los impulsos de fuerza electromotriz excesiva a los que me he referido, la conductividad, como ya se dijo, comienza inclusive a presión normal y se incrementa continuamente con el grado de tenuidad del gas, de modo que, digamos, ciento treinta milímetros de presión, cuando se sabe que los gases son todavía vasi aisladores perfectos for fuerzas electromotrices ordinarias, se comportan ante impulsos electromotrices de varios millones de voltios como si fueran conductores excelentes, igual que si estuvieran enrarecidos a un mucho mas alto grado.

Por el descubrimiento de estos hechos, y el perfeccionamiento de los medios para producir de una forma segura y económica y completamente práctica los impulsos de corriente del carácter descrito se hace posible transmitir energía eléctrica a través de los fácilmente alcanzables y solo moderadamente enrarecidos estratos de la atmósfera no solo en cantidades insignificantes, tal y como es apropiado para para la operación de instrumentos delicados y propósitos parecidos, sino también en cantidades adecuadas para usos industriales a gran escala hasta casi cualquier límite y, de acuerdo a toda la evidencia experimental que he obtenido, a cualquier distancia terrestre.

Para conducir a un mejor entendimiento de este método de transmisión de energía y para distinguirlo claramente, tanto en su aspecto teórico como en su aspecto práctico, de otros modos conocidos de transmisión, es útil el decir que todos los esfuerzos previos hechos por mí y otros para transmitir energía eléctrica a la distancia sin el uso de conductores metálicos, principalmente con el propósito de activar receptores sensitivos, han estado basados, en tanto a lo que la atmósfera se refiere, en aquellas cualidades que posee por virtud de ser un excelente aislador, y todos estos intentos hubieran sido reconocidos obviamente como inefectivos o enteramente inútiles en la presencia de una atmósfera o medio conductivo.

La utilización de cualesquier propiedades del aire para propósitos de transmisión de energía ha estado hasta ahora fuera de toda consideración en ausencia de aparatos apropiados para alcanzar los muchos y difíciles requerimientos, aún cuando ha sido aceptado desde hace mucho que los estratos atmosféricos a grandes altitudes -diamos de cincuenta o mas millas por arriba del nivel del mar- son, o deberían ser, en alguna medida, conductivos. Pero suponiendo aún que los medios indispensables hubieran sido producidos entonces todavía una dificultad, la cual hasta el estado presente de las artes mecánicas debe ser considerada como insuperable, permanecería –es decir, la de mantener las terminales a elevaciones de quince millas o mas por encima del nivel del mar.

A través de mis descubrimientos antes mencionados y la producción de medios adecuados la necesidad de mantener las terminales a tales inaccesibles altitudes se elimina y se logra un método práctico y un sistema de transmisión de energía a través del medio natural esencialmente diferente a todos aquellos disponisbles hasta el presente y poseyendo, más aún, esta importante y práctica ventaja, la de que mientras en todos esos métodos o sistemas hasta ahora empleados o propuestos solo una diminuta fracción de la energía suministrada por el generador o transmisor era recuperada en un aparato reptor distante con mi método y dispositivos es posible utilizar con mucho la porción más grande de la energía de la fuente y en cualquier localidad aún cuando esté alejada de la misma.

Expresándolo brevemente, mi invención presente, basada en estos descubrimientos, consiste entonces en producir en un punto una presión eléctrica de tal carácter y magnitud como para causar con ello una corriente que viaja a estratos elevados del aire entre el punto de generación y un punto distante en el cual la energía se recibe para ser utilizada.

En el dibujo que se acompaña un arreglo de los aparatos es diagramáticamente ilustrado tal y como contemplo utilizarlos, en el despliegue de mi invención a una escala industrial –como, por ejemplo, para iluminar ciudades o distritos distantes de donde se puede obtener energía barata.

Refiriéndome al dibujo, A es una bobina, generalmente de muchas vueltas y de un diámetro muy grande, devanadas en espiral alrededor de un núcleo magnético o no, según sea necesario. C es una segunda bobina, formada de un conductor de mucho mas grande sección y mas pequeña longitud, devanada alrededor y en proximidad de la bobina A. En el aparato transmisor la bobina A constituye el secundario de alta tensión y la bobina C el primario de mucho menos tensión de un transformador. En el circuito del primario C se incluye una fuente apropiada de corriente G. Una terminal del secundario A está al centro de la bobina en espiral, y desde esta terminal la corriente es conducida por un conductor B hasta la terminal D, preferentemente de una superficie grande, formada o mantenida por tales medios como un globo a una elevación adecuada para los propósitos de transmisión, como se describió anteriormente. La otra terminal del secundario A se conecta a tierra y, si se desea, también al primario de modo que este último pueda tener substancialmente el mismo potancial que las porciones adyacentes del secundario, asegurando así la seguridad. En la estación receptora se emplea un transformador de construcción similar, pero en este caso la bobina A’, de alambre relativamente delgado, constituye el primario y la bobina C’, de alambre grueso o cable, el secundario del transformador. En el circuito de este último se incluyen lámparas L, motores M, u otros aparatos para usar la corriente. La terminal elevada D’ está conectada con el centro de la bobina A’, y la otra terminal de dicha bobina está conectada a tierra y preferentemente, también, a la bobina C’ por las razones ya mencionadas.

Se observará que en bobinas del carácter descrito el potencial gradualmente se incrementa con el número de vueltas hacia el centro, y la diferencia de potencial entre vueltas adyacentes siendo comparativamente pequeña, un muy alto potencial puede obtenerse exitosamente, imposible esto con las bobinas ordinarias. Será notado, más aún, que sin importar a que medida las bobinas puedan ser modificadas en diseño y construcción, dependiendo de su arreglo general y forma de conección, como se ilustra, aquellas porciones del alambre o del aparato que están altamente cargadas quedarán fuera de alcance, mientras aquellas partes del mismo que son susceptibles de ser alcanzadas, tocadas, o manipuladas estarán al mismo o similar potencial que las porciones adyacentes de tierra, asegurando esto, tanto en el aparato transmisor como en el receptor, e independientemente de la presión eléctrica usada, una seguridad personal perfecta, lo cual puede ser mejor evidenciado por el hecho de que aún cuando tales presiones extremas de muchos millones de voltios han sido usados por un número de años continuamente no se ha sufrido daño alguno por mí o por alguno de mis asistentes.

La longitud del alambre delgado en cada transformador debe ser aproximadamente un cuarto de la longitud de onda de la perturbación eléctrica en el circuito, estando basada esta estimación en la velocidad de propagación de la perturbación a través de la bobina misma y el circuito con el cual fue diseñada para ser usada. A manera ilustrativa, si el índice al cual la corriente viaja por el circuito, incluyendo la bobina, fuera de 185000 millas por segundo entonces una frecuencia de 925 por segundo mantendría 925 ondas estacionarias en un circuito 185000 millas de largo y cada onda sería de 200 millas de largo. Para tan baja frecuencia, a la cual yo recurriría solo cuando fuera indispensable operar motores del tipo ordinario y bajo las condiciones supuestas arriba, usaría yo un secundario de 50 millas de longitud. Por medio de tal ajuste de proporciones en la longitud del alambre de la bobina secundaria los puntos de mas alto potencial se hacen coincidir con las terminales elevadas D D’, y se debe entender que cualquier longitud que sea dada a los alambres esta condición debe ser cumplida de modo de alcanzar los mejores resultados.

Dado que el principal requisito de mi invención es producir corrientes de un potencial excesivamente alto, este objetivo será facilitado usando una corriente primaria de considerable alta frecuencia, dado que la fuerza electromotriz obtenible con una dada longitud de conductor es proporcional a la frecuencia; pero la frecuencia de la corriente es en una gran medida arbitraria, ya que si el potencial fuera suficientemente alto y si las terminales de las bobinas se mantuvieran a altitudes apropiadas la acción descrita tomará lugar, y una corriente será transmitida a través de los estratos de aire elevados, la cual encontrará poca e inclusive aún menos resistencia que si fuera transportada a través de alambres de cobre de un tamaño práctico. De la misma forma, la construcción del aparato puede ser en muchas formas ampliamente variado; pero para permitirle a cualquier persona versada en las artes mecánicas y eléctricas utilizar con ventaja la experiencia que he ganado en las aplicaciones prácticas de mi sistema, se proporcionan los detalles de un modelo de planta la cual ha estado en uso durante largo tiempo y la cual fue construída para propósitos de obtener datos adicionales para ser usados en su realización.

El aparato transmisor fue en este caso uno de mis osciladores eléctricos, el cual es un transformador de un tipo especial, ahora bien conocido y caracterizado por el paso de descargas oscilatorias de un condensador a través del primario. La fuente G, formando uno de los elementos del transmisor, fue un condensador de una capacitancia de aproximadamente 4 centésimas de microfaradio y era cargada con un generador de corriente alterna de 50 000 voltios de presión y descargada por medio de un interruptor operado mecánicamente 5 000 veces por segundo a través del primario C. Este último consistente en una sola vuelta de cable trenzado de resistencia imperceptible y de una inductancia de aproximadamente 8 000 centímetros, siendo el diámetro del lazo muy cercano a 244 centímetros. La inductancia total del circuito primario fue de aproximadamente 10 000 centímetros, de modo que el circuito primario vibraba generalmente, de acuerdo al ajuste, desde 230 000 hasta 250 000 veces por segundo. La bobina de alta tensión A en forma de una espiral plana estaba compuesta de 50 vueltas de un cable Número 8 altamente aislado y devanado en una sola capa, comenzando las vueltas cerca del lazo del primario y terminando cerca de su centro. El extremo exterior del secundario, o bobina secundaria A, estaba conectado a tierra, como se ilustra, mientras que el extremo libre era conducido a una terminal colocada en un estrato de aire rarificado a través del cual la energía era transmitida, y el cual estaba contenido en un tubo aislado de una longitud de 50 pies o mas, dentro del cual una presión barométrica variante desde cerca de 120 hasta 150 milímetros era mantenida por medio de una bomba de succión mecánica.

El transformador receptor era similarmente proporcionado, siendo el radio de conversión recíproco al del transmisor, y la bobina primaria de alta tensión A’ estaba conectada, como se ilustra, a tierra en el extremo cercano a la bobina de baja tensión C’ y el extremo libre a un alambre o placa colocado en un estrato de aire rarificado y a la distancia mencionada desde la terminal transmisora. Estando los circuitos primario y secundario en el aparato transmisor cuidadosamente sincronizados, una fuerza electromotriz de dos a cuatro millones de voltios, y mas, ora obtenible en las terminales de la bobina secundaria A, pasando la descarga libremente a través de los atenuados estratos del aire mantenidos a las presiones barométricas mencionadas arriba, y era fácil bajo estas condiciones transmitir con justa economía cantidades considerables de energía, como lo son para uso industrial, al aparato receptor y alimentar con el secundario C’ lámparas L o diversos dispositivos. Los resultados fueron particularmente satisfactorios cuando el la bobina primaria, o sistema A’, con su secundario C’, era cuidadosamente ajustada para vibrar en sincronía con la bobia transmisora A C. No he encontrado, sin embargo, ninguna dificultad en producir con aparatos de sustancialmente igual diseño y construcción fuerzas electromotrices que exceden a tres o cuatro veces las mencionadas anteriormente y he atestiguado que por esos medios se pueden transmitir impulsos de corriente a través de estratos de aire mucho mas densos. Por medio del uso de estos también he encontrado que es posible el transmitir notables cantidades de energía a través de estratos de aire que no están en contacto directo con las terminales transmisoras o receptoras, sino alejados de ellas, extendiéndose la acción de los impulsos a una considerable distancia al convertir en conductivos los estratos de aire que normalmente son aisladores.

La alta fuerza electromotriz obtenida en las terminales de la bobina A fue, como se verá, en el ejemplo precedente, no tanto debido a un gran radio de transformación como al efecto conjunto de las capacitancias e inductancias en los circuitos sincronizados, cuyo efecto es aumentado por una alta frecuencia, y será obviamente comprendido que si esta última fuera reducida se obtendría un mayor radio de transformación, especialmente en casos en los que pudiera ser ventajoso el suprimir tanto como sea posible, y particularmente en la bobina transmisora A, la elevación de la presión debida al efecto anterior y para obtener la fuerza electromotriz necesaria solamente por medio de un alto ratio de transformación.

Aún cuando las fuerzas electromotrices como las que se pueden producir por medio del aparato descrito pudieran ser suficientes para muchos propósitos a los cuales mi sistem será o pudiera ser aplicado, deseo decir que contemplo usar en un proyecto de magnitud industrial de este tipo fuerzas en exceso superiores a estas, y con mi conocimiento y experiencia presentes en este campo novedoso yo estimaría que estuvieran en el rango desde 20 a 50 millones de voltios y posiblemente mas. Por medio del uso de estas fuerzas mucho mas altas se pueden transmitir mas grandes cantidades de energía a través de la atmósfera a lugares y regiones remotas, y la distancia de la transmisión puede del mismo modo ser extendida prácticamente sin límite.

En cuantoo a la elevación de las terminales D D’, es obvio que estará determinada por un número de cosas, como por la cantidad y calidad del trabajo a ser desarrollado, por la densidad local del aire y otras condiciones de la atmósfera, por el carácter de los alrededores, y por consideraciones tales como las que se presenten en lo individual. Por ende, de haber altas montañas en la vecindad las terminales tendrían que ser mas altas, y en lo general deberían ser, de ser posible, mas altas que los objetos mas altos cerca de ellas para evitar tanto como sea posible la pérdida por fugas. En algunos casos, cuando se requieren pequeñas cantidades de energía la elevación alta de las terminales, especialemente de la terminal receptora D’, puede no ser necesaria, dado que, especialmente cuando la frecuencia de las corrientes es muy alta, una suficiente cantidad de energía puede ser recogida en esa terminal por inducción electrostática desde estratos superiores de aire, los cuales se tornan conductivos por la terminal activa del transmisor o a través de la cual la corrientes desde la misma son transportadas.

En relación a los hechos a los que me he referido arriba se verá que las altitudes requeridas para la transmisión de considerables cantidades de energía eléctrica de acuerdo a este método son tales que son accesibles y a las cuales las terminales pueden ser sostenidas de forma segura, como por medio de globos cautivos suministrados continuamente con gas desde recipientes y sostenidos en posición de forma segura por medio de cables de acero o por otros medios o dispositivos, como los que pudieran ser desarrollados y perfeccionados por ingeniosos y hábiles ingenieros.

De mis experimentos y observaciones concluyo que con impulsos electromotrices no muy superiores a 15 o 20 millones de voltios la energía de muchos miles de caballos de potencia pueden ser transmitidos a grandes distancias, medidas en muchos cientos e inclusive miles de millas, con terminales no mas de 30 o 35 mil pies por arriba del nivel del mar, e inclusive esta elevación comparativamente pequeña será requerida principalmente por razones de economía, y si se desea, puede ser considerablemente reducida, dado que por tales medios como los descritos prácticamente cualquier potencial que se desee puede ser obtenido, corrientes a través de los estratos del aire hacerse muy pequeñas, mientras que las pérdidas en la transmisión pueden ser reducidas.

Se entenderá que las bobinas de transmisión y de recepción, los transformadores y otros aparatos pueden en algunos casos ser móviles, como, por ejemplo, cuando son transportados por barcos en el mar o por aviones en el aire. En tales casos, o generalmente, la conección de una de las terminales de la boina de alta tensión o bobina de tierra puede no ser permanente, pero puede ser intermitentemente o inductivamente establecida, y cualquier modificación tal la consideraré dentro del alcance de mi invención.

Mientras que la descripción aquí dada contempla principalmente un método o sistema de transmisión a una distancia a través del medio natural para propósitos industriales, los principios que he aquí expuesto y los aparatos que he mostrado obviamente tienen muchos otros usos valiosos, como por ejemplo cuando se desee transmitir mensajes inteligibles a grandes distancias, o para iluminar estratos superiores del aire, o para producir a propósito cualquier cambio útil en las condiciones de la atmósfera, o para manufacturar fertilizantes a partir de gases de los mismos productos, como ácido nítrico, o similares, por acción de tales impulsos de corriente, para todos los cuales y para muchos otros valiosos propósitos son eminentemente apropiados, y no deseo limitarme a mí mismo en este respecto. Obviamente, también, ciertas partes de mi invención aquí expuestas serán útiles estando separadas del método mismo, por ejemplo, en otros sistemas de transmisión de energía, para cualquier propósito que puedan ser aplicados, los transformadores y receptores colocados y conectados como se ilustra, la característica de una bobina transmisora o receptora, ambas conectadas a tierra y a una terminal elevada y ajustadas para que vibren en sincronía, la proporción de tales conductores y bobinas, como se menciona arriba, la característica de un transformador receptor con su primario conectado a tierra y a una terminal elevada teniendo dispositivos conectados a su secundario, y otras características o particulares, tales como los que se han descrito en esta especificación o que serán sugeridas por una leve modificación al mismo.

No es mi intención reclamar en esta solicitud un transformador para desarrollar corrientes de alto potencial en la forma que aquí se muestra y describe y con las dos bobinas conectadas juntas, para el propósito expuesto, habiendo hecho estas mejoras el objeto de una patente obtenida el 2 de noviembre de 1897, con número 593,138, ni tampoco reclamo el aparato empleado para realizar el método de esta solicitud cuando tal aparato sea construído y dispuesto especialmente para asegurar un objetivo particular buscado en la presente invención ya que estas últimas mencionadas características son el objeto de una solicitud entregada como una división de esta solicitud el 19 de febrero de 1900, con número de serie 5,780.

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