El dinero que Tesla obtuvo de la licencia de sus patentes de corriente alterna lo hizo económicamente independiente y le proporcionó el tiempo y los fondos necesarios para perseguir sus propios intereses. En 1889, Tesla se mudó de la tienda de Liberty Street que Peck y Brown habían alquilado y durante los siguientes doce años trabajó en una serie de talleres/laboratorios en Manhattan, como un laboratorio en el 175 de Grand Street (1889-1892), el cuarto piso del 33-35 South de la Quinta Avenida (1892-1895), y el sexto y séptimo pisos del 46-48 East de Houston Street (1895-1902). Tesla y su personal contratado realizarían parte de su trabajo más importante en estos talleres.
Bobina Tesla
En el verano de 1889, Tesla viajó a la Exposición Universal en París, donde se enteró de los experimentos de Heinrich Rudolf Hertz (realizados en 1886-88) que demostraron la existencia de radiación electromagnética, incluidas las ondas de radio.Encontró este nuevo descubrimiento "refrescante" y decidió explorarlo más a fondo. Al repetir, y luego expandir, estos experimentos, intentó alimentar una bobina de Ruhmkorff con un alternador de alta velocidad, que había estado desarrollando como parte de un sistema de lámpara de arco mejorado, pero descubrió que la corriente de alta frecuencia sobrecalentaba el núcleo de hierro y fundía el aislamiento entre los devanados principales y secundarios en la bobina. Para solucionar este problema, se le ocurrió su bobina de Tesla con un espacio de aire en lugar de material aislante entre los devanados primarios y secundarios, y un núcleo de hierro que se podía mover a diferentes posiciones dentro o fuera de la bobina.
Iluminación inalámbrica
Después de 1890, Tesla experimentó con la transmisión de potencia mediante acoplamiento inductivo y capacitivo, utilizando altos voltajes de corriente alterna generados con su bobina Tesla. Intentó desarrollar un sistema de iluminación inalámbrico basado en acoplamiento inductivo y capacitivo y realizó una serie de demostraciones públicas donde encendió tubos de Geissler e incluso bombillas incandescentes en un escenario. Pasó la mayor parte de la década trabajando en variaciones de esta nueva forma de iluminación con la ayuda de varios inversores, pero ninguna de las empresas logró sacar un producto comercial de sus hallazgos.
En 1893 en St. Louis, Misuri, ante el Instituto Franklin de Filadelfia (Pensilvania) y ante la National Electric Light Association, Tesla dijo a los espectadores que estaba seguro de que un sistema como el suyo podría eventualmente conducir "señales inteligibles o incluso energía eléctrica a cualquier distancia sin el uso de cables" al conducirlas a través de la Tierra. Pensaba que solo era cuestión de tiempo que el hombre pudiese adaptar las máquinas al engranaje de la naturaleza, declarando: «Antes de que pasen muchas generaciones, nuestras máquinas serán impulsadas por energía obtenida en cualquier punto del universo».87
Generador oscilador a vapor
Tratando de encontrar una forma mejor de generar corriente alterna, Tesla desarrolló un alternador accionado con vapor. Lo patentó en 1893 y lo presentó en la Exposición Mundial Colombina de Chicago de ese año. El vapor era forzado hacia el oscilador y se precipitaría a través de una serie de válvulas, empujando un pistón unido a una armadura hacia arriba y hacia abajo. La armadura magnética vibraba hacia arriba y hacia abajo a alta velocidad, produciendo un campo magnético alterno. Este campo inducía a su vez una corriente eléctrica alterna en las bobinas de alambre adyacentes. Eliminó las partes complicadas de una máquina/generadora de vapor, pero nunca se contempló como una solución de ingeniería factible para generar electricidad.
Sistema polifásico y la Exposición de Chicago
A principios de 1893, el ingeniero Benjamin G. Lamme de Westinghouse había progresado mucho desarrollando una versión eficiente del motor de inducción de Tesla, y Westinghouse Electric comenzó a calificar su sistema polifásico completo como el "Sistema Tesla Polifase". Creían que las patentes de Tesla les daban la prioridad sobre otros sistemas de corriente alterna.
Westinghouse Electric le pidió a Tesla que participara en el Exposición Mundial Colombina de Chicago de 1893, donde la compañía tenía un gran espacio en un edificio dedicado a exhibiciones eléctricas. Westinghouse Electric ganó la licitación para iluminar la Exposición con corriente alterna y fue un evento clave en la historia de esta forma de electricidad, ya que la compañía demostró al público estadounidense la seguridad, fiabilidad y eficiencia de un sistema de corriente alterna completamente integrado. Tesla mostró una serie de efectos eléctricos relacionados con la corriente alterna, así como su sistema de iluminación inalámbrico, utilizando una demostración que había realizado anteriormente en toda América y Europa; incluyendo el uso de alto voltaje, y una corriente alterna de alta frecuencia para encender un lámpara de descarga inalámbricamente.
Un observador anotó:
“Dentro de la sala se suspendieron dos placas de goma dura cubiertas con papel de aluminio. Estaban a unos quince pies de distancia, y servían como terminales de los cables que salían de los transformadores. Cuando se encendía la corriente, las lámparas o tubos, que no tenían cables conectados a ellos, sino que estaban sobre una mesa entre las placas suspendidas, o que podían sostenerse en la mano en casi cualquier parte de la habitación, se iluminaban. Estos fueron los mismos experimentos y el mismo aparato mostrado por Tesla en Londres unos dos años antes, "donde produjeron tanta maravilla y asombro".
Tesla también explicó los principios del campo magnético rotativo en un motor de inducción al demostrar cómo hacer que un huevo de cobre se coloque de punta, usando un dispositivo que él construyó conocido como el Huevo de Colón e introdujo su nuevo generador de corriente alterna con un oscilador alimentado a vapor.
Consultoría en Niágara
En 1893, Edward Dean Adams, que encabezaba la compañía que explotaría el salto hidroeléctrico adyacente a las Cataratas del Niágara, solicitó la opinión de Tesla sobre qué sistema sería mejor para transmitir la energía generada en las cataratas. Durante varios años, hubo una serie de propuestas y concursos abiertos sobre la mejor manera de usar la energía generada por las cataratas. Entre los sistemas propuestos por varias empresas de EE.UU. y Europa se encontraban las corrientes alternas bifásicas y trifásicas, las corrientes continuas de alta tensión y sistemas de aire comprimido. Adams se dirigió a Tesla para obtener información sobre el estado actual de todos los sistemas de la competencia, y este le aconsejó que un sistema de dos fases sería el más fiable, y que había un sistema de Westinghouse para encender bombillas incandescentes usando corriente alterna de dos fases. La compañía adjudicó un contrato a Westinghouse Electric para construir un sistema de generación de corriente alterna de dos fases en las Cataratas del Niágara, basado en el asesoramiento de Tesla y la demostración de Westinghouse en la Exposición Colombina de que podrían construir un sistema de corriente alterna completo. Al mismo tiempo, se otorgó un contrato adicional a General Electric para construir el sistema de distribución de la corriente generada.
Algunas personas creen falsamente que en las cataratas del Niágara se construyó la primera central hidroeléctrica gracias a los desarrollos de Tesla en 1893, consiguiendo en 1896 transmitir electricidad a la ciudad de Búfalo (Nueva York). Las primeras centrales hidroeléctricas se desarrollaron primero en Europa en 1878-1885. Tras 1885 Westinghouse contrató, entre otros, a William Stanley, Oliver B. Shallenberger y Benjamin Lamme, para construir sistemas de potencia de corriente alterna en todo EEUU. Tesla no se unió a Westinghouse hasta 1888.
La Compañía Nikola Tesla
En 1895, Edward Dean Adams, impresionado con lo que vio cuando recorrió el laboratorio de Tesla, aceptó ayudar a fundar la empresa Nikola Tesla, creada para financiar, desarrollar y comercializar una variedad de patentes e invenciones anteriores de Tesla, así como otras nuevas. Alfred Brown firmó, trayendo patentes desarrolladas bajo Peck and Brown. El consejo de la empresa se completó con William Birch Rankine y Charles F. Coaney. Encontraron pocos inversores, dado que a mediados de la década de 1890 se vivía un momento difícil desde el punto de vista financiero, y las patentes inalámbricas de iluminación y osciladores que se establecieron en el mercado nunca se materializaron. La compañía manejaría las patentes de Tesla en las décadas siguientes.
Incendio del laboratorio
En la madrugada del 13 de marzo de 1895, el edificio de la Quinta Avenida Sur que albergaba el laboratorio de Tesla se incendió. El fuego comenzó en el sótano del inmueble y fue tan intenso que el laboratorio de Tesla situado en el cuarto piso se quemó y colapsó en el segundo piso. El incendio no solo retrasó los proyectos en curso de Tesla, sino que también destruyó una colección de notas tempranas y material de investigación, modelos y piezas de demostración, incluidas muchas que habían sido expuestas en la Exposición Colombina de 1893. Tesla dijo al The New York Times: "Estoy demasiado apenado para hablar. ¿Qué puedo decir?” Después del incendio, Tesla se mudó al 46-48 de East Houston Street y reconstruyó su laboratorio en los pisos 6 y 7.
Experimentos con rayos X
En 1894, Tesla empezó a investigar los que después se llamaron rayos X. En el incendio de su laboratorio en 1895 se perdió todo su trabajo, según afirmó el propio Tesla. Mientras tanto, en noviembre de ese mismo año, el científico alemán Wilhelm Röntgen concluía su extensa y sistemática investigación de los rayos X, publicando sus conclusiones en 1895. La primera publicación de Tesla sobre los "rayos de Rontgen" data de 1895.
Según el propio Tesla narra, usó su propio tubo de vacío (similar a su patente Patente USPTO nº 514170: «#514,170»). Este dispositivo difería de otros tubos de rayos X por el hecho de no tener electrodo receptor. El término moderno para el fenómeno producido por este artefacto es Bremsstrahlung (o radiación de frenado).
En sus primeras investigaciones Tesla diseñó algunos experimentos para producir rayos X. Afirmó que con estos circuitos, «el instrumento podrá generar rayos de Roentgen de mayor potencia que la obtenida con aparatos ordinarios».
También mencionó los peligros de trabajar con sus circuitos y con los rayos X producidos por sus dispositivos de un solo nodo. De muchas de sus notas en las investigaciones preliminares de este fenómeno, atribuyó el daño de la piel a varias causas. Creyó que inicialmente el daño no podría ser causado por los rayos de Roentgen, sino por el ozono generado al contacto con la piel y en parte también al ácido nitroso. Pensaba que se trataba de ondas longitudinales, como las producidas por las ondas en plasmas.
Radiocontrol remoto
En 1898, Tesla demostró en público un barco que controlaba usando un radiocontrol basado en un cohesor -que denominó "telautomaton"- durante una exposición eléctrica en el Madison Square Garden. La multitud que presenció la demostración hizo afirmaciones escandalosas sobre el funcionamiento del barco, tales como magia, telepatía o que estaba siendo pilotado por un mono entrenado oculto en su interior. Tesla intentó vender su idea al ejército de los EE.UU. como un tipo de torpedo controlado por radio, pero la marina mostró poco interés. El radiocontrol remoto siguió siendo una novedad hasta la Segunda Guerra Mundial, cuando varios países lo usaron en sus programas militares. Tesla aprovechó la oportunidad para demostrar aún más la "Teleautomática" en una conferencia pronunciada en una reunión del Club Comercial de Chicago, mientras viajaba a Colorado Springs, el 13 de mayo de 1899.
