Никола Тесла је патентирао коло Теслиног калема 25. априла 1891. године.Denicolai, 2001, . , Погл. 1,Амерички патент бр. 454.622, Никола Тесла, SYSTEM OF ELECTRIC LIGHTING, поднето 25. априла 1891; одобрено 23. јуна 1891 и први пут га јавно демонстрирао 20. маја 1891. на свом предавању „Експерименти са наизменичним струјама веома високе фреквенције и њихова примена на методе вештачког осветљења” пред Америчким институтом електроинжењера на Колумбија колеџу, Њујорк.Предавање „Experiments with Alternate Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination” је поново штампано у Коло Теслиног калема је приказано на стр. 193, сл. 127Предавање је поново штампано у Илустрација Теслиног калема приказана је на стр. 103, сл. 32, archive Иако је Тесла током овог периода патентирао многа слична кола, ово је било прво које је садржало све елементе Теслиног калема: високонапонски примарни трансформатор, кондензатор, варнични размак и „осцилациони трансформатор” са ваздушним језгром.

Од Теслиног времена до 1930-их, Теслини калеми су се широко користили у радио предајницима, надрилекарској електротерапији и експериментима у бежичном преносу енергије, а у скорије време у филмовима и шоу бизнису.

Проналазак

Током Индустријске револуције, електрична индустрија је користила једносмерну струју (DC) и нискофреквентну наизменичну струју (AC), али се није много знало о фреквенцијама изнад 20 kHz, које се данас називају радио-фреквенцијама. Године 1887, четири године раније, Хајнрих Херц је открио Херцове таласе (радио таласе), електромагнетне таласе који су осциловали на веома високим фреквенцијама. Ово је привукло велику пажњу и бројни истраживачи су почели да експериментишу са високофреквентним струјама.

Теслино порекло је било у новом пољу наизменичне струје енергетских система, тако да је разумео трансформаторе и резонанцију. Године 1888. одлучио је да су високе фреквенције најперспективније поље за истраживање и основао је лабораторију на адреси 33 South Fifth Avenue, Њујорк за њихово истраживање, у почетку понављајући Херцове експерименте.

Прво је развио алтернаторе као изворе високофреквентне струје, али је до 1890. открио да су ограничени на фреквенције од око 20 kHz. У потрази за вишим фреквенцијама окренуо се резонантним колима са варничним побуђивањем. Теслина иновација била је у примени резонанције на трансформаторе."Тесла има право или на јасан приоритет или на независно откриће" три концепта у бежичној теорији: "(1) идеја индуктивне спреге између погонског и радног кола (2) значај подешавања оба кола, тј. идеја 'осцилационог трансформатора' (3) идеја о капацитивно оптерећеном отвореном секундарном колу" Трансформатори су функционисали другачије на високим фреквенцијама него на ниским фреквенцијама које се користе у енергетским системима; гвоздено језгро у нискофреквентним трансформаторима изазивало је губитке енергије услед вртложних струја и хистерезиса. Тесла стр. 196-197 и сл. 2: Тесла описује кораке у свом проналаску високофреквентног трансформатора. и Елију Томсон независно су развили нови тип трансформатора без гвозденог језгра, „осцилациони трансформатор”, и коло Теслиног калема за његово побуђивање ради стварања високих напона.

Тесла је изумео Теслин калем током напора да развије „бежични” систем осветљења, са сијалицама са гасним пражњењем које би светлеле у осцилујућем електричном пољу високонапонског, високофреквентног извора напајања. За високофреквентни извор, Тесла је напајао Румкорфов калем (индукциони калем) својим високофреквентним алтернатором. Открио је да су губици у језгру услед високофреквентне струје прегревали гвоздено језгро у Румкорфовом калему и топили изолацију између примарног и секундарног намотаја. Да би решио овај проблем, Тесла је променио дизајн тако да је између намотаја био ваздушни зазор уместо изолационог материјала, и направио је подесиво гвоздено језгро које се могло увлачити и извлачити из калемаW. Bernard Carlson, Tesla: Inventor of the Electrical Age, Princeton University Press - 2013, page 122. На крају је открио да се највиши напони могу произвести када се гвоздено језгро изостави. Тесла је такође открио да мора да стави кондензатор који се иначе користи у Румкорфовом колу између свог алтернатора и примарног намотаја калема како би избегао прегоревање калема. Подешавањем калема и кондензатора, Тесла је открио да може искористити резонанцију успостављену између њих за постизање још виших фреквенција.W. Bernard Carlson, Tesla: Inventor of the Electrical Age, Princeton University Press - 2013, page 124 Открио је да се највиши напони генеришу када је „затворено” примарно коло са кондензатором у резонанцији са „отвореним” секундарним намотајем.

Тесла није био први који је изумео ово коло. Хенри Роуланд је направио резонантно трансформаторско коло са варничним побуђивањем (горе) 1889. а Елију Томсон је експериментисао са сличним колима 1890, укључујући једно које је могло да произведе варнице од 64 инча (1,6 m), У овом писму Томсон наводи радове које је објавио у техничким часописима а који поткрепљују његово право на приоритет у проналаску резонантног трансформаторског кола „Теслиног калема”. а други извори потврђују да Тесла није био први. Међутим, он је први увидео практичну примену за њега и патентирао га. Тесла није спроводио детаљне математичке анализе кола, ослањајући се уместо тога на покушаје и грешке и своје интуитивно разумевање резонанције. Чак је схватио да секундарни калем функционише као четвртталасни резонатор; навео је да дужина жице у секундарном калему мора бити четвртина таласне дужине на резонантној фреквенцији."The length of the...coil in each transformer should be approximately one quarter of the wave length of the electric disturbance in the circuit, this estimate being based on the velocity of propagation of the disturbance through the coil itself..." US Patent No. 645576, Nikola Tesla, System of transmission of electrical energy, filed 2. 9. 1897; granted 20. 3. 1900 Прве математичке анализе кола обавили су Антон Обербек (1895) и Паул Друде (1904)., English translation

Теслине демонстрације мини|upright=1.4|Тесла демонстрира бежично осветљење на свом предавању 1891. на Колумбија колеџу.Опис Теслине демонстрације бежичног осветљења на Вестингхаусовој изложби на Светској колумбијској изложби 1893. у Сент Луису налази се у Две металне плоче повезане су на осцилатор Теслиног калема, који примењује високи радио-фреквентни осцилујући напон. Осцилујуће електрично поље између плоча јонизује гас ниског притиска у двема дугим Гајслеровим цевима које држи, изазивајући њихово светљење путем флуоресценције, слично неонским светлима, без жица.

Харизматични забављач и самопромотер, Тесла је у периоду 1891—1893. користио Теслин калем у драмским јавним предавањима демонстрирајући нову науку о високонапонској, високофреквентној струји. Радио-фреквентне наизменичне струје које производи Теслин калем нису се понашале као једносмерна или нискофреквентна наизменична струја на коју су научници тог времена били навикли. На предавањима на Колумбија колеџу 20. маја 1891, у научним друштвима у Британији и Француској током европске говорничке турнеје 1892,Thomas Cummerford Martin 1894 The Inventions, Researches and Writings of Nikola Tesla, 2nd Ed., Франклиновом институту, Филаделфија фебруара 1893, и Националној асоцијацији за електрично осветљење, Сент Луис марта 1893,"On light and other high frequency phenomena", Thomas Cummerford Martin 1894 The Inventions, Researches and Writings of Nikola Tesla, 2nd Ed., импресионирао је публику спектакуларним тињавим пражњењима и плазма млазевима, загревао гвожђе индукционим грејањем, показао да РФ струја може да пролази кроз изолаторе и да се преноси једном жицом без повратног пута, и напајао сијалице и моторе без жица. Демонстрирао је да високофреквентне струје често не изазивају осећај електричног удара, пропуштајући стотине хиљада волти кроз сопствено тело, због чега је његово тело засветлело светлуцавим корона пражњењем у замраченој просторији. Ова предавања су представила „Теслин осцилатор” научној заједници и учинила Теслу међународно познатим.

Експерименти са бежичним преносом енергије

Тесла је користио Теслин калем у својим настојањима да постигне бежични пренос енергије, што је био његов животни сан. У периоду од 1891. до 1900. користио га је за извођење неких од првих експеримената у бежичном преносу енергије, преносећи радио-фреквентну снагу на кратке удаљености индуктивном спрегом између калемова жице.Tesla, Nikola (20. 5. 1891.) Experiments with Alternate Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination, lecture before the American Inst. of Electrical Engineers, Columbia College, New York. Reprinted as a У својим раним демонстрацијама из 1890-их, као што су оне пред Америчким институтом електроинжењера и на Светској колумбијској изложби 1893. у Чикагу, палио је сијалице са друге стране просторије. Открио је да може повећати удаљеност коришћењем пријемног LC кола подешеног у резонанцију са LC колом Теслиног калема, преносећи енергију резонантном индуктивном спрегом. У својој лабораторији у Колорадо Спрингсу током 1899–1900, користећи напоне реда 10 милиона волти које је генерисао његов огромни калем увећавајућег предајника (описан доле), успео је да упали три инкандесцентне лампе на удаљености од око .Најдужи Теслин бежични пренос енергије за који постоје веродостојни докази је вероватно његова фотографија из 1899. пријемног калема са сијалицом од 10 вати коју је упалила енергија пренета са његовог увећавајућег предајника од 300.000 вати. Тесла није навео удаљеност, али Маринчић је тврдио да Теслине лабораторијске белешке указују на то да је то било на удаљености од 1.938 стопа (591 m) од предајника. Ово представља ефикасност преноса од само 0,0033%.Тесла је био ноторно тајновит у вези са удаљеношћу на коју је могао да преноси енергију. Једно од његових ретких откривања детаља било је у опису сл. 7 његовог познатог чланка у часопису: The Problem of Increasing Human Energy, Century magazine, June 1900. У опису пише: "ЕКСПЕРИМЕНТ КОЈИ ИЛУСТРУЈЕ ИНДУКТИВНИ ЕФЕКАТ ЕЛЕКТРИЧНОГ ОСЦИЛАТОРА ВЕЛИКЕ СНАГЕ - Фотографија приказује три обичне инкандесцентне лампе упаљене до пуног сјаја струјама индукованим у локалној петљи која се састоји од једне жице формирајући квадрат од по педесет стопа свака страница, која укључује лампе, и која је на удаљености од сто стопа од примарног кола напајаног осцилатором. Петља такође укључује електрични кондензатор и тачно је подешена на вибрације осцилатора, који ради са мање од пет процената свог укупног капацитета." Данас је резонантна индуктивна спрега коју је открио Тесла познат концепт у електроници, широко коришћен у МФ трансформаторима и системима за бежични пренос енергије кратког домета као што су подлоге за пуњење мобилних телефона.