Принцип работы катушки тесла простыми словами. Катушка Теслы: принцип работы, применение и интересные факты

Как устроена и работает катушка Теслы. Для чего она применялась раньше и сейчас. Почему изобретение Николы Теслы не получило широкого распространения. Какие интересные факты связаны с катушкой Теслы.

Что такое катушка Теслы и как она устроена

Катушка Теслы представляет собой резонансный трансформатор, способный генерировать высокое напряжение высокой частоты. Она была изобретена Николой Теслой в 1891 году. Основные элементы конструкции:

• Первичная обмотка с небольшим количеством витков толстого провода
• Вторичная обмотка с большим количеством витков тонкого провода
• Конденсатор
• Разрядник
• Тороидальный терминал на вершине вторичной обмотки

Первичная и вторичная обмотки не имеют сердечника и настроены в резонанс. Это позволяет достигать очень высоких напряжений на выходе катушки — до нескольких миллионов вольт.

Принцип работы катушки Теслы

Работа катушки Теслы основана на явлении электромагнитного резонанса. Упрощенно принцип действия можно описать так:

1. Конденсатор заряжается от источника питания
2. При достижении определенного напряжения происходит пробой разрядника
3. Возникают высокочастотные колебания в первичном контуре
4. Колебания передаются во вторичный контур
5. Во вторичной обмотке возникает очень высокое напряжение
6. С терминала катушки начинают бить электрические разряды

Благодаря настройке обоих контуров в резонанс, во вторичной обмотке генерируется напряжение, в сотни раз превышающее входное. При этом частота колебаний может достигать нескольких мегагерц.

Для чего применялась катушка Теслы

Никола Тесла создавал свое изобретение для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния. Он планировал построить систему башен по всему миру для свободного распространения энергии. Однако эти планы не были реализованы.

В начале 20 века катушки Теслы применялись:

• Для радиосвязи (в качестве передатчиков)
• В медицинских целях (высокочастотная терапия)
• Для исследований в области физики высоких напряжений
• В системах зажигания первых автомобилей

Сегодня катушки Теслы в основном используются для демонстрационных и развлекательных целей, создавая эффектные электрические разряды.

Почему изобретение Теслы не получило широкого распространения

Катушка Теслы так и не стала массовым устройством по ряду причин:

• Сложность управления мощными высокочастотными токами
• Низкий КПД при передаче энергии на большие расстояния
• Невозможность точной адресной доставки энергии потребителям
• Потенциальная опасность для здоровья людей и электронного оборудования
• Противодействие энергетических компаний, заинтересованных в проводных сетях

В результате проводные линии электропередачи оказались более практичным решением для энергетики. А изобретение Теслы осталось в основном лабораторным устройством.

Современное применение катушек Теслы

Хотя широкого промышленного применения катушки Теслы не получили, они используются в некоторых специфических областях:

• Научные исследования в области физики плазмы и высоких напряжений
• Тестирование устойчивости электронного оборудования к электромагнитным помехам
• Создание спецэффектов в кино и на сцене
• Образовательные демонстрации по физике
• Любительское конструирование

Также принципы работы катушки Теслы нашли применение в современных беспроводных зарядных устройствах для мобильных гаджетов.

Интересные факты о катушке Теслы

С изобретением Николы Теслы связано немало любопытных фактов:

• Самая большая катушка Теслы была построена в России в 1975 году — она генерировала напряжение 5 миллионов вольт
• Тесла демонстрировал работу катушки, пропуская через себя электрический ток и зажигая в руках лампочки
• Существует версия, что эксперименты Теслы с мощной катушкой стали причиной Тунгусского взрыва в 1908 году
• Катушки Теслы использовались в автомобильных системах зажигания до 1960-х годов
• Современные любительские катушки Теслы способны создавать молнии длиной до нескольких метров

Изобретение Николы Теслы, хоть и не нашло массового применения, оказало большое влияние на развитие электротехники и вдохновляет ученых и инженеров до сих пор.

Можно ли сделать катушку Теслы своими руками

Многие энтузиасты собирают небольшие катушки Теслы самостоятельно. Однако нужно учитывать, что это потенциально опасное устройство. При сборке катушки Теслы своими руками важно соблюдать следующие правила:

• Использовать только низковольтные источники питания (до 50 В)
• Тщательно изолировать все токоведущие части
• Не прикасаться к работающей катушке
• Не использовать вблизи чувствительной электроники
• Соблюдать правила пожарной безопасности

Для начинающих рекомендуется собирать катушки на основе готовых наборов или по детальным инструкциям. Самостоятельное проектирование требует глубоких знаний в области электротехники и физики.

Влияние катушки Теслы на окружающую среду и здоровье

Работающая катушка Теслы создает сильное электромагнитное поле, которое может оказывать воздействие на окружающие объекты и живые организмы. Основные эффекты:

• Помехи в работе электронных устройств
• Нагрев металлических предметов вблизи катушки
• Ионизация воздуха и образование озона
• Возможное влияние на нервную систему при длительном воздействии

Хотя кратковременная демонстрация работы небольшой катушки Теслы безопасна, длительное нахождение рядом с мощной установкой может представлять риск для здоровья. Поэтому при работе с катушками Теслы важно соблюдать меры предосторожности и не превышать допустимое время воздействия.

Катушка Теслы — гениальное изобретение, теория заговора и Тунгусский метеорит

Наверняка вы хотя бы раз краем уха слышали, что существует такая вещь, как ”катушка Теслы”. Кто-то просто не понимает, что это такое, другие думают, что это как-то связано с автомобилями Илона Маска, а третьи предполагают, что это что-то из книги о кройке и шитье. И лишь немногие по-настоящему знают, что это такое, и то, что это изобретение позапрошлого века может перевернуть весь мир энергетики, но до сих пор этого не сделало. Поговаривают, что именно это изобретение гениального Николы Теслы стало причиной ”падения Тунгусского метеорита”. Впрочем, я бы не спешил говорить о том, что катастрофа того времени была рукотворной. Сейчас катушка Теслы известна вам по красочным шоу, которые устраивают в кружках любителей физики. Помните? Там, где молнии бьют между клетками с людьми. Все это поверхностно, но что на самом деле представляет из себя катушка Теслы? Это гениальное изобретение или сплошная ”пыль в глаза”?

Катушка Теслы интереснее, чем может показаться на первый взгляд.

Содержание

• 1 Что такое катушка Теслы
• 2 Катушка Теслы простыми словами
• 3 Для чего нужна катушка Теслы
• 4 Почему никто не развивает катушку Теслы
• 5 Где применяются катушки Теслы
• 6 Тесла и Тунгусский метеорит
• 7 Как сделать катушку Теслы

Что такое катушка Теслы

Сразу скажу, что в описании этого относительно простого прибора есть несколько довольно сложных для неподготовленного человека слов. Они относятся к электрике, и большинство даже если слышало их, то не сразу поймет, что они означают. Поэтому я дам два описания. Одно из них будет обычным, с небольшим уклоном в техническую сторону, в а второе, что называется, на пальцах.

10 доказательств того, что Никола Тесла был богом науки.

Итак, если говорить по науке, то катушка Теслы (или трансформатор Теслы) — это устройство, изобретенное Николой Теслой. Поэтому логично, что ему дали его имя. Более того, на него даже есть патент на имя великого физика. Он выдан 22 сентября 1896 года. В патенте изобретение называется ”Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала”.  На самом деле из этой заявки все должно быть понятно. Это прибор, который является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты.

Гениальный изобретатель не просто придумал катушку своего имени, но и запатентовал ее.

В основе работы приборы лежат резонансные стоячие электромагнитные волны. Сейчас поймете, как это!

У прибора есть две проводниковые катушки — первичная и вторичная. В первичной обмотке как правило небольшое количество витков. Вместе с ней идут конденсатор и искровой промежуток. Эта часть прибора обязательно должна быть заземлена.

Вторичная обмотка — это прямая катушка провода. Когда частоты колебания колебательного контура первичной обмотки совпадают с собственными колебаниями стоячих волн вторичной обмотки возникает резонанс и стоячая электромагнитная волна. В итоге между концами катушки появляется высокое переменное напряжение.

Упрощенно катушка Теслы выглядит так.

На самом деле все довольно просто, если понимать принцип действия законов физики, на которых основана работа прибора, но вот, как и обещал, более простое объяснение.

Катушка Теслы простыми словами

Представьте себе маятник с тяжелым грузом. Если вводить его в движение, толкая в какой-то определенный момент в одной точке, то амплитуда будет расти по мере увеличения усилия. Но если найти точку, в которой движение будет входить в резонанс, то амплитуда будет расти многократно. В случае с маятником она ограничена параметрами подвеса, но если мы говорим о напряжении, то расти оно может чуть ли не бесконечно. В обычных условиях наблюдается рост напряжения в десятки и даже сотни раз, достигая миллионов вольт даже в далеко не самых мощных приборах.

На Марсе есть электричество, но откуда оно берется?

Пример простого объяснения знаком нам всем с детства. Помните, когда мы раскачивали кого-то на качелях? Так вот, мы же толкали качели в той точке, в которой они максимально быстро разгонялись вниз. Это и есть грубое, но в целом верное объяснение резонанса, который используется в катушке Теслы.

Резонанс может делать великие вещи. В том числе и с электричеством.

В качестве основных элементов сам Никола Тесла использовал конденсатор, который подключался к источнику питания. Именно он и питал первичную обмотку, от которой возникал резонанс во вторичной. Важно было только правильно подобрать частоту тока ”на входе” и материал для вторичной обмотки. Если они не будут соответствовать друг другу, то роста напряжения не будет вовсе или он будет крайне незначительным.

Для чего нужна катушка Теслы

К визуальным эффектам мы еще вернемся, так как они являются только иллюстрацией работы прибора, а изначально он создавался для того, чтобы передавать электрическую энергию на расстояние без проводов. Именно этим и занимался один из самых загадочных ученых в истории.

Из-за чего бьет молния и как она появляется

Это не является секретной информацией и встречается в различных документах того времени. Суть в том, что если установить в нескольких километрах друг от друга достаточно мощные катушки Теслы, они смогут передавать энергию и решать многие проблемы, а увеличение напряжения и частоты почти из ничего может позволить решить многие энергетические проблемы.

Потенциально катушка Теслы может передавать энергию на большие расстояния.

Учитывая некоторые свойства прибора, он может даже опровергать ряд доказательств того, что создание вечного двигателя невозможно. Я уже рассказывал, как и кто пытался его создать, но в некотором роде именно катушка Теслы при определенных условиях могла бы стать одним из его компонентов.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Почему никто не развивает катушку Теслы

Сказать, что кто-то всерьез занимается вопросом развития технологии, нельзя. Может быть она не так привлекательна в промышленном применении, а может быть она нужна только военным. Точного ответа на этот вопрос нет, но именно военные много работают в этом направлении.

Все просто! Если как следует ”раскочегарить” катушку Теслы, она может спалить всю электронику на очень большом расстоянии. Даже простейшие макеты, которые делаются в домашних условиях, могут вывести из строя домашние бытовые приборы, что уже говорит о действительно мощных установках.

Причин, по которым катушки Тесла развиваются недостаточно эффективно много — от недостаточно востребованности до секретности и опасности.

Реальное применение катушки Теслы находят только в шоу, которые основаны на электрических спецэффектах. Считается, что их использование безопасно для человека, но при этом оно позволяет создавать красочные фиолетовые молнии, которые можно видеть буквально перед собой. Это очень эффектно и заставляет многих детей увлечься наукой.

Где применяются катушки Теслы

Сами катушки или их действие применяется в некоторых сферах жизни. Кроме комнат, описанных выше, созданные молнии высокого напряжения могут применяться в красочных лампах, которые можно трогать рукой, и разряд будет стремиться к ней.

Интересные и малоизвестные факты о молниях

Созданные молнии могут показать, где есть повреждение вакуумной системы — они всегда стремятся к месту нарушения герметичности. Эффект находит место даже в косметологии. Дело в том, что параметры тока в катушке Теслы относительно безопасны для человека и лишь ходят по поверхности кожи, слега ”пробирая” ее изнутри. Приборы, основанные на таком эффекте, позволяют стимулировать и тонизировать кожу, решая некоторые проблемы с венами, морщинами и другими неприятными изменениями. Но пользоваться такими приборами должен профессионал, так как полностью безопасными назвать их нельзя.

Катушки Теслы применяются даже в косметологии.

Тесла и Тунгусский метеорит

Про Тунгусский метеорит сказано более чем много, и я сейчас не буду подробно пересказывать историю этого происшествия. Скажу только, что не все верят в метеорит, природное явление, крушение инопланетного корабля, столкновение с Землей миниатюрной черной дыры (есть и такая версия) или испытание какого-то оружия. Многие уверены, что катастрофа была связана именно с попыткой Николы Теслы передать энергию на большое расстояние.

Лично я к этой версии отношусь довольно скептически, но если ученый смог создать прибор, который мог сотворить такое, то только представьте, какой потенциал имели созданные им технологии, которые мы сейчас используем для развлечения.

Катушка Теслы несет в себе не только красоту, но и опасность.

Прямых доказательств или явных опровержений виновности Николы Теслы во взрыве в Сибири нет. Поэтому оставим версию конспирологами или простым людям для развития фантазии.

Что вызывает статическое электричество.

Как сделать катушку Теслы

На самом деле было несколько некорректно расписывать, как сделать такой прибор дома самостоятельно, так как он может быть очень опасен как для людей, так и для домашней техники. Достаточно просто знать, что это возможно и на YouTube полно роликов о том, как приобщиться к этому явлению.

Добавлю только, что для создания миниатюрной катушки достаточно обзавестись несколькими вещами, которые можно найти в гараже более-менее запасливого ”самоделкина”.

Сделанная в домашних условиях катушка Теслы может даже зажигать лампочки рядом с ней.

По сути вам понадобится только источник питания, небольшой конденсатор, маленькая катушка проводника для первичной обмотки, пара сотен метров тонкой медной эмалированной проволоки для вторичной обмотки, диэлектрическая труба для ее намотки и все.

Если вы решили сделать что-то подобное, то в каждом ролике более точно расскажут, что нужно для эксперимента. Но помните, что без специальной подготовки это может быть смертельно опасно.

Катушка Тесла: война токов, конструкция, трансформатор

Содержание

• 1 Война токов
• 2 Конструкция катушки Тесла
• 3 Трансформатор Тесла

Катушка Тесла – плоская спираль, обладающая наравне с индуктивностью большой собственной ёмкостью. Патент на изобретение подан в январе 1894 года. Автором, естественно, стал Никола Тесла. Под этим названием массово известен трансформатор, принцип действия прибора основывается на колебательных контурах.

Война токов

Сегодня это читается, как научный роман, но на стыке XIX и XX века действительно велась война токов. Все началось, когда за наладку работы генератора в Европе компания не заплатила молодому Тесла ни копейки. Хотя награда обещалась солидная. Недолго думая, Тесла покидает родину и плывёт в США. На пути исследователя преследуют неудачи, в итоге путешествие окончилось благополучно. Взять эпизод, когда в дороге теряются все деньги. Отказаться? Нет!

Тесла чудом пробирается на корабль и половину пути находится под эгидой капитана корабля, подкармливающего путешественника в собственной столовой. Отношения чуть охладились, когда молодой Тесла оказался замечен в центре возникшей на палубе потасовки, где раздавал с правой и левой, благодаря внушительному росту (при малом весе). В результате Тесла прибыл на берег и в первый день умудрился помочь с починкой генератора местному торговцу, заработав небольшое вознаграждение.

Н.Тесла

Имея на руках рекомендательные письма, Никола идёт устраиваться в компанию, где работает денно и нощно, проводя время сна на лежанке в лаборатории. Эдисон сыграл плохую шутку с молодым будущим визави: пообещал солидную награду за улучшения в работе электрического оборудования. Сложность быстро решилась, а изобретатель резьбы для цоколя лампочки сослался на коммерческий розыгрыш. Тесла уже мысленно распределил обещанную награду на проведение опытов, и шутка не вызвала у изобретателя тёплого душевного отклика. Молодой иммигрант покидает компанию с целью создать собственную.

Одновременно Тесла лелеет идеи на предмет борьбы с любителем розыгрышей. Во время прогулки с другом вдруг понимает, как реализовать теорию вращающегося поля Араго: требуется две фазы переменного тока. На момент 80-х годов XIX века идея считалась поистине революционной. Прежде двигатели, лампочки накала (в стадии совершенствования) и большинство лабораторных опытов обходились постоянным током. Так делал Георг Ом.

Тесла берет патент на двухфазный двигатель и заявляет, что возможны и сложные системы. Идеи заинтересовывают Вестингауза, начинается долгая история о правоте. Эдисон, как обычно, не скупился в средствах. Ходят истории, что он брал генератор переменного тока и истязал им до смерти животных. Якобы электрический стул придуман Эдисоном в соавторстве с неизвестным. Причём первый конструктор случайно или намеренно допустил ошибку, да так, что осуждённый мучился долгое время, в довершение буквально взорвался, выплеснув наружу внутренние органы.

Электрический стул

Второго бедолагу адвокатам Вестингауза удалось спасти, заменив казнь на пожизненное заключение. Спасение не остановило Эдисона, вознамерившегося к стулу изобрести вдобавок и стол. Тесла постарался продемонстрировать ответный ход, выдвинув ряд аргументов:

1. Переменный ток проще передавать на большие расстояния, благодаря возможности использования трансформаторов. Повышенное напряжение вызывает меньшие потери в активном сопротивлении проводов. Уже в первых опытах удалось преодолеть расстояние в 30 км (проводились не Теслой). Эдисон едва сумел осилить милю. Выгода налицо – возможно оставить предприятия на месте, а энергию транспортировать невесть откуда (где вырабатывается). Добро на строительство первой ГЭС в районе Ниагарского водопада заработал Тесла.
2. Переменный ток высокой частоты (от 700 Гц) безопасен для человека. Тесла лично доказывал этот факт. Пропускал через тело высоковольтный сигнал и особенного не происходило. Держал в руках лампочку накала, служа цоколем, та горела! По справедливости, токи высокой частоты в промышленности применять не стали. При строительстве Ниагарской ГЭС заложили параметры, поныне применяемые на территории США. Никола Тесла утверждал, что высокочастотный ток даже полезен для человека, при выборе конкретных цифр для промышленной сети победили 60 Гц. В Интернете идут споры, почему показатель стал стандартом в США. Вероятно, ответ кроется в особенностях эксплуатации оборудования, станков. При использовании асинхронного двигателя скорость оборотов вала чуть отстаёт от поля, получается 3000 оборотов в минуту, что находится в районе типичных цифр. Частоту 700 Гц, безопасную для человека, пришлось бы понижать, что неудобно.

   Испытания Тесла

3. Факт, что для работы оборудования требовалось несколько фаз, сыграл на руку: мощность равномерно распределена по линиям. Причём генератор в естественном режиме поддерживает способ. В отличие от тех, где используется статическое электричество.

Предприимчивые американские дельцы даже карты игральные выпустили, где фигурировала упомянутая война токов. К примеру, на изображении джокера размещена известная башня Ворденклиф, на строение ориентировались писатели-фантасты, режиссёры аналогичного толка кинокартин. Исторические факты уточняют, насколько напряжённой оказалась борьба – причина блеска изобретательского гения. Свитая из 50 витков толстого кабеля катушка Тесла конструктивно входила в состав башни Ворденклифа…

Конструкция катушки Тесла

Никола Тесла заметил любопытный факт: собственная ёмкость катушки индуктивности пропорциональна квадрату разницы потенциалов между соседними витками. Факт не преподают в классическом курсе физики, эффект считается паразитным, и силы направлены на борьбу с означенным. Тесла решил: если паразитную ёмкость катушки индуктивности удастся поднять до значительных размеров, в противовес обычным микро- или нано-фарадам, в результате выйдет колебательный контур. Главное, паразитная ёмкость станет запасать ток, направление разряда тока обратно возникающей при отключении питания противо-ЭДС.

Это потрясающая возможность, особым образом уложив витки медного провода, экономить на конденсаторных блоках. Если читатели в теме, то слышали про корректоры фазы для снижения трат на электроэнергию. Это конденсаторные блоки, компенсирующие индуктивное сопротивление потребителя. Особенно актуально для трансформаторов и двигателей. Лишние траты показывает лишь счётчик реактивной мощности. Это мнимая энергия, полезной работы у потребителя не выполняющая. Циркулируя туда и сюда, разогревает активные сопротивления проводников. В местности, где ведётся учёт полной мощности (к примеру, предприятия) это ощутимо увеличивает счета на оплату поставщикам электроэнергии.

Теперь несложно понять, как изобретение Тесла планировалось использовать в промышленности. Изобретатель в патенте US 512340 приводит две схожие конструкции катушки:

• На первом чертеже представлена плоская спираль. Один вывод катушки Тесла находится на периферии, второй берётся из середины. Конструкция проста в работе. При разнице потенциалов между выводами в 100 В и количестве витков в тысячу, в среднем, между соседними точками спирали падает 0,1 В. Для вычисления цифры делим 100 на 1000. Собственная ёмкость пропорциональна квадрату 0,1 и не окажется слишком большой.
• Тогда Тесла предлагает взглянуть на второй чертёж, где представлена катушка бифилярная. Это плоская спираль, но два провода вьются рядом. Причём концы второго контура закорочены и соединены с выводом первого. Получается, что альтернативная нить по длине обнаруживает одинаковый потенциал. Если представить, что к конструкции приложено 100 В, результат изменится. Действительно, теперь поблизости идут провода двух разных нитей, причём на единственной по длине – исключительно нуль. В результате, в среднем, разница потенциалов составляет 50 В, а собственная ёмкость катушки Тесла больше, нежели у предыдущей схемы, в 250000 раз. Это значительная разница, и очевидно, возможно найти выгодные параметры сети. К примеру, Тесла работал на частотах 200 – 300 кГц.

Работа катушки

Изобретатель указывает, что испробовал различные формы и конфигурации. В смысле полезности квадрат не отличается от представленного на рисунках круга или прямоугольника. Форму волен выбирать конструктор. Катушки Тесла не находят сегодня массового применения. Изобретателю воспротивились предприниматели. Неизвестен разговор, произошедший между бизнесменами и Эдисоном, но, числясь акционерами новой ГЭС, магнаты прослышали, что башня Ворденклифа, построенная на удобном месте, способна стать первой пташкой в передаче энергии на расстояния без проводов.

Спонсор строительства был хозяином медных заводов и хотел просто продавать металл. Беспроводной метод передачи энергии невыгоден. Если бы Дж. П. Морган знал, что сегодня большая часть кабелей изготавливается из алюминия, возможно, отнёсся бы иначе, но вышло, что Никола Тесла достраивал башню в гордом одиночестве, и конструкция не приняла предполагаемого размаха.

По второй версии Никола Тесла задумал создавать энергию из воздуха, о чем судачат на Ютуб. Некий изобретатель доказывает, что в сердцевину магнита, на равном удалении от полюсов втягивается энергия эфира, и требуется уметь преобразовать её в электричество. Изложена кратко идея Теслы. Мастер-самоучка, осмелившийся на выставке представить генератор свободной энергии на 13 кВт, исчез в неизвестном направлении заодно с семьёй. Подобные факты наводят на мысль, что у башни Ворденклифа оказалось гораздо больше противников, чем принято думать.

По замыслу Тесла предвиделось 30 фабрик в мире. Они производили бы и принимали энергию, вели широкое вещание. По-видимому, посчитали, что это станет крахом местной экономики, хотя двигатели Бедини и сегодня строят, используя теории Тесал. Итак, катушки лежали в основе передающих и приёмных устройств: конструкция идентичная. Но сегодня эти любопытные изобретения надёжно забыты, если не считать микрополосковых технологий, где встречаются квадратные и круглые спирали-индуктивности аналогичного толка.

Трансформатор Тесла

Выше сказано, что в основе передающих устройств лежали катушки Тесла, допустимо назвать резонансными трансформаторами. Посредством трансформаторной связи на катушку Тесла закачивается высокий потенциал. Заряд идёт до пробоя разрядника, потом начинаются колебания на резонансной частоте. Если одна трансформаторная связь через катушку с большим количеством витков передаёт высокое напряжение на излучатель или разрядник.

Любой волен убедиться, что конструкция башни Ворденклиф напоминает гриб, но в основании лежит плоская катушка Тесла. В качестве излучателя применяется больших объёмов тор, обладающий ёмкостным сопротивлением. В современном виде промежуточный контур содержит обычные конденсаторы, настраиваемые под параметры «бублика». Большим достоинством конструкции считается отсутствие ферромагнитных материалов.

Катушки Теслы

и принцип их работы — Высокое напряжение — Наука

Катушки Тесла

— это резонансные трансформаторы с воздушным сердечником. Он работает путем согласования всех компонентов в системе, чтобы они резонировали на одной (или гармонической) частоте. Конечным результатом является то, что входное напряжение увеличивается на огромную величину.

 

Пример Катушки Теслы

Катушки Тесла могут быть разных форм. Эти два примера мы сделали для раздела «Сделай сам». На изображении справа показана катушка Тесла с питанием от батареи, в которой используется драйвер катушки зажигания для зарядки конденсатора резервуара. На крайнем левом изображении выше показан «Плазменный пистолет», который представляет собой гораздо меньшую ручную версию другой катушки Теслы, показанной справа. Также ознакомьтесь с нашей катушкой Теслы SRSG мощностью 1 кВт!

Как работает катушка Теслы

На этом изображении показана простая схематическая диаграмма катушки Теслы. Существует множество конфигураций на выбор. Используя эту конфигурацию, TC питается от источника постоянного тока высокого напряжения, такого как выпрямленный выход трансформатора неоновой рекламы (NST). Устройство работает циклично. Это означает, что в цепи происходит ряд изменений, пока она не будет сброшена и не начнется следующий цикл.

Прежде всего, конденсатор (C1) заряжается от источника питания (HVDC). Когда напряжение на конденсаторе становится достаточно высоким, воздух в искровом промежутке (SG) разрушается и позволяет протекать току. Это формирует резонансный контур LRC (индуктивность/сопротивление/емкость) до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет настолько, чтобы погасить искровой промежуток. Все это занимает доли секунды и завершает один цикл. После этого конденсатор снова начнет заряжаться. Но как насчет остальной части цепи? Прежде всего, мы должны больше узнать о схеме LRC, описанной выше.

Когда воздух в искровом промежутке разрушается, он действует как переключатель, соединяющий заряженный конденсатор параллельно с дросселем или катушкой (L1). Когда начальный ток течет по LC-контуру, энергия от C1 сохраняется в магнитном поле, создаваемом L1. Когда конденсатор разряжается, магнитное поле разрушается. Это разрушающееся поле заставит ток течь в противоположном направлении, как и раньше, что приведет к перезарядке конденсатора. Затем этот процесс будет повторяться, заставляя ток колебаться туда-сюда, пока энергия не будет рассеяна за счет потерь в цепи и искровой разрядник не погаснет. Этот цикл происходит внутри другого цикла, описанного ранее, то есть каждый раз, когда искровой разрядник срабатывает (1-й цикл), ток будет колебаться между C1 и L1 (2-й цикл). Частота, с которой колеблется 2-й цикл, определяется физическими значениями компонентов. Это известно как резонансная частота. Вторую часть контура (С2 и L2) нужно построить так, чтобы ее собственная резонансная частота была такой же, как и у предыдущей части.

 

Краткая история Николы Теслы и катушки Теслы

Катушка Тесла (ТК) была изобретена в 1891 году Николой Теслой. Это одно из многих созданных им гениальных устройств, которые проложили путь развития нашей технологии. Электрическая сеть переменного тока, радиопередатчики и системы зажигания автомобилей, которые мы используем сегодня, произошли непосредственно от изобретений Теслы. Так почему же большинство людей никогда не слышали о нем? История, кажется, записывает две разные версии Теслы. Одна из них заключается в том, что он был сумасшедшим изобретателем и делал необоснованные заявления о фантастических изобретениях, тогда как другая версия касается недооцененного, неправильно понятого гения. Именно первое кажется официальной точкой зрения, хотя теперь кажется, что настоящий Никола Тесла был комбинацией обоих этих мнений.

Никола Тесла родился в Смильяне, Хорватия, в 1856 году. В детстве у Теслы была проблема, когда определенные вещи могли вызывать визуальные воспоминания, и они казались ему реальными. Эти образы могли сохраняться, тем самым заслоняя его истинное видение. Он научился контролировать эти образы до того, как повзрослел, и мог использовать этот «дар» в своих интересах.

У него была незаурядная фотографическая память, которая позволила ему легко выучить шесть языков. Он использовал свои навыки визуализации, как сегодня мы используем программу САПР. В своей автобиографии он заявляет, что смог построить машины, проверить их работу и разобрать их, чтобы проверить наличие оборудования; Все в его уме!

Вращающиеся магнитные поля и резонанс очаровали Теслу. Он часто постоянно работал над своими изобретениями и теориями, спал всего два часа в день. Тесла всегда ел в одиночестве и чувствовал необходимость точно отмерять количество еды, которое он собирался съесть. Он также был одержим микробами и избегал непосредственного прикосновения к посуде. Именно такое навязчивое поведение создавало у людей впечатление, что он «ненормальный». Это также могло привести к его умственному упадку в более поздние годы. В дни изобретательства Тесла придумал несколько удивительных идей и устройств. Часто остальная часть научного сообщества неправильно понимала его, поскольку идеи были настолько далеки от всего, что понимали сами. Тесла утверждал, что он может передавать энергию по всему миру без использования проводов, и что сама энергия может быть получена свободно из окружающей среды без необходимости в топливе. Эти идеи сделали его непопулярным среди истеблишмента, поскольку такие устройства уменьшили бы их политическую власть и общее богатство. Только в последнее время некоторые из этих работ стали восприниматься всерьез. Вокруг этих тем ходит много теорий заговора, но здесь они обсуждаться не будут. Вы можете узнать больше об этой науке, перейдя в раздел физики на этом сайте. Также рекомендуется дополнительно прочитать о Николе Тесле, если вы интересуетесь этой темой.

Изобретение Николой Теслой переменного тока — это то, что сегодня используется для питания домов, однако многие люди связывают имя Эдисона с происхождением электричества. И Тесла, и Эдисон соревновались друг с другом в продвижении своих идей как лучших технологий. Эдисон пытался продвигать электричество постоянного тока как лучший способ обеспечить энергией дома и пошел на крайние меры, пытаясь дискредитировать работу Теслы, чтобы представить свою работу лучше. Видео, показанное ниже, было снято в 1903 году, когда Эдисон убил слона током, чтобы показать опасность переменного тока.

Дело в том, что электричество переменного тока Tesla на самом деле безопаснее во многих отношениях. Эдисон только что сделал ток очень большим. Такие большие токи убивали бы независимо от переменного или постоянного тока. Большинство из нас узнали об Эдисоне в школе, но редко упоминают, каким жестоким и бесчестным человеком он был. Тесла стремился сделать мир лучше для всех, Эдисон стремился к богатству и власти. К сожалению, деньги обычно имеют больше силы изменить ситуацию, чем добрая воля.

Как сделать катушку Тесла

На фотографии слева показан электрический разряд через небольшое пламя на верхней сфере самодельной катушки Теслы с батарейным питанием. Цель этой конструкции состояла в том, чтобы получить максимально возможное напряжение (или самую длинную дугу) от одного автономного устройства. Эта катушка работает от батареек SLA 12В или 24В. Пара автомобильных катушек зажигания используется для обеспечения около 20 кВ для зарядки конденсаторной батареи. Катушки зажигания управляются прямоугольным сигналом переменной частоты от микросхемы синхронизации 555 и четырех больших транзисторов (2N3055).

Дополнительная информация: Самодельная катушка Теслы

Катушки Теслы: как они работают собственную 8-дюймовую катушку, что означает, что я часто получаю привилегию запускать этот мощный 12-дюймовый образец со скоростью 100 бит/с.

8-дюймовый «Феникс»

В действии на Ноттингемском фестивале Gaussfest несколько лет назад. Питание было от полюсного распределительного трансформатора 9.0059 (PDT) , а катушка работала в синхронно-вращательном режиме со скоростью 200 бит/с с фазовым управлением.

Емкость составляла 115 нФ, обеспечиваемая импульсным конденсатором (65 нФ) и конденсаторами Cornell-Dubilier 942C20P15K-F (50 нФ).

С тех пор катушка была обновлена: увеличена мощность (меньшее значение балласта), увеличена емкость (125 нФ) и использован более крупный (заимствованный) тороид

50 x 11 дюймов .

Все это позволило повысить производительность. К сожалению, все места, которые я сейчас посещаю, имеют низкие потолки, поэтому большие катушки никогда не смогут достичь своей истинной производительности.

Чтобы решить эту проблему, в 2015 году змеевик был опущен, и в то же время ему была предоставлена ​​возможность работать со смещенными электродами парогенератора.
Это включает в себя замену моего «обычного» диска ротора на новую «офсетную» версию. Чтобы облегчить смену дисков для сравнительных тестов, компоновка базового блока также была изменена, чтобы обеспечить более быстрый и легкий доступ.

Практическая работа над этим завершена, испытания должны состояться в октябре 2015 года. Тем временем я добавил новые Веб-страница , объясняющая детали.

Обычные трансформаторы

используют сердечник из мягкого железа и магнитную связь, при этом соотношение обмоток определяет выходное напряжение.

Выходное напряжение сердечника из мягкого железа:
Vs = (Vp x (сек. виток / первичный виток)

Трансформаторы с воздушным сердечником представляют собой другую разновидность, и их выходное напряжение определяется в основном значениями емкости и индуктивности двух катушек. , (аналог обмоток обычного трансформатора) .

Выходное напряжение с воздушным сердечником:
Vs = Vp*sqrt(Cp/Cs)
или
Vs = Vp*sqrt(Ls/(2 x Lp))

Vp = пиковое первичное напряжение
sqrt = квадратный корень
Cp = значение первичной емкости
Lp = первичная индуктивность
Cs = значение вторичной емкости
Ls = вторичное значение индуктивности
Vs = вторичное выходное напряжение

Первая часть моей катушки Тесла питается от обычного распределительного трансформатора на 12 кВ ( , он же «Свиньи»).

(Щелкните на изображении выше, чтобы узнать подробности о трансформаторе)

Затем он подается в резонансный трансформатор с воздушным сердечником , или, как их просто называют….. катушка Тесла.

Чтобы понять, как работает катушка Тесла, сначала нужно понять
несколько основных моментов об используемых компонентах и ​​терминах:

1) Катушки индуктивности: (компонент)
Первичная и вторичная катушки катушки Теслы являются катушками индуктивности с точки зрения электричества. Когда ток, протекающий через индуктор, изменяется, он создает противоположное или обратное напряжение. Статья Википедии

2) Искровые разрядники:

(компонент)
Свеча зажигания в автомобиле представляет собой основной искровой разрядник, напряжение пробоя которого зависит от величины межэлектродного зазора. Как только он проводит, горячий ионизированный воздух в зазоре дает ему возможность продолжать, пока течет ток.

3) Конденсатор: (деталь)
Хорошая аналогия для конденсатора — думать о нем как о губке, помещенной на пролитую воду и оставленной медленно впитывать ее. Если оставить на минуту, а затем быстро и сильно сжать, минутное впитывание мгновенно высвобождается за доли секунды. В схеме катушки Тесла эта так называемая стадия «всасывания» длится всего несколько миллисекунд, в то время как «выжимание» может происходить в тысячу раз быстрее за несколько микро (миллионных) долей секунды. Статья Википедии

4) Резонанс: (терминология)
Свойство резонанса является фундаментальным для работы катушек Тесла.

Хорошая аналогия — садовые качели. Если оставить его раскачиваться самостоятельно, он будет делать это на своей резонансной частоте, замедляясь только из-за трения и гравитации. Если вы стоите позади качелей и каждый раз толкаете их так же, как они отклоняются от вас, они будут становиться выше с каждым последующим толчком. Это потому, что вы добавляете мощность в правильный момент времени в цикле свинга и только в этот момент. Таким образом, вы добавляете импульс в тот же интервал времени, что и резонансная частота колебаний, это означает, что толчок, который вы дали, находится в резонансе с колебаниями.
Резонанс волшебным образом не увеличивает количество энергии, он лишь облегчает ее передачу. Так что, если вы ищете связанную с Тесла информацию о так называемой «свободной энергии» или «нулевой точке» энергии, которую некоторые люди, кажется, связывают с катушками Тесла, этот сайт не для вас!

5) Резонансный контур (терминология)
Если конденсатор поместить на катушку индуктивности и подать напряжение, у вас будет резонансный контур. Когда конденсатор разряжается, он посылает ток в индуктор, который сохраняет его в виде энергии в своем магнитном поле. Но когда конденсатор разряжается, ток в катушке также уменьшается. Это приводит к тому, что его магнитное поле разрушается и генерирует противоположное напряжение обратно в конденсатор, позволяя циклу начаться сначала. Количество циклов «вперед-назад» в секунду равно резонансной частоте контура, выраженной в герцах (Гц).

Использование различных емкостей и индуктивностей дает разные частоты.
Примечание: Из-за резистивных потерь ток снижается до нуля в каждом цикле.
Бесплатной энергии НЕТ!

В схеме , показанной на рис. 1 выше, конденсатор ( ‘C’ ) заряжается от источника высокого напряжения, как в моем примере с губкой, впитывающей воду.

Как только конденсатор достигает достаточно высокого напряжения, искровой разрядник срабатывает и проводит ток (рис. 2 ниже). Искровой разрядник теперь представляет собой короткое замыкание, которое замыкает резонансный контур (показан красным) первичной катушки индуктивности и конденсатора.

Срабатывание искрового промежутка представляет собой практически мгновенный разряд энергии конденсатора в индуктор и напоминает мой предыдущий пример мгновенного выдавливания губки.
Индуктор (первичный) сохраняет эту энергию в своем магнитном поле, его силовые линии пересекаются со вторичной катушкой (другой индуктор) и индуцируют в ней напряжение. Как только конденсатор опустеет, ток в индукторе прекратится, и его магнитное поле разрушится, в результате чего обратный ток (теперь довольно уменьшенный) снова потечет обратно в конденсатор.

Этот обратный цикл уменьшения (называемый «первичным выключением») от конденсатора к индуктору и обратно продолжается до тех пор, пока ток не станет недостаточным для поддержания проводимости искрового промежутка. Следует помнить, что каждый раз, когда происходит этот первичный цикл, все больше энергии передается вторичному, поэтому магнитное поле первичного индуктора накапливает все меньше и меньше энергии в каждом цикле.

К сожалению, каждый раз, когда искровой разрядник проводит, также происходят потери в виде тепла и света, поэтому вам нужно минимальное количество циклов, соответствующее передаче всей доступной энергии во вторичную обмотку. 92
C = Фарады, V = напряжение, при котором срабатывает разрядник.

Здесь видно, что удвоение значения C (при условии, что ваш источник питания достаточно надежен) даст вам вдвое большую мощность. Но удвоение напряжения, до которого заряжается конденсатор, даст в 4 раза больше мощности, потому что значение напряжения возводится в квадрат, поэтому, если вам нужна длина искры, лучше выбрать источник питания с более высоким напряжением.

Пока первичный контур резонирует и передает свою энергию, во вторичном контуре также происходит следующее одновременно ………

Тороид наверху катушки действует как конденсатор по отношению к окружающей земле. Это легче увидеть на диаграммах ниже.

Рис. 1 аналогичен Рис. 2 , потому что на самом деле тороид разряжается по воздуху на землю. Если теперь заменить тороид символом конденсатора (рис. 3 ) и переставить элементы, получится рис. 4 .

Это означает, что вторичная катушка (катушка индуктивности) вместе с емкостью тороида и образует резонансный контур, ведущий себя как первичный контур. Таким образом, энергия вторичной обмотки также резонирует между катушкой и тороидом. Однако он не затухает так же, как первичный, а наоборот, неуклонно растет.

Это потому, что в нужный момент времени своего цикла (например, вы толкаете эти качели в примере) другое магнитное поле от первичной цепи, которое, как вы помните, равно и , резонируя на той же частоте, передает во вторичную цепь немного больше энергии, запасенной .

Таким образом, , когда происходит первичный вызов, вызывающий потерю энергии первичным, вторичный набирает силу, что называется вторичным запуском.
Помните, что первичная и вторичная части должны иметь одинаковые резонансные частоты, чтобы они могли успешно взаимодействовать (на самом деле существует преднамеренное небольшое несоответствие, объясненное в другом месте). Обычно это сотни килогерц.
В конце концов, напряжение на поверхности тороида в верхней части возрастает настолько, что изогнутая поверхность тороида больше не может удерживать заряд, и происходит прорыв. Это будет либо туманный фиолетовый коронный разряд, либо, если все компоненты должным образом сбалансированы друг с другом, беловатая сплошная стримерная полоса, спускающаяся на землю или в воздух.

В идеальная катушка Тесла, как только произойдет прорыв, это будет концом дела, позволяя начать новый цикл зарядки заново. Однако обычно происходит то, что, когда поле вторичной обмотки начинает разрушаться, она снова начинает передавать свою энергию обратно первичной. Это связано с тем, что горячий ионизированный искровой разрядник в первичной цепи зарядки все еще способен проводить несколько уменьшенную энергию, возвращаемую теперь вторичной.

Этот означает, что любая оставшаяся энергия в схлопывающейся вторичной обмотке, которая могла бы пойти на продление разряда, тратится впустую, направляясь вместо этого обратно в первичную. Это может привести к повторному повторению всего цикла передачи от первичного к вторичному, а в худшем случае даже к трем или четырем повторениям.

Какая проблема с которой вы говорите? Ну, во-первых, лучше иметь всю энергию, образующую один высокий заряд, а не несколько циклов последовательных убывающих зарядов.
И, во-вторых, никакая новая энергия от источника питания не может быть добавлена ​​в цепь, пока искровой разрядник не погаснет, а это не может произойти, пока текущий цикл не остановится.

Существуют различные способы решения проблемы этих нежелательных циклов. В так называемом статическом искровом разряднике вы можете использовать либо Всасывание , либо вентилятор для удаления горячего ионизированного воздуха между электродами, а также для их охлаждения, так как оба действия способствуют гашению.

Еще 9Метод 0051 – вращающийся искровой разрядник. В них искровой разрядник состоит из неподвижного электрода, а другой вращается, как распределитель в автомобильном двигателе. Эти искровые разрядники бывают двух разных типов. Асинхронный [ARSG] и синхронный [SRSG] , причем в последнем положение вращающихся электродов при каждом обороте напрямую связано с циклом частоты сети, в то время как в асинхронной системе это не так.
В синхронной системе вы делаете так, чтобы вращающиеся электроды совпадали с неподвижными, когда цикл переменного тока равен 9.0059 около своего пика (обычно вы стремитесь примерно к 1 мс или около того после пика). Это позволяет конденсатору разряжаться в первичную обмотку в оптимальное время цикла зарядки. Вращающиеся электроды также воздействуют на окружающий воздух, способствуя собственному охлаждению.

Это не фактическое разделяющее действие вращающихся электродов, которые гасят дугу, это потому, что искра может значительно растянуться после зажигания. Гашение происходит естественным образом на одном из первичных надрезов, и мы надеемся, что этот надрез произойдет после того, как электроды достаточно сместятся, прежде чем конденсатор перезарядится в достаточной степени, чтобы начать цикл заново.

Асинхронные разрядники , поскольку в них используются вращающиеся электроды, также воспламеняются с постоянной скоростью, но в их случае это не зависит от того, где находится цикл переменного тока. Это означает, что конденсатор может быть не полностью заряжен во время срабатывания. Это также может означать, что может возникнуть обратная ситуация, когда на конденсаторах и высоковольтном источнике может возникнуть более высокое, чем обычно, напряжение. По этой причине асинхронные системы не следует использовать с NST , поскольку они иногда могут быть довольно хрупкими при воздействии высоких скачков напряжения.

Даже у поворотных разрядников есть свои недостатки. По мере увеличения напряжения, с которым работает искровой разрядник, синхронизация имеет тенденцию к опережению.