Что такое катушка Теслы и как она работает. Какие эффекты создает трансформатор Теслы. Где применяется катушка Теслы в наши дни. Каковы особенности конструкции трансформатора Теслы.
Что представляет собой катушка Теслы
Катушка Теслы — это резонансный трансформатор, изобретенный Николой Тесла в 1891 году. Это устройство способно генерировать высокое напряжение высокой частоты, создавая впечатляющие электрические разряды.
Основные компоненты катушки Теслы:
- Первичная обмотка из небольшого числа витков толстого провода
- Вторичная обмотка из большого числа витков тонкого провода
- Разрядник (искровой промежуток)
- Конденсатор
- Тороид или сфера на вершине вторичной обмотки
Важная особенность — отсутствие ферромагнитного сердечника между обмотками, что отличает катушку Теслы от обычных трансформаторов.
Принцип работы трансформатора Теслы
Как работает катушка Теслы? Принцип ее действия основан на электромагнитном резонансе:

- Конденсатор заряжается от источника питания до напряжения пробоя разрядника
- Происходит пробой разрядника, и конденсатор разряжается через первичную обмотку
- В первичном контуре возникают затухающие колебания высокой частоты
- Эти колебания индуцируют ток во вторичной обмотке
- Во вторичном контуре возникает резонанс, многократно усиливающий напряжение
В результате на терминале вторичной обмотки генерируется сверхвысокое напряжение, способное создавать мощные электрические разряды в воздухе.
Впечатляющие эффекты катушки Теслы
Работающая катушка Теслы демонстрирует ряд захватывающих явлений:
- Стримеры — тонкие светящиеся разветвленные каналы ионизированного воздуха
- Спарки — яркие искровые разряды, бьющие в землю или заземленные предметы
- Коронный разряд — голубоватое свечение вокруг острых элементов конструкции
- Дуговой разряд — устойчивая электрическая дуга между терминалом и заземленным объектом
Работа сопровождается характерным электрическим треском из-за быстрого расширения воздуха в каналах разряда. Эти эффектные явления привлекают внимание и завораживают наблюдателей.

Области применения трансформатора Теслы
Где используется катушка Теслы в наши дни? Основные сферы применения:
- Научные демонстрации и популяризация науки
- Декоративные световые шоу и спецэффекты
- Тестирование изоляции высоковольтного оборудования
- Генерация озона
- Поиск утечек в вакуумных системах
- Зажигание газоразрядных ламп
- Создание электромагнитного импульса для выведения из строя электроники
В прошлом катушки Теслы применялись в медицине и для беспроводной передачи энергии, но сейчас эти направления не используются из-за вредного воздействия на организм.
Модификации и современные версии
Со времен изобретения Теслы конструкция трансформатора претерпела ряд усовершенствований:
- Ламповые катушки Теслы (VTTC) на основе электронных ламп
- Твердотельные катушки (SSTC) с применением полупроводниковых компонентов
- Катушки с двойным резонансом (DRSSTC) для повышения эффективности
- Магниферные катушки, работающие на постоянном токе
Современные модификации позволяют уменьшить размеры устройства, снизить уровень шума и повысить управляемость. Вместо искрового промежутка часто используются управляемые электронные компоненты.

Мифы о необычных свойствах катушки Теслы
Вокруг изобретения Теслы сложилось немало мифов. Какие из них не подтверждены наукой?
- Генерация «свободной энергии» из эфира
- Создание антигравитации
- Беспроводная передача энергии на большие расстояния
- Абсолютная безопасность разрядов для человека
Хотя эти эффекты не доказаны, катушка Теслы остается впечатляющим и загадочным устройством, вдохновляющим энтузиастов на эксперименты.
Меры безопасности при работе с трансформатором Теслы
Несмотря на кажущуюся безобидность, катушка Теслы может представлять опасность. На что следует обратить внимание?
- Высокочастотные токи способны вызвать ожоги даже без болевых ощущений
- Длительное воздействие ВЧ-поля негативно влияет на здоровье
- Возможно образование озона и других вредных газов
- Искры могут повредить чувствительную электронику поблизости
При работе с катушкой Теслы необходимо соблюдать осторожность и не допускать прямого контакта с разрядами. Эксперименты следует проводить в хорошо проветриваемом помещении.

Катушка Теслы в современной культуре
Загадочное изобретение Теслы нашло отражение во многих произведениях массовой культуры:
- Фильм «Кофе и сигареты» — эпизод с демонстрацией работы катушки
- Игра Command & Conquer: Red Alert — оружие на основе технологии Теслы
- Игра Return to Castle Wolfenstein — электрическое оружие «Тесла»
- Игра Tomb Raider: Legend — «Установки Тесла» для решения головоломок
Образ катушки Теслы, создающей эффектные электрические разряды, прочно вошел в массовую культуру как символ загадочных и опасных научных экспериментов.
Катушка тесла | это… Что такое Катушка тесла?
Разряды с провода на терминале
Трансформа́тор Те́сла — единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. «Трансформатор Тесла» также известен под названием «катушка Теслы» (англ. Tesla coil). В России часто используют следующие сокращения: ТС (от Tesla coil), КТ (катушка Тесла), просто тесла и даже ласкательно — катька. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».
Содержание
|
Описание конструкции
Схема простейшего трансформатора Теслы
В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек, первичной и вторичной, и обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).
Первичная катушка построена из 5—30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис, явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.
Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.
Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияет на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.
Функционирование
Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.
Заряд
Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения (50 или 60 Гц).
Генерация
После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения!
Модификации
Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника. Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.
В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.
Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.
Использование трансформатора Теслы
Разряд трансформатора Теслы
Разряд с конца провода
Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.
Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам (см. Скин-эффект), оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние.[1] Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния.[2]
В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.
- ↑ Однако необходимо знать, какие напряжения и диапазоны частот безвредны для организма
- ↑ Появление злокачественных опухолей (рака)
Трансформатор Теслы используется военными для быстрого уничтожения всей электроники в здании,танке,корабле.Создается на доли секунды мощный электромагнитный импульс в радиусе нескольких десятков метров.В результате перегорают все микросхемы и транзисторы,полупроводниковая электроника.Данное устройство работает совершенно бесшумно.В прессе появилось сообщение, что частота тока при этом достигает 1 Терагерц.
Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы
Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:
- Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны.
Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
- Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
- Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
- Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние).
Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.
Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.
Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.
Неизвестные эффекты трансформатора Теслы
На крупных купюрах сербских динаров с портретом Теслы на реверсе изображён трансформатор Теслы. 1992 и 1993 |
Многие люди считают, что катушки Теслы — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.
Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.
Трансформатор Теслы в культуре
В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».
В игре Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию. Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно «заряжать» башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.
Также в игре
В игре Return to Castle Wolfenstein есть оружие, именуемое «Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.
В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «Установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в Half-Life 2). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.
В первой редакции игры
Ссылки
- Tesla Downunder — Интересные любительские реализации трансформатора Теслы.
- Видеоролики экспериментов и фокусов с трансформатором Тесла
- flyback.org.ru — Российский форум Общества любителей высоких напряжений и экспериментов, связанных с высокими напряжениями, энергиями, мощными разрядами и различными экспериментами с ними в домашних условиях.
- www.tb3.com/tesla/index.html — сайт Терри Блэйка, видного американского тесластроителя.
- www.hot-streamer.com — англоязычный сайт о трансформаторах Теслы.
- Симфония катушки Теслы
- Простая реализация трансформатора Теслы.
См. также
- Закон Пашена
- Лампа чёрного света
- Плазменная лампа.
Катушка тесла | это… Что такое Катушка тесла?
Разряды с провода на терминале
Трансформа́тор Те́сла — единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. «Трансформатор Тесла» также известен под названием «катушка Теслы» (англ. Tesla coil). В России часто используют следующие сокращения: ТС (от Tesla coil), КТ (катушка Тесла), просто тесла и даже ласкательно — катька. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».
Содержание
|
Описание конструкции
Схема простейшего трансформатора Теслы
В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек, первичной и вторичной, и обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).
Первичная катушка построена из 5—30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис, явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.
Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.
Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияет на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.
Функционирование
Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.
Заряд
Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения (50 или 60 Гц).
Генерация
После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения!
Модификации
Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника. Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.
В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.
Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.
Использование трансформатора Теслы
Разряд трансформатора Теслы
Разряд с конца провода
Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.
Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам (см. Скин-эффект), оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние.[1] Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния.[2]
В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.
- ↑ Однако необходимо знать, какие напряжения и диапазоны частот безвредны для организма
- ↑ Появление злокачественных опухолей (рака)
Трансформатор Теслы используется военными для быстрого уничтожения всей электроники в здании,танке,корабле. Создается на доли секунды мощный электромагнитный импульс в радиусе нескольких десятков метров.В результате перегорают все микросхемы и транзисторы,полупроводниковая электроника.Данное устройство работает совершенно бесшумно.В прессе появилось сообщение, что частота тока при этом достигает 1 Терагерц.
Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы
Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:
- Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю.
Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
- Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
- Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
- Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние).
Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.
Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.
Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.
Неизвестные эффекты трансформатора Теслы
На крупных купюрах сербских динаров с портретом Теслы на реверсе изображён трансформатор Теслы. 1992 и 1993 |
Многие люди считают, что катушки Теслы — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.
Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.
Трансформатор Теслы в культуре
В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».
В игре Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию. Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно «заряжать» башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.
Также в игре
В игре Return to Castle Wolfenstein есть оружие, именуемое «Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.
В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «Установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в Half-Life 2). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.
В первой редакции игры
Ссылки
- Tesla Downunder — Интересные любительские реализации трансформатора Теслы.
- Видеоролики экспериментов и фокусов с трансформатором Тесла
- flyback.org.ru — Российский форум Общества любителей высоких напряжений и экспериментов, связанных с высокими напряжениями, энергиями, мощными разрядами и различными экспериментами с ними в домашних условиях.
- www.tb3.com/tesla/index.html — сайт Терри Блэйка, видного американского тесластроителя.
- www.hot-streamer.com — англоязычный сайт о трансформаторах Теслы.
- Симфония катушки Теслы
- Простая реализация трансформатора Теслы.
См. также
- Закон Пашена
- Лампа чёрного света
- Плазменная лампа.
Часто задаваемые вопросы о катушке Теслы
Катушка Тесла — это устройство, в котором используются резонансные цепи и переменный ток для получения чрезвычайно высоких напряжений. Первоначально изобретенные Николой Тесла в конце 1800-х годов, катушки Тесла прошли путь от схем с искровым разрядником до конструкций с использованием современных твердотельных переключающих устройств, таких как MOSFET и IGBT. Хотя существует много типов катушек Тесла, все они имеют общее — индукционные катушки с воздушным сердечником. Использование катушки Тесла — лучший способ создать непрерывный высоковольтный стример.
Некоторые катушки Теслы можно модулировать для воспроизведения музыки с помощью молнии, которую они производят. Поначалу может быть трудно поверить, что звук исходит от самих стримеров, но это правда, к поющей катушке Теслы нет динамика!
Примечание: Катушка Тесла — это не то же самое, что генератор Ван де Граафа, хотя их иногда путают, поскольку оба они являются популярными методами получения высокого напряжения. Генератор Ван де Граафа использует вращающийся ремень для разделения зарядов между землей и металлической клеммой. Катушка Тесла не накапливает статический заряд и представляет собой электричество переменного, а не постоянного тока.
Катушки Теслы на самом деле не имеют никакого практического применения, кроме потрясающего внешнего вида и звучания! Некоторые твердотельные катушки Теслы можно модулировать для воспроизведения музыки, и некоторые музыканты использовали катушки Теслы в своих выступлениях.
Демонстрации того, что вы можете делать с катушкой Тесла, включают:
- Беспроводное возбуждение люминесцентных ламп
- Удаленное включение светодиода
- Продемонстрируйте проводимость плазмы, позволив дуге катушки прыгнуть через пламя
- Продемонстрируйте скин-эффект, показав, как металлическая клетка защищает люминесцентную лампу внутри нее
- Медленно увеличивайте частоту повторения на поющей катушке, чтобы объяснить понятия звука и частоты
- Играйте в свои любимые песни на MIDI-клавиатуре и слушайте, как их произносит молния!
Катушки Тесла делятся на две категории: катушки с искровым разрядником и твердотельные катушки. Каждая катушка Тесла состоит из первичной LC-цепи, которая возбуждает вторичную цепь. Твердотельные катушки и катушки с искровым разрядником различаются по тому, как они управляют первичными сторонами катушки. Твердотельные катушки также имеют ряд общих подвидов.
Катушка Тесла с искровым разрядником (SGTC)
Катушки с искровым разрядником используют воздушный зазор для управления первичным током. С помощью трансформатора (часто трансформатора неоновых вывесок или «NST») первичный конденсатор заряжается до высокого напряжения. Когда напряжение становится достаточно высоким, искровой разрядник пробивается, ионизируя воздух между клеммами и образуя короткое замыкание. Это позволяет току течь между первичным конденсатором и первичной индуктивностью, замыкая первичную цепь. Мощность теряется на рассеяние в катушках из-за их сопротивления, и искровой разрядник вскоре гаснет. Затем первичный медленно перезаряжается, и цикл начинается снова.
Твердотельные катушки Тесла
Твердотельные катушки Тесла (SSTC) охватывают все катушки Тесла, в которых используется полупроводниковое устройство (устройства) для генерирования ВЧ-мощности для вторичной обмотки. Они состоят из нескольких типов:
Однорезонансные катушки
Однорезонансные катушки передают ВЧ-мощность (обычно с размахом в несколько сотен вольт) во вторичную обмотку через одну катушку. Эти катушки наиболее известны своими густыми, тихими искрами и высокой непрерывной радиочастотной мощностью. Однако показатель отношения длины искры к энергоэффективности у них плохой (для 8-дюймовых искр обычно требуется тысяча ватт или более).
Твердотельные катушки Тесла с прерываниями (ISSTC): Предшественники DRSSTC, они прерывают сигнал привода на SSTC, чтобы снизить энергопотребление при сохранении длины искры. Как правило, это предпочтительный способ создания SSTC, если только вам не нужен грубый, бесшумный внешний вид (или высококачественное воспроизведение звука), поскольку с ним гораздо легче справиться с температурой, чем с непрерывным SSTC, и он менее темпераментен, чем DRSSTC.
Катушки Теслы класса E: В них используется инвертор класса E и вторичная обмотка, работающая на частоте несколько МГц. Более высокие частоты (обеспечиваемые чрезвычайно эффективной топологией класса E) обеспечивают стабильную бесшумную искру, которая, следовательно, может использоваться для воспроизведения полнодиапазонного звука. Однако типичные варианты используют низкое (~100 В) напряжение на шине и, следовательно, имеют очень плохие искровые характеристики по сравнению с другими типами катушек (в лучшем случае 2-3 дюйма), в то время как автономные варианты требуют тщательной настройки и высокой мощности для получения 4-5 искры. Несмотря на эти недостатки, этот тип катушки не имеет себе равных по качеству звука.
Двухрезонансная твердотельная катушка Теслы (DRSSTC)
DRSSTC производит самые длинные искры среди твердотельных катушек; Фактически, DRSSTC приближаются к характеристикам катушек с большим искровым разрядником, предлагая значительно более компактный драйвер и полностью электронное управление. Первичный контур DRSSTC настроен на ту же частоту, что и его вторичный. Таким образом, он может достичь очень высокого напряжения на первичной обмотке и передать много энергии вторичной обмотке.
Трудно поверить, что можно создавать музыку с помощью молнии, но звук действительно исходит от искры!
Звук — это волна давления, которая в обычном громкоговорителе создается вибрацией конуса динамика. Диапазон человеческого слуха составляет примерно от 20 Гц до 20 000 Гц, поэтому динамик, вибрирующий выше 20 000 Гц, не может быть услышан, потому что он находится выше слышимого диапазона. С тем же успехом звук может создаваться пульсацией плазменного стримера. Одиночный стример звучит как громкий щелчок — как одиночный рывок диффузора громкоговорителя. Если вы будете повторять эти щелчки достаточно быстро, они будут звучать все выше и выше по высоте. Щелчки в катушке Теслы повторяются так быстро, что они выше уровня человеческого слуха. Для создания слышимого тона интенсивность искр, вылетающих на высокой частоте, модулируется на частоте тона. Таким образом, при воспроизведении среднего C интенсивность искр пульсирует примерно на уровне 262 Гц. Прерыватель — это устройство, отвечающее за пульсацию искры таким образом, чтобы воспроизводить музыкальные тона.
Полифония — это одновременное воспроизведение нескольких нот, в отличие от монофонии, когда одновременно воспроизводится только одна нота. Большая часть музыки полифонична. Один из методов создания полифонической музыки на катушках Теслы заключается в одновременном использовании нескольких катушек, каждая из которых воспроизводит одну ноту, чтобы вместе создать многотональную дорожку. Другой метод состоит в том, чтобы чередовать импульсы, которые контролируют время включения катушки Тесла, и соответствующие звуковые частоты, тем самым создавая две ноты одновременно.
Обычно музыкальные катушки Теслы управляются по протоколу, который называется MIDI. MIDI-файлы сохраняют отдельные ноты и имеют индикаторы того, какие тона должны быть у этих нот. Например, если у вас есть пьеса с фортепиано и скрипкой, ноты фортепиано будут сохранены на одной дорожке, а скрипка — на другой. То, как на самом деле будет звучать произведение, зависит от того, что вы используете для воспроизведения трека, потому что не все пианино и скрипки, созданные на компьютере, звучат одинаково.
DRSSTC имеют фундаментальные ограничения на рабочий цикл и ширину импульса, которые могут быть запущены. По мере того как воспроизводится все больше и больше нот, ширина импульса становится все длиннее и длиннее. Аппаратное обеспечение необходимо для усечения ширины импульсов, когда они становятся слишком длинными, чтобы избежать повреждения силовой электроники, что приводит к серьезной потере качества. По этой причине большинство DRSSTC предпочитают запускать одну или две заметки одновременно.
Сборка катушки Тесла научит вас универсальным навыкам. Катушка Тесла может дать вам четкое представление о том, как работают высокочастотные цепи; Разработка хорошего резонатора катушки Тесла включает в себя ключевые концепции радиочастот, такие как резонансные контуры резервуара и добротность. Использование высокого напряжения важно в ряде областей, таких как ускорители частиц и лазеры. Драйверы катушек Теслы работают с несколькими основными силовыми электронными структурами, такими как твердотельный инвертор с нулевым током, и его создание научит вас поведению силовых транзисторов и неидеальности. Монтаж печатной платы и намотка первичной обмотки катушки Теслы потребуют от вас некоторой механической ловкости и способности думать о том, как все сочетается друг с другом. Наконец, современные твердотельные катушки Тесла представляют собой довольно сложные системы, и, успешно сконструировав одну из них, вы научитесь эффективно отлаживать схемы.
Катушка Теслы представляет множество опасностей, поэтому абсолютно необходимо соблюдать меры предосторожности. Опасности можно уменьшить, если работать осторожно, не загромождать рабочее место, носить защитные очки, когда плата находится под напряжением, убедиться, что конденсаторы разряжены, прежде чем пытаться работать с платой, держать чувствительную электронику и легковоспламеняющиеся предметы вдали от катушки. когда он работает, и, как правило, хорошо осведомлен о работе и опасностях катушки Тесла.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать катушку Тесла рядом с людьми с медицинскими имплантатами, такими как кардиостимуляторы.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать катушку Тесла рядом с любыми чувствительными электронными устройствами.
НЕ выполняйте работу с высоким напряжением в одиночку
НЕ выполняйте работу с высоким напряжением, когда вы устали, находитесь в состоянии алкогольного опьянения или по какой-либо иной причине не можете уделить этому все свое внимание
НЕ стройте катушку Тесла, если вы не уверены в своих силах навыки отладки
JavaTC: инструмент Javascript для настройки первичной и вторичной сборок катушек Теслы
Сайт Стива Уорда: один из лидеров дизайна DRSSTC; некоторые из его конкретных инструкций несколько устарели, но, тем не менее, он остается отличным ресурсом.
Сайт Ричи: множество анализов и информации SSTC; одно из немногих пошаговых руководств по работе с инвертором на уровне любителя.
История катушек Теслы
История катушек Теслы Около 100 лет назад Никола Тесла изобрел свой «Тесла
Катушка». Вот уже около 70 лет любители и инженеры конструируют
свои собственные катушки. В этот момент вы можете спросить себя, почему? какая
неужели этим людям так весело строить большой генератор молнии?
Что ж, возможно, лучший ответ на оба вопроса заключается в том, что они хотят иметь
весело с электричеством. Они хотят видеть, насколько велики выбросы из их
катушка может быть. Это похоже на любое другое хобби… с явно опасным элементом.
Но давайте начнем с небольшой истории некоторых применений катушки Теслы.
видел, начиная с предполагаемых приложений Николы Теслы.
Тесла изобрел свою катушку для передачи электричества
через воздух. Он провел много исследований в этой области. Действительно, он провел
большую часть своей карьеры он пытался добиться беспроводного питания. Его установка
было просто. Он намеревался использовать несколько катушек, разбросанных по всему миру, для передачи
электрической энергии через землю. Где бы ни была нужна сила,
нужна только приемная катушка, чтобы преобразовать мощность в полезную форму. Тесла
имел некоторые успехи в этой области, но его инвесторы сочли это нецелесообразным
и отказался поддерживать дальнейшие исследования.
Однако исследование беспроводного питания не было полной потерей. Тесла также использовали катушки для экспериментов с радиопередачей. Ведь сегодня на В самом сердце каждого радиоприемника найдется схема, точно такая же, как использованная. в катушке Теслы. Основные принципы передачи информации по радиоволны не изменились со времен Теслы. Интересно отметить что, хотя Маркони широко известен как изобретатель радио, в 1943 г. Верховный суд США отменил Патент Маркони на радио, потому что работа Теслы предшествовала работе Маркони.
С течением времени заявления Теслы о катушке становились все более сенсационными. Он утверждал, что может использовать его для создания «Луч смерти» и других диких изобретения. Действительно, некоторые люди считают, что Тесла был ответственен за создание Tunguska Creator использует свою катушку из Колорадо-Спрингс.
Многие современные проекты по Катушке Теслы начинаются как школьные научные проекты.
У строителей нет никаких реальных целей в создании катушек, кроме как
что делает его более эффективным и лучшим, чем катушка следующего парня. Эти высокие
Катушки школьного проекта часто не выставляются за пределами застройщика
гараж . Некоторые люди, с другой стороны, строят большие катушки для демонстрации.
целей и общественных выставок. Как упоминалось на «домашней» странице многих
у научных отделов есть катушка Тесла, потому что она делает впечатляющую демонстрацию
многочисленных электрических законов.
Как вы уже догадались, большинство выставочных катушек не используется исключительно в академических целях. Когда вы видите хорошие электрические эффекты в фильмах, как в фильмах о Терминаторе, например, спецэффекты Департамент использует катушку Тесла. Кроме того, многие катушки используются в общественные места. Вот некоторые из них, которые сразу приходят на ум: Сжигание Фестиваль мужчин, концерты Man or Astroman и дома с привидениями.
Хотя большинство катушек используются только для развлечения, некоторые исследователи
в области шаровой молнии часто используют мощные катушки Тесла для
генерировать странный феномен шаровой молнии.