Индукционная катушка тесла. Катушка Тесла: принцип работы, устройство и применение

Что такое катушка Тесла и как она работает. Какие компоненты входят в состав катушки Тесла. Где применяются катушки Тесла в современном мире. Как самостоятельно собрать простую катушку Тесла.

Что такое катушка Тесла и кто ее изобрел

Катушка Тесла — это устройство, созданное знаменитым изобретателем Николой Теслой в 1891 году. Оно представляет собой резонансный трансформатор, способный генерировать высокое напряжение высокой частоты. Главная особенность катушки Тесла заключается в том, что она может передавать электричество без проводов на небольшие расстояния.

Никола Тесла разработал это устройство в ходе экспериментов по беспроводной передаче энергии. Он надеялся создать глобальную систему беспроводного электроснабжения, но в полной мере реализовать эту идею не удалось. Тем не менее, катушка Тесла стала важным изобретением, нашедшим применение в науке и технике.

Принцип работы катушки Тесла

В основе работы катушки Тесла лежит явление электромагнитной индукции. Устройство состоит из двух катушек — первичной и вторичной, которые образуют резонансный трансформатор. При подаче переменного тока в первичную обмотку возникает переменное магнитное поле, которое наводит ЭДС во вторичной обмотке.

За счет резонанса между катушками происходит многократное усиление напряжения. На выходе вторичной обмотки генерируются высоковольтные импульсы с частотой до нескольких мегагерц. Напряжение может достигать миллионов вольт, что приводит к образованию эффектных электрических разрядов в воздухе.

Основные компоненты катушки Тесла

Типичная катушка Тесла включает следующие основные элементы:

• Первичная обмотка — катушка из толстого провода с небольшим числом витков
• Вторичная обмотка — катушка из тонкого провода с большим числом витков
• Конденсатор — для создания колебательного контура с первичной обмоткой
• Разрядник — для генерации импульсов тока в первичной цепи
• Тороид — металлический терминал на вершине вторичной катушки
• Источник питания — трансформатор для подачи высокого напряжения

Правильный подбор и настройка этих компонентов позволяют добиться максимальной эффективности работы устройства.

Применение катушек Тесла в современном мире

Несмотря на то, что идея глобальной беспроводной передачи энергии не была реализована, катушки Тесла нашли применение в различных областях:

• Научные исследования в области физики плазмы и высоких напряжений
• Генерация озона в системах очистки воды и воздуха
• Создание специальных световых эффектов в кино и на концертах
• Беспроводная передача энергии на небольшие расстояния
• Образовательные демонстрации по электромагнетизму

Кроме того, принципы работы катушки Тесла используются в некоторых современных устройствах, например, в системах зажигания автомобилей.

Как собрать простую катушку Тесла своими руками

Для сборки простейшей катушки Тесла понадобятся следующие компоненты:

• ПВХ труба диаметром 50-100 мм и длиной около 30-50 см
• Медный провод разного сечения для первичной и вторичной обмоток
• Высоковольтный трансформатор (например, от неоновой вывески)
• Конденсатор на 10-20 нФ
• Разрядник из двух болтов
• Алюминиевый диск для тороида

Сборка катушки Тесла требует определенных навыков и соблюдения техники безопасности. Важно помнить, что устройство генерирует опасно высокое напряжение.

Интересные факты о катушках Тесла

Вот несколько любопытных фактов об этом изобретении Николы Теслы:

• Самая большая катушка Тесла была построена в России. Ее высота составляет 20 метров, а длина генерируемых разрядов достигает 100 метров.
• Катушки Тесла использовались для создания спецэффектов в фильмах о Франкенштейне.
• Музыкальная группа ArcAttack исполняет музыку с помощью модифицированных катушек Тесла.
• В США ежегодно проводятся соревнования по конструированию катушек Тесла.

Меры безопасности при работе с катушкой Тесла

При эксплуатации катушки Тесла необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Не приближаться к работающей катушке ближе чем на 2-3 метра
• Не прикасаться к компонентам устройства во время работы
• Использовать только изолированные инструменты
• Не включать катушку вблизи электронных устройств
• Работать только в хорошо проветриваемом помещении из-за образования озона

Несоблюдение правил безопасности может привести к поражению электрическим током и другим травмам.

Перспективы развития технологии катушек Тесла

Хотя классические катушки Тесла уже не используются для передачи энергии, принципы их работы находят применение в современных технологиях беспроводной передачи электричества. Ведутся исследования по использованию резонансных трансформаторов для:

• Беспроводной зарядки электромобилей
• Питания имплантируемых медицинских устройств
• Передачи энергии между космическими аппаратами
• Создания компактных источников высокого напряжения

Возможно, в будущем удастся реализовать идею Теслы о глобальной беспроводной передаче энергии в том или ином виде.

Бифилярная катушка Н.Тесла. Индукционная плита. Безопасная энергия. Намотка бифилярной катушки.

12+

8 месяцев назад

Сотворчество17 подписчиков

Бифилярная катушка Н.Тесла. Индукционная плита. Безопасная энергия. Намотка бифилярной катушки. Краткое описание видео: Для намотки бифилярной катушки понадобится двойной медный многожильный кабель, длиной от 5 до 10 метров, в зависимости от нужного размера. Размер катушки определяется по индукционной плите. Катушка не должна быть слишком большой или маленькой, а примерно соответствовать размеру внутренней катушки плитки. Сечение кабеля может быть различным, но для новичков проще всего использовать два на два с половиной. Подойдёт и кабель акустический. Удобнее мотать плоский и мягкий кабель, нежели круглый и жёсткий. В идеале верхнюю толстую изоляцию лучше снимать, но тогда намотать катушку будет сложнее. Катушку можно закручивать как в правом, так и в левом направлениях. Просто перевернув её на другую сторону, получим другое направление.

В целом правосторонний вихрь считается полезнее. Намотку следует производить от середины, предварительно оставив пятьдесят сантиметров свободного кабеля. Для фиксации кабеля при намотке удобнее использовать суперклей. Также можно скреплять изолентой, скотчем, пластиковыми хомутами-стяжками. Для включения бифилярной катушки следует правильно соединить провода: верхний провод из середины катушки соединяем с нижним проводом края катушки. Оставшиеся два провода подсоединяем к нагрузке. Индукционная плита подойдёт любая, но на самых дешёвых моделях внутренняя катушка не медная, а покрыта лаком под медь, что нежелательно. При подключении важно чтобы кабель от катушки не проходил через панель управления плиткой, это может привести к поломке плиты. Также рядом с работающей бифилярной катушкой недолжно быть электронных устройств, телефонов. Просто положенная на индукционную плитку катушка работать не будет, обязательно нужна нагрузка. Поэтому сначала подключаем приборы-потребители, а уже потом кладём бифилярную катушку на плиту.

Для нагрузки подойдут любые проводники — электрочайники, кипятильники, утюги, масленые и инфракрасные обогреватели, лампы накаливания. Электроника на микросхемах — телефоны, ноутбуки, вентиляторы — выйдут из строя. Оптимальное соотношение выбранной мощности индукционной плиты к нагрузке на бифилярную катушку 1 к 3, то есть на 1000 ватт рабочей плиты 3000 ватт нагрузки. Сверху на бифилярную катушку желательно положить кристаллы и магниты, кроме неодимовых. Кристаллы работают как усилители полезной энергии, а магниты немного тормозят поток и перенаправляют его в стороны, для более полного насыщения окружающего пространства эфиром. Так же на бифилярной катушке можно заряжать воду. В этом видео собрано лишь часть опыта участников чата. Полную информацию читайте в чате ГАРАЖ Цельнозора. https://t.me/garage_tselnozor ( Гараж Цельнозора, для тех кто упорный и любит труд, добро пожаловать! ) Указание авторства не требуется. Формат: МП4 Продолжительность: 03:53 Ширина кадра: 1920 Высота кадра: 1080 Частота кадров: 29 кадров в сек. Скорость потока: 20254 кбит в сек. Размер: 562 Мб Скорость потока Аудио: 316 кбит в сек. Каналы, количество: (стерео) Частота: 48кГц Не забывайте при просмотре ролика включать в настройках — 1080р hd, что бы посмотреть в очень хорошем качестве. Добро пожаловать на наш канал! Подписывайтесь на канал и Вы сможете просматривать или скачивать новые видео каждую неделю!!! Ссылка на видео в YouTube — https://youtu.be/kwqwMi1ltaU Если при скачивании файл не соответствует вышеизложенным характеристикам, или потеряно качество видео, то можно скачать с Яндекс.Диска оригинал. Ссылка на скачивание — https://disk.yandex.ru/d/lIo6GUL3x2XP5Q

Электромагнитная индукция ч.3. Н. Тесла и его загадки

Один из ранних патентов Николы Тесла описывает новый способ намотки катушек. Этот способ он назвал бифилярной намоткой, т.к. катушка мотается сразу двумя параллельными проводами и считал эту намотку очень важным изобретением:

«Бифилярная катушка — электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмотки.
Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек:
1. параллельная намотка, последовательное соединение;
2. параллельная намотка, параллельное соединение;
3. встречно намотанная катушка, последовательное соединение;
4. встречно намотанная катушка, параллельное соединение.
Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих обмотках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток протекал в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к общему магнитному полю равному нулю. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль».

На рисунке выше изображена катушка первого вида и в ней магнитные поля обмоток складываются. Тесла указывал на то, что магнитное поле такой катушки намного больше, чем у обычной.
Вот так выглядит катушка с нулевой самоиндукцией (второй вид):

Любому специалисту по одному её виду становится сразу понятно, что в такой катушке не может появиться индукционный ток, т.к. он будет направлен в обоих проводах в одну сторону и на концах проводов никакой разности потенциалов не будет. Такая катушка будет только греться, но никакой энергии не выдаст. Два оставшихся вида намотки – это частные случаи двух первых и особого интереса не представляют.

Т.к. безындукционная намотка слишком наглядна, то все известные мне изобретатели вечных двигателей сконцентрировались на первом виде намотки, дающем большое магнитное поле. Однако мне долго не давало покоя совершенно не понятное описание катушки в патенте. Вот этот текст:

«Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL : здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий».

И в конце что-то вроде предупреждения:

«Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая».

Действительно, у каждой катушки есть ещё и своя небольшая ёмкость, которая скорее создаёт дополнительные проблемы, чем помогает их решить. К тому же, никто не делает конденсаторы из провода. В общем, стало понятно только то, что патент серьёзно правили и не оставили в нём самой главной информации, до которой, без глубокого понимания процесса, дойти невозможно.

Возможно, что на этом всё и закончилось бы, но мне взбрело в голову намотать катушку первого вида, чтобы проверить, на сколько сильнее магнитное поле она создаст, по сравнению с обычным электромагнитом.

Я нашёл катушку от старого реле длиной 5 см и с сопротивлением обмотки 300 Ом. При подаче на неё постоянного напряжения в 12 В контакты немного искрили и к сердечнику притягивалась железная шайба. Не очень сильно, но наглядно. Ток в цепи был около 40 мА, что соответствует закону Ома.

Т.к. катушка Тесла рассчитана на переменный ток, не подразумевает размещение нескольких дисков из обмоток рядом, а намотка проводом имела бы очень низкое сопротивление и просто сгорела бы от постоянного напряжения, я решил увеличить площадь сечения провода и намотал около 40-50 витков фольгой из старого электролитического конденсатора (очень сложно было ровно мотать сразу два слоя фольги с бумажными изоляторами, поэтому витки не считал). Соединил я обмотки по первому виду. Получилась катушка такой же длины, в два раза толще и с суммарным сопротивлением 7 Ом. По закону Ома ток в такой катушке должен был быть чуть меньше 2 А и фольга при подключении если и не сгорит сразу, то может сильно нагреться.

Однако, меня ждал сюрприз. При подключении питания была чуть заметная искра, а железная шайба даже не шелохнулась. Я сначала решил, что сработала защита от короткого замыкания, но оказалось, что нет. Тогда я померял сопротивление катушки и просто не поверил прибору: оно постоянно менялось от 1-2 Ом до 700 Ом и полного разрыва цепи. Пришлось вскрывать изоляцию катушки и мерять сопротивление каждой обмотки отдельно. Тут всё было в полном порядке: 3 и 4 Ома. Однако сопротивление всей цепи так и прыгало дальше. Вот тут-то я и вспомнил про текст из патента и какие-то упоминания про увеличенную ёмкость такого вида катушек. Я померял ёмкость своей катушки и прибор показал ровно 30 мкФ! Это при том, что обе обмотки соединены вместе!

Тогда я подключил питание, что бы померять ток и оказалось, что ток через неё практически не проходит (нужно будет проситься к товарищу с осциллографом и более точными приборами). Железная шайба не притягивалась вообще и магнитного поля я не обнаружил. Это было странно хотя бы потому, что все пишут про значительное увеличение магнитного поля.

После этого, раз это наполовину конденсатор, я стал мерять напряжение на отключенной катушке. Тут возникла ещё одна загадка: я ожидал, что напряжение будет порядка нескольких вольт и постепенно падать, как на обычном конденсаторе, а оказалось, что оно тоже постоянно колеблется, причём в бОльшую сторону. Сразу после отключения питания я увидел на контактах 0.5 В и оно начало расти до 0.8 В. Когда катушка пролежала сутки на контактах всё равно было остаточное напряжение в 0.2 В, которое в ходе измерения достаточно быстро опять доросло до 0.8 В. Это не так много, но тут дело в том, что катушка никак не хочет разряжаться. Даже после короткого замыкания она довольно быстро набирает свои 0.8 В. Возможно, это наводка от радиоволн, но на обычной катушке от реле, у которой витков раз в 30 больше ничего такого не наблюдается. Буду разбираться. Зато про намотку бифилярной катушки лентой и её свойствах я нигде упоминаний не нашёл, так что возможно буду первооткрывателем 🙂

С другой стороны, это ведь элементарно! Если Тесла хотел создать катушку с большой ёмкостью, то он просто обязан был делать её из ленты, как и конденсаторы, а не из провода. К тому же, он постоянно писал, что его катушка позволяет накапливать в себе намного больше энергии. Именно накапливать. Почему об этом не сохранилось никакой информации? Получается, что он создал LC колебательный контур без отдельных конденсаторов. Всё в одном устройстве!

Теперь становится немного понятнее, каким образом эта энергия накапливалась в катушке: ток индукции был в магнитном поле, а ток самоиндукции накапливался в ёмкости между витками. Получается, что Тесла придумал, как зарядить конденсатор сразу от магнитного поля без преобразователей и потерь! На резонансной частоте реактивное сопротивление этой катушки должно падать до нуля, токи складываться, а не мешать друг другу и резко увеличиваться. А т.к. на этой частоте она не будет создавать помех другим катушкам индуктивности, то сможет служить источником энергии и трансформатор опять превратится в генератор.

Всё это буду проверять уже после отпуска, а в следующем посте расскажу про загадки генератора Фарадея.

Электромагнитная индукция и катушки Тесла: как это работает

Toggle Nav

Поиск

Никола Тесла известен как один из величайших умов в науке. Его эксперименты помогли продвинуть области электричества и магнетизма, сделав возможными многие гаджеты и предметы роскоши, которыми мы наслаждаемся сегодня. Одним из самых известных изобретений Теслы является катушка Теслы, первое устройство, которое могло передавать электричество без проводов. Катушка была создана в 1891 году, до появления трансформаторов с железным сердечником.

Сегодня структуру катушки Теслы можно найти в некоторых телевизорах и в лабораториях.

Как работает катушка Тесла?

Катушка Тесла состоит из 6 основных компонентов: разрядник, конденсатор, трансформатор, первичная катушка, вторичная катушка и верхняя нагрузка. И первичная, и вторичная катушки имеют собственный конденсатор и соединены друг с другом искровым разрядником. Искровой разрядник представляет собой пространство между двумя электрическими проводниками, в котором проходит «искра». Свечи зажигания в автомобиле имеют зазор, который способствует воспламенению топлива в двигателях.

На приведенной ниже схеме показана базовая структура катушки Тесла и ее компонентов. Тор является верхней нагрузкой.

Изображение Omegatron

Эксперименты с катушкой Тесла

Существуют десятки вариантов того, как создать собственную катушку Тесла. Однако его создание может оказаться опасным экспериментом. Только взрослые должны заниматься строительством и должны делать это на открытом пространстве, например, на складе или в гараже, в защитном снаряжении и соблюдая определенные меры предосторожности.

Вот некоторые материалы, которые вам потребуются для проведения простого эксперимента, чтобы узнать об этом великолепном изобретении, электричестве и электромагнитной индукции.

Расходные материалы

• Труба из ПВХ (около 4 футов)
• Трансформатор/источник питания
• Дерево (для основания и искрового промежутка)
• Медная проволока
• Конденсатор
• Гайки и болты для искрового разрядника
• Тор

Базовая конструкция

Два куска дерева послужат основой для вашей катушки. Между двумя частями будут трансформатор, конденсатор и разрядник. Вы можете сделать свой собственный конденсатор с помощью лейденской банки. Вторичная катушка представляет собой медный провод, намотанный на трубу из ПВХ. Первичная катушка также представляет собой медный провод, намотанный по спирали. Трансформатор/источник питания подключается к первичной обмотке. Трансформатор не следует включать до тех пор, пока все не будет настроено и вы не окажетесь на безопасном расстоянии. Когда все настроено и трансформатор включен, электрический ток проходит по проводу и концентрируется в верхней нагрузке или торе, что некоторые называют «молниями».

Катушка Тесла работает благодаря электромагнитной индукции. Это когда изменяющееся магнитное поле вызывает протекание электрического тока. Если вы знаете об электромагнитах, то знаете, что при подаче электрического тока на медную проволоку она становится похожей на магнит, генерируя собственное магнитное поле.

Категории: Магниты в новостях

Метки: магнитный эксперимент и электромагнетизм

Опубликовано: 25 мая 2015

Добавил:

что такое катушка Тесла?

Представьте себе человека-затворника, всю ночь мокрого от пота в темной лаборатории, освещенного только потрескивающими искрами, которые периодически выпрыгивают из огромных машин и отбрасывают фиолетовое свечение на его лицо. Это был Никола Тесла, архетип сумасшедшего ученого. Его изобретения наполняют мир вокруг нас; они играют важную роль в нашей современной электрической сети. Это тихие, надежные, незаметные машины.

Пожалуй, самым известным его изобретением является катушка Теслы — устройство, производящее красивые летящие электрические дуги. Он был изобретен Теслой в попытке передавать электричество без проводов.

Трансформатор в действии

Принцип работы катушки Тесла относительно прост. Просто имейте в виду, что электрический ток — это поток электронов, а разница в электрическом потенциале (напряжении) между двумя местами — это то, что толкает этот ток. Ток подобен воде, а напряжение подобно холму. Большое напряжение — это крутой холм, вниз по которому может быстро стекать поток электронов. Небольшое напряжение похоже на почти плоскую равнину, где почти нет течения воды.

Сила катушки Тесла заключается в процессе, называемом электромагнитной индукцией. Именно здесь изменяющееся магнитное поле создает напряжение, которое заставляет течь ток. В свою очередь, протекающий электрический ток создает магнитное поле. Когда электричество проходит через намотанную катушку провода, оно создает магнитное поле, которое заполняет область вокруг катушки определенным образом.

Электричество, протекающее через намотанную катушку, создает такое магнитное поле. Фотография изменена XX из Национальной лаборатории Лос-Аламоса.

Точно так же, если магнитное поле проходит через центр скрученного провода, в проводе возникает напряжение, которое вызывает протекание электрического тока.

Напряжение («холм»), создаваемое в катушке провода магнитным полем, проходящим через ее центр, увеличивается с увеличением числа витков провода. Изменяющееся магнитное поле в катушке из 50 витков будет генерировать в десять раз больше напряжения, чем в катушке всего из пяти витков. (Однако меньший ток может фактически протекать через более высокий потенциал для сохранения энергии.)

Именно так работает обычный электрический трансформатор переменного тока, который есть в каждом доме. Постоянно колеблющийся электрический ток, поступающий из энергосистемы, наматывается через серию витков вокруг железного кольца для создания магнитного поля. Железо магнитопроницаемо, поэтому магнитное поле почти полностью содержится в железе. Кольцо направляет магнитное поле (зеленое справа) вокруг и через центр противоположной катушки провода.

Электрический трансформатор в действии. BillC, CC BY

Отношение катушек на одной стороне к другой определяет изменение напряжения. Чтобы перейти от 120-вольтового сетевого напряжения к, скажем, 20-вольтовому для использования в адаптере питания ноутбука, на выходной стороне катушки будет в шесть раз меньше витков, чтобы снизить напряжение до одной шестой от исходного уровня.

Как вращается катушка

Катушки Теслы делают то же самое, но с гораздо более резким изменением напряжения. Во-первых, они используют предварительно изготовленный высоковольтный трансформатор с железным сердечником для перехода от тока стены 120 В примерно к 10 000 В. Провод с напряжением 10 000 вольт намотан на большую (первичную) катушку всего с несколькими витками. Вторичная катушка содержит тысячи витков тонкой проволоки. Это повышает напряжение до 100 000–1 000 000 вольт. Этот потенциал настолько силен, что железный сердечник обычного трансформатора не может его удержать. Вместо этого между катушками находится только воздух.

Для катушки Теслы требуется еще одна вещь: конденсатор для накопления заряда и воспламенения всего в одной огромной искре. Цепь катушки содержит конденсатор и небольшое отверстие, называемое искровым разрядником. Когда катушка включена, электричество протекает по цепи и наполняет конденсатор электронами, как аккумулятор. Этот заряд создает в цепи собственный электрический потенциал, который пытается перекрыть разрядник. Это может произойти только тогда, когда в конденсаторе накапливается большое количество заряда.

В конце концов накопилось столько заряда, что он нарушил электрическую нейтральность воздуха в середине искрового промежутка. Цепь замыкается на долю секунды, и из конденсатора и катушек вырывается огромный ток. Это создает очень сильное магнитное поле в первичной катушке.

Вторичная проволочная катушка использует электромагнитную индукцию для преобразования этого магнитного поля в электрический потенциал настолько высокого уровня, что он может легко разорвать молекулы воздуха на его концах и вытолкнуть их электроны в дикие дуги, производя огромные фиолетовые искры. Купол в верхней части устройства служит для того, чтобы вторичная катушка проводов более полно получала энергию от первой катушки. С помощью некоторых тщательных математических расчетов можно максимизировать количество передаваемой электрической энергии.

Летающие голубые потоки электронов стекают с катушки и через горячий воздух ищут проводящее место для посадки. Они нагревают воздух и разбивают его на плазму светящихся ионных нитей, прежде чем рассеяться в воздухе или попасть в ближайший проводник.

Генерируется потрясающее световое шоу, а также громкое жужжание и треск, которые можно использовать для воспроизведения музыки.