Применение катушки тесла: Моя биполярная катушка Тесла | Мои увлекательные и опасные эксперименты — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Катушка тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки тесла

Введение………………………………………………………..……………………2 стр.

Теоретическая часть Никола Тесла и его изобретения…………………..……………………5 стр. Схема установки катушки Тесла…………………………..……………8 стр. Практическая часть Социологический опрос среди обучающихся ФСОШ №5…… 8 стр. Сборка катушки Тесла…………….…………….…..………………9 стр. Расчет основных характеристик изготовленной катушки Тесла 9 стр. Экспериментальные опыты применения катушки Тесла….……11 стр. Современное применение идей Тесла…………………………..13 стр. Фото и видео отчет проведения исследования………………..14 стр.

Заключение………………………………………………….……………………15 стр.

Список литературы……………………………………….……………….…..16 стр.

Приложения………………………………………………….…….……….…..18 стр.

Введение

Я мог бы расколоть земной шар, но никогда

не сделаю этого.

Моей главной целью было указать на новые явления

и распространить идеи, которые и станут

отправными точками для новых исследований.

Никола Тесла

«Я, наконец, преуспел в создании разрядов, мощность которых значительно превосходит силу молний. Вам знакомо выражение «выше головы не прыгнешь»? Это заблуждение. Человек может все». В Международный год света и световых технологий, думаю, стоит вспомнить о легендарной личности Никола Тесла, причем о смысле некоторых его изобретений спорят, и по сей день. О нем сказано много и разного, но люди в большинстве своем, в том числе и я, единодушны в своем мнении – Тесла сделал немало для развития науки и техники для своего времени. Многие его патенты воплотились в жизнь, часть же до сих пор остается за гранью понимания сути. Но основными заслугами Тесла можно считать исследования природы электричества. Особенно высоковольтного. Тесла поражал своих знакомых и коллег удивительными экспериментами, в которых без труда и опаски он управлял высоковольтными генераторами, которые вырабатывали сотни, а иногда и миллионы вольт. Еще в 1900-х годах Тесла мог передавать на огромные расстояния ток без проводов, получить ток 100 млн. ампер и напряжение 10 тыс. вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время. Для тех, кто жил рядом с ним, мир менялся, превращался в сказочное пространство, где ничему не стоит удивляться. Вспыхивали северные сияния над всей Атлантикой, обычные бабочки превратились в ярких светлячков, шаровые молнии запросто доставались из чемоданов и использовались для освещения гостиных. Его опыты всегда балансировали на грани зла и добра. Падение тунгусского метеорита, землетрясение в Нью-Йорке, испытания чудовищного оружия, способного мгновенно уничтожать целые армии – вот что еще, кроме светящихся бабочек приписывают экспериментам Тесла. Именно он послужил для многих писателей-фантастов образом безумного профессора, изобретения которого грозят уничтожить всю планету. На самом деле мы ничего не знаем о том, каким человеком был Никола Тесла, каким героем он должен стать для биографов хорошим или плохим.

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент — это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе. Любоваться природой можно, и не зная физики. Но понять ее и увидеть то, что скрыто за внешними образами явлений, можно лишь с помощью точной науки и проведения эксперимента. Сегодня можно с уверенностью сказать, что точным в природе является только свершившийся факт, т. е. опыт или эксперимент, или результаты природного процесса, течение которого не зависит от человека. Непоколебимым остается только результат, полученный посредством того или иного действия. Как уже сказал, это единственное несомненное в гипотезе. Всем известно, что любая гипотеза держится на трех китах: результат эксперимента, его описание и вывод, который опирается на признанные стереотипы (Приложение 1).

Эксперименты с электричеством. Если рассуждать, ну что еще можно открывать и экспериментировать? Ведь сейчас без электричества человечество уже давно не мыслит своего существования. С помощью него работают все бытовые приборы, вся наша промышленность, медицинские приборы. Одно но, сам ток доходит к нам, увы, лишь по проводам. Это все очень далеко от того, что Никола Тесла мог делать более 100 лет назад, и чего современная физика и не может объяснить до сих пор. Современная физика достичь таких показателей просто не в состоянии. Он включал и выключал электродвигатель дистанционно, в его руках сами собой загорались электрические лампочки. Современные ученые достигли лишь планки в 30 миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции — да и то, на доли секунды.

Актуальность заключается в том, что в наше время, энтузиасты и ученые мира пытаются повторить опыты гениального ученого и найти их применение. В мистику вдаваться не буду, я попытался сделать кое-что эффектное по «рецептам» Тесла. Это катушка Тесла. Увидев ее один раз, вы никогда не забудете это невероятное и удивительное зрелище.

Объект исследования: катушка Тесла.

Предмет исследования: электромагнитное поле катушки Тесла, высокочастотные разряды в газе.

Цель исследования: изготовить высокочастотную катушку Тесла и на основе собранной действующей установки провести эксперименты.

Объект, предмет и цель исследования обусловили постановку следующей гипотезы: вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности, способное передавать электрический ток беспроводным способом.

Изучить литературу по проблеме исследования. Познакомиться с историей изобретения и принципом работы катушки Тесла. Поиск деталей и изготовление катушки Тесла. Провести социологический опрос среди учащихся 7-11 классов «Федоровской СОШ№5». Провести расчеты характеристик катушки Тесла и опыты, демонстрирующие ее работу. Подготовить фото и видеоотчет о проделанной работе для ознакомления учащихся 9-11 классов.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов в газовой среде, исследование, эксперимент. Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы, статистическая обработка результатов.

Этапы исследования:

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования. Практическая часть. Изготовление трансформатора Тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки Тесла

Новизна: заключается в том, что, как и многие изобретатели-экспериментаторы, я

впервые, изучив , собрал катушку Тесла и в рамках проведения Международного года света и световых технологий-2015 провел серию опытов и тем самым, показал значимость трудов Тесла.

Практическая значимость: результат работы носит просветительный характер, это позволит, повысит заинтересованность учеников к углубленному изучению таких предметов, как физика, юных исследователей — к , и возможно для кого-то определит область дальнейшей деятельности.

Теоретическая часть

I.1.Никола Тесла и его изобретения

Что мы знаем о Николе Тесла и его работах? Простому обывателю деятельность Тесла безразлична и неинтересна. В школах и институтах о Тесла упоминается только когда говорят об одноименной единице индуктивности. Так общество «отблагодарило» великого практика за весь вклад, который он внес в развитие электротехники. Вся его деятельность окутана завесой таинственности, а многие просто считают его шарлатаном от науки. Попытаемся рассмотреть значимость «наследия» Тесла.

НИКОЛА ТЕСЛА — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. есла названа плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

До 1882 года Тесла работал инженером-электриком в правительственной телеграфной компании в Будапеште. В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

1884 года Тесла прибыл в Нью-Йорк. Он устроился на работу в компанию Томаса Эдисона в качестве инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока. Эдисон довольно холодно воспринимал новые идеи Тесла и всё более открыто высказывал неодобрение направлению личных изысканий изобретателя. Весной 1885 года Эдисон пообещал Тесле 50 тыс. долларов, если у него получится конструктивно улучшить электрические машины постоянного тока, придуманные Эдисоном. Никола активно взялся за работу и вскоре представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики. Одобрив все усовершенствования, в ответ на вопрос о вознаграждении Эдисон отказал Тесле. Оскорблённый Тесла немедленно уволился.

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является Трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

I.2. Схема установки катушки Тесла

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Тесла – гениальное изобретение великого сербского изобретателя, физика и инженера. Трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника. На первичной обмотке должно быть не менее десятка витков толстой проволоки. На вторичную наматывают уже как минимум 1000 витков. Учтите, что катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на второй обмотке к первой. На выходе напряжение такого трансформатора может превышать несколько миллионов вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. Очень важно: и конденсатор, и первичная обмотка обязательно должны, в конечном счете, образовывать специфический колебательный контур, входящий в состояние резонанса с вторичной обмоткой. К Схема установки катушки Тесла предполагает силу тока 5-8 А. Максимальное значение этой величины, которое еще оставляет шанс на выживание, равно 10 А. Так что при работе ни на секунду не забывайте о простейших мерах предосторожности.

В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Мы выбрали одну из схем (Приложение 2), которая состоит из:

Источник питания (220В – 24 В) Переменный резистор Резистор Первичная катушка (9 витков) Вторичная катушка (1000 витков) Транзистор на радиаторе (MJE 13007) Практическая часть

II.1 Социологический опрос среди обучающихся 7-11 классов ФСОШ№5

После обработки результатов, итог следующий: 176 обучающихся слышали об изобретениях Тесла, 156 учащихся — не слышали. 97 человек видели видео экспериментов по сети Интернет, 228 не имеют представления, как выглядит катушка и ее применение. Все, 325 учащихся хотели бы посмотреть результат исследовательской работы и серию опытов применения катушки Тесла.

Обратимся к устройству, которое сейчас известно, как трансформатор (катушка) Тесла. Во всем мире «тесластроители» ежегодно воспроизводят его многочисленные модификации. Основной целью у большинства таких радиолюбителей Тесла, является получение световых и звуковых эффектов, достигаемых в экспериментах с высоким напряжением, которое присутствует на выходе высоковольтной катушки трансформатора Тесла (ТТ). Многих также привлекают идеи Тесла по генерации энергии большой мощности, а еще более привлекательным, является попытка создания «сверхединичного» (СЕ) устройства на основе ТТ. Эта сфера альтернативной науки.

Установку я собирал сам на основе схемы (Приложение 2, Рис.1, 2, 3, 4, 5). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 5 см. Первичная обмотка содержит всего 9 витков, провод диаметром 1,5 мм, был использован одножильный медный провод в резиновой изоляции. Вторичная обмотка содержит 1000 витков провода 0,1 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. Это устройство производит высокое напряжение при высокой частоте. Катушка Теслы — это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В ходе исследования я продемонстрирую действие изготовленной мною катушки Тесла (Приложение 3, Рис.6).

II.3 Расчет основных характеристик изготовленной катушки Тесла

ЭДС: 24 В. Два аккумулятора от шуруповёрта по 12 В каждый. Сопротивление: R=50075 Ом. R= R1+ R2 (последовательное соединение) Внутренним сопротивлением источника, проводов, обмоток посчитано необходимым, пренебречь. 1)Переменный резистор (Реостат) 50 КОм. 2)Резистор 75 Ом. Сила тока: 0,5 мА. Рассчитано из закона Ома для полной цепи I= ЭДС/ R+r

и проверено амперметром.

Частота колебаний: 200 МГц. Расчеты произведены при помощи CircutLab.

Входное напряжение: 24 В. Выходное напряжение: ~2666,7 В. Коэффициент трансформации – это величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

K=U1/U2=N1/N2, где

N1 — число витков на первичной обмотке трансформатора

N2- число витков на вторичной обмотке трансформатора

при условии K U1, N2> N1 – повышающий трансформатор

при условии K >1, U1> U2, N1> N2 – понижающий трансформатор

K=U1/U2 =24/2667=0,009

K= N1/N2 =9/1000=0,009

Построим график зависимости выходного напряжения от числа витков вторичной катушки (Приложение 4). Из диаграммы видно, чем больше число витков на вторичной обмотке, тем больше выходное напряжение катушки.

ВЫВОД: разряды катушки не являются опасными для человеческого организма при кратковременном воздействии, так как сила тока ничтожно мала, а частота и напряжение слишком высоки.

II.4 Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, соблюдая правила безопасности. Для проведения опытов у вас должна быть очень надежная проводка, иначе беды не избежать. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла. Почему при прикосновении к источнику напряжения 250000 В высокой частоты 500 кГц с экспериментатором ничего не случается? Ответ прост. Николой Тесла была открыта и эта «страшная» тайна – токи высоких частот при высоких напряжениях безопасны.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают катушки Тесла ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Тесла производит несколько видов разрядов:

Спарк — это искровой разряд. Также имеет место особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд. Стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора. 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

Интересно заметить, что некоторые ионные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, ионы натрия меняют обычный окрас спарка на оранжевый, а бора — на зелёный, марганца – на синий, лития – на малиновый окрас.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление это связано с превращением стримеров в искровые каналы, который сопровождается резким возрастанием силы тока и энергии, выделяющейся в них.

С помощью изготовленной катушки Тесла демонстрирую множество красивых и эффектных экспериментов. Демонстрации с использованием трансформатора. Пронаблюдаем разряды.

Демонстрация №1. Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, отвертка.

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 6-7 мм. (Приложение 5, Рис.7, 8).

Демонстрация №2. Демонстрация тлеющего разряда. Свечение спектральных трубок, наполненных инертными газами: гелием, неоном.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, набор спектральных трубок.

При поднесении этих ламп к катушке Тесла, мы будем наблюдать, как газ, которыми наполнены трубки, будет светиться (Приложение 6, Рис.9, 10,11).

Демонстрация №3. Демонстрация разряда в люминесцентной лампе и лампе дневного света (ЛДС).

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, люминесцентная лампа, лампа дневного света.

Наблюдается разряд в люминесцентной лампе (Приложение 7, Рис.12, 13).

Демонстрация №4. Эксперимент с линейками.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, металлическая линейка, деревянная линейка.

При внесении металлической линейки в разряд стример ударяется об нее, при этом линейка остается холодной. При внесении деревянной линейки в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд линейка загорается (Приложение 8, Рис.14, 15, 16).

Демонстрация №5. Эксперимент с бумагой.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, бумага.

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага вспыхивает (Приложение 9, Рис.17).

Демонстрация №6. Эксперимент с венчиком.

Разветвляем жилы, заранее припаиваем к терминалу (Приложение 10, рис.18).

Демонстрация №7. Дерево из плазмы.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы, у заранее зачищенного от изоляции провода, и прикручиваем к терминалу (Приложение 11, Рис.19,20, 21, 22).

Демонстрация №8. Ионный мотор.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, пластина-крест.

К терминалу трансформатора прикручиваем иглу, сверху по центру устанавливаем пластину-крест. После включения катушки из 4 концов креста начинают выходить стримеры и под их действием пластина начинает вращаться (Приложение 12, Рис.23).

II.5 Современное применение идей Тесла

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, ТЭС и т. д. Электродвигатели, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах. Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п. Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки мобильных телефонов или ноутбуков.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Оригинальные современные противоугонные средства для автомобилей работают по принципу все тех же катушек. Использование в развлекательных целях и шоу. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов, беспроводной передачи данных и беспроводной передачи энергии. В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние. Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в системах. Основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое. В основном это связано со значительными трудностями при необходимости управляемого отбора высоковольтной мощности или тем более передача её на расстояние от трансформатора, так как при этом устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура.

Вывод: неверно считать, что катушка Тесла не имеет широкого практического применения. Перечисленные мною выше примеры ярко об этом свидетельствуют. Тем не менее, основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое (Приложение 13, Рис.24).

II.6. Фото и видео отчет проведения исследования

В приложении фото отчет, видео отчет прилагается к работе на электронном носителе. Буклет-памятка «Современное применение идей Тесла» (Приложение 14).

Заключение

Одной из самых ярких, интересных и неординарных личностей среди ученых-физиков является Никола Тесла. Почему-то его несильно жалуют на страницах школьных учебников физики, хотя без его трудов, открытий и изобретений трудно представить себе существование обыденных, казалось бы, вещей, таких как, например, наличие электротока в наших розетках. Подобно Ломоносову, Никола Тесла опередил своё время и не получил заслуженного признания при жизни, впрочем, и поныне его труды не оценены по достоинству.

Тесла удалось соединить в одном приборе свойства трансформатора и явление резонанса. Так был создан знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием «трансформатора Тесла».

Трансформатор (катушка) Тесла — удивительное устройство, позволяющее получить мощный интенсивный поток автоэлектронной эмиссии чрезвычайно экономичным способом. Однако его уникальные свойства и полезные применения далеко еще не исчерпаны.

Бесспорно, Никола Тесла является интересной фигурой с точки зрения на перспективу использования на практике его нетрадиционных идей. Сербскому гению удалось оставить заметный след в истории науки и техники.

Его инженерные разработки нашли применение в области , электротехники, кибернетики, медицине. Деятельность изобретателя окутана мистическими рассказами, среди которых надо выбрать именно те, в которых содержится правдивая информация, действительные исторические факты, научные достижения и конкретные результаты.

Вопросы, которыми занимался Никола Тесла, остаются актуальными и сегодня. Их рассмотрение позволяет творческим инженерам и студентам физических специальностей шире смотреть на проблемы современной науки, отказаться от шаблонов, научиться отличать правду от вымысла, обобщать и структурировать материал. Поэтому взгляды Н. Тесла можно считать актуальными ныне не только для исследований в области истории науки и техники, но как достаточно действенной средство поисковых работ, изобретение процессов и использования новейших технологий.

В результате моих исследований гипотеза подтвердилась: вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности, способное передавать электрический ток беспроводным способом:

лампочки, наполненные инертным газом светятся вблизи катушки, следовательно, вокруг установки действительно существует электромагнитное поле высокой напряженности; лампочки загорались сами по себе у меня в руках на определенном расстоянии, значит, электрический ток может передаваться без проводов.

Необходимо отметить и еще одну важную вещь: действие этой установки на человека: как Вы заметили при работе меня не било током: токи высокой частоты, которые проходят по поверхности человеческого организма не причиняют ему вреда, наоборот, оказывают тонизирующее и оздоровительное действие, это используется даже в современной медицине (из научно-популярной литературы). Однако надо заметить, что электрические разряды, которые Вы видели, имеют высокую температуру, поэтому долго ловить молнию руками не рекомендуется!

Никола Тесла заложил основы новой цивилизации третьего тысячелетия и его роль нуждается в переоценке. Только будущее даст настоящее объяснение явлению Теслы.

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Теслы — гениальное изобретение великого хорватского изобретателя, физика и инженера. В статье будет рассмотрен один из простых вариантов реализации проекта — трансформатор Тесла.
В конструкции не использован МОТ трансформатор (почти во всех схемах трансформатора Теслы, именно МОТ служит источником питания), пришлось также создать отдельную схему преобразователя, но обо всем по порядку.

Основные части:
1) Блок питания
2) Преобразователь напряжения и высоковольтная цепь

Блок питания

Для питания такой схемы нужен достаточно мощный блок питания. К счастью, уже имелся готовый блок питания на 500 Ватт. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 14 Вольт, при токе в 20 Ампер. Для запитки устройства не желательно использовать импульсные источники питания.

Диодный выпрямитель использован готовый, хотя можно собрать мост из мощных отечественных диодов серии КД2010, укрепленных на теплоотвод. Для сглаживания помех использован конденсатор на 25 Вольт 2200 микрофарад (этого хватит, поскольку на схеме преобразователя уже есть конденсатор на 4700 микрофарад и дроссель для сглаживания высокочастотных помех). Подойдут похожие трансформаторы от 300 до 600-700 Ватт.

Преобразователь и высоковольтная цепь

Увидев схему преобразователя, многие зададут себе вопрос — зачем умощнять однотактный преобразователь, если можно сделать двухтактный? Вопрос конечно к месту, если бы не одно но! Дело в том, что в интернете нигде ранее не опубликованы варианты умощнения обратноходовых преобразователей, вот и было решено совместить этот вариант и найти устройству практическое применение. В итоге был собран высококачественный преобразователь с мощностью порядка 180-200 ватт и более.
Сердцем преобразователя является генератор импульсов, построенный на ШИМ контролере серииUC3845, ранее уже были предложены версии преобразователей на этой микросхеме (), но как правило стандартная схема обладала мощностью 80 ватт на пиках, и вот после недолгих экспериментов, был разработан нижеприведенный вариант.

Предварительно сигнал от микросхемы усиливается каскадом на комплементарной паре, которая построена на отечественных транзисторах серии КТ 816/817, это необходимо, поскольку начальный уровень сигнала иногда недостаточен для срабатывания полевых транзисторов. В схеме использовались три полевика серии IRL3705, при таком мощном источнике, на транзисторах рассеивается большая мощность, поэтому их нужно укрепить на теплоотводы и дополнить кулерами от компьютерных блоков питания. Частота работы преобразователя 60 килогерц, его можно изменить играя с емкостью конденсатора 4.7нФ и подбором сопротивления резистора 6.8 кОм на схеме, уменьшая емкость и увеличивая сопротивление резистора, можно увеличить частоту преобразователя, при обратном процессе, частота работы преобразователь уменьшается.

В качестве повышающего трансформатора удобно использовать трансформатор строчной развертки от отечественных телевизоров, для получения максимальной мощности желательно использовать два строчника, высоковольтные обмотки которых, нужно соединить последовательно.

Первичная обмотка мотается на свободной стороне П-образного феррита и содержит 4-5 витков провода 3мм, для удобства намотки можно использовать несколько жил, или же многожильный провод в силиконовой или резиновой изоляции, как в данном случае. Использовать самодельные трансформаторы не желательно, поскольку они редко способны выдержать такую мощность.
Дуга на выходе высоковольтной обмотки трансформатора имеет достаточно большую силу тока, поэтому для его выпрямления использовались 4 диода серии КЦ106.

Предварительно, диоды по 2 штуки соединены параллельно, затем блоки из двух параллельно соединенных диодов соединены последовательным образом.

В накопительной части использован конденсатор на 5 киловольт с емкостью 1 микрофарад, можно использовать также блок конденсаторов, емкость и напряжение не критично и можно отклонится от указанного номинала на 10 — 15%

Искровый разрядник, или просто искровик — предназначен для разряжения емкости конденсатора на первичную обмотку катушки, его можно сделать из двух болтов, или же применить готовых вакуумный разрядник фирмы ЭПОКС с напряжением пробоя 3 – 3.5 кВ на 5 -10 ампер. Самодельный искровик из болтов удобен тем, что зазор, а следовательно и частоту разрядов можно регулировать.

Катушка намотана на каркасе от канализационной трубы с диаметром 12 см, высота 50 — 65 см, подойдут также близкие по параметрам пластмассовые трубы. ВАЖНО! Не использовать трубы из металлопластмассы. Первичная обмотка содержит всего 5 витков, провод с диаметром 3-5 мм, был использован одножильный алюминиевый провод в резиновой изоляции. Расстояние между витками 2 см.

Вторичная обмотка содержит 700-900 витков провода 0.5-0.7 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку, при ручной намотке процесс отнимает 5 часов, поэтому удобно использовать намоточный станок (хотя в моем случае катушка моталась вручную). При передышке, нужно приклеить последний виток к каркасу.

Возможности

Катушка Теслы — это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В дальнейшем устройство будет переделано, в частности будет перемотан, точнее изменен первичный контур, если есть возможность желательно использовать медную трубу, таким образом мощность катушки резко возрастет.

Опыты с катушкой теслы

С готовой катушкой можно провести ряд интересных опытов, конечно при этом нужно соблюдать все правила безопасности.

Опыт 1. Нужен медный провод с диаметром 0.2 – 0.8 мм, который нужно намотать на каркас от широкого прозрачного скотча, или же на литровую банку. Контур содержит 15-20 витков, после чего каркас вынимаем, а витки контура закрепляем друг к другу при помощи ниток или скотча. Затем берите обычный светодиод (желательно белый или синий) и выводы светодиода припаяйте к контуру. Включите трансформатор. Контур со светодиодом отдалите от включенного трансформатора на пару метров. Можно наблюдать за свечением светодиода, без какой-либо проводной связи с источником питания. Это основной опыт, который демонстрирует возможности трансформатора Теслы.

Опыт 2. Свечение ламп дневного света на расстоянии. Это один из наиболее распространенных опытов с катушкой Теслы. Все виды подобных ламп, светятся на небольшом расстоянии от включенного трансформатора.

Правила безопасности

Трансформатор Теслы — высоковольтный генератор, нужно помнить, что на выходе устройства и в высоковольтной цепи образуется смертельно опасное напряжение (особенно на высоковольтном конденсаторе). При ведении монтажных работ, нужно заранее убедится, что контурный конденсатор полностью разряжен, использовать толстые резиновые перчатки, и не приближаться к включенному устройству. Все опыты делать вдали от цифровых устройств, высоковольтные разряды могут повредить электронику! Запомните это не качер! Играть с дугой строго запрещено! Особо опасна высоковольтная часть и высоковольтная обмотка преобразователя.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
	Преобразователь
	ШИМ контроллер	UC3845	1	В блокнот
	Биполярный транзистор	КТ817А	1	В блокнот
	Биполярный транзистор	КТ816А	1	В блокнот
	MOSFET-транзистор	IRF3205	2	В блокнот
	Выпрямительный диод	UF4007	1	В блокнот
		10 мкФ	3	В блокнот
		4.7 нФ	1	В блокнот
	Электролитический конденсатор	4700 мкФ	1	В блокнот
	Резистор	6.8 кОм	1	В блокнот
	Резистор	5.1 кОм	1	В блокнот
	Резистор	820 Ом	1	В блокнот
	Резистор	5 Ом	2	В блокнот
DR	Катушка индуктивности		1

Фролов Андрей Юрьевич

Цель исследования:

Задачи исследования:

Скачать:

Предварительный просмотр:

XXVII Ставропольская краевая открытая научная конференция школьников

Секция: физика

Название работы: «Исследование электромагнитного поля на примере катушки Тесла (качер Бровина)»

Место выполнения работы: ст.Григорополисская

МОУ СОШ №2, 11 класс.

Научный руководитель: Анохина Галина Владимировна, учитель физики МОУ СОШ № 2

Ставрополь, 2016

Введение.

Актуальность исследования проблемы.
Цели и Задачи.

Основная часть часть.

Биография Николы Тесла и Владимира Бровина.
Выдающиеся изобретения
Экспериментальная часть.

Заключение.

Выводы.
Современное применение идеи Тесла
Библиографический список
Приложение

Ведение.

Актуальность темы:

Физика – это удивительная наука! Это наука из наук! Еще из незапамятных времен она держалась и всегда будет держаться на трех китах: гипотеза, закон, эксперимент. Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Эксперименты с электричеством… кажется, что тут еще можно открывать и экспериментировать, ведь сейчас мы воспринимаем электричество как самое обыденное явление: холодильник, телевизор, компьютер, микроволновка. Однако, сам ток доходит к нам, увы, лишь по проводам. А как воспользоваться током на расстояние, без проводов? Это всё очень далеко от того, что Никола Тесла мог делать более 100 лет назад, и чего современная физика не может объяснить до сих пор. Ещё в 1900–х годах Тесла мог передавать на огромные расстояния ток без проводов, получить ток 100 млн. ампер и напряжение 10 тыс. вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время. Современная физика достичь таких показателей просто не в состоянии. Современные учёные достигли лишь планки в 30 миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции — да и то, на доли секунды. Однако, в наше время, энтузиасты и учёные мира пытаются повторить опыты гениального учёного и найти им применение. В современном мире, стоит задача передачи электроэнергии беспроводной связи. Собираю катушку Тесла, я получил сильное электромагнитное поле, которое исследовал. Поэтому я думаю, что в будущем я добьюсь широкого использования этого явления. Я считаю, что моя работа имеет просветительный характер, вызывает появление интереса к более углубленному изучению школьных предметов как физика, побудит к исследовательской и экспериментальной деятельности, а возможно приведет к увлечению на всю жизнь.

Цель исследования:

Исследовать высокочастотный трансформатор Тесла, на основе собранного мной действующей установки. Демонстрация свойств электромагнитного поля катушки Тесла и опытов по применению катушки.

Задачи исследования:

Познакомиться с биографией Никола Тесла и историей изобретения трансформатора Тесла, Владимира Бровина

Сконструировать катушку Тесла
Провести опыты, с собранной мною катушкой демонстрирующих действие электромагнитного поля
Исследовать электромагнитное поле, созданное качером Бровина

Методы и приемы исследования:

Поиск информации в различных источниках
Эксперимент

Гипотеза исследования: Вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности электромагнитное поле катушки Тесла способно передавать электрический ток без проводного способа.

Основная часть

Биография Никола Тесла и Владимира Бровина.

Ни́кола Те́сла (10 июля 1856 г (Хорватия) – 7 января 1943 г (Нью-Йорк, США) — физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники. Широко известен благодаря своему научно-революционному вкладу в изучение свойств электричества и магнетизма, теоретические работы Теслы дали основу для изобретения и развития многих современных устройств, работающих на переменном токе. Именем Н. Теслы названа единица измерения магнитной индукции. Среди многих наград учёного — медали Э. Крессона, Дж. Скотта, Т. Эдисона. Современники-биографы считали Теслу «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества, который получил повсеместное признание как выдающийся инженер-электротехник и изобретатель. Его считают одним из гениев 20 века. Многие изобретения Теслы до сих пор хранятся правительством США под грифом «Совершенно секретно». Он настолько обогнал науку, что многие из его опытов учёные не могут повторить даже сейчас. Он открыл переменный ток, беспроводную передачу энергии, построил первые электрические часы, турбину, двигатель на солнечной энергии. Он включал и выключал электродвигатель дистанционно, в его руках сами собой загорались электрические лампочки. По идее, от экспериментатора не должно было бы остаться и уголька. А Тесла улыбался как ни в чём не бывало. Убивает не напряжение, а сила тока и ток высокой частоты проходит только по поверхностным покровам. Но это мы знаем сейчас. А Тесла знал это более 100 лет назад.
Теоретики современной физики так и не смогли дать толкование взглядам Теслы на физическую реальность. Почему он сам не сформулировал своей теории? Ответа на этот вопрос мы уже не узнаем.

Владимир Ильич Бровин

Гражданин России Бровин В.И.образование высшее — окончил Московский институт электронной техники в 1972 году. В 1987 г. обнаружил несоответствия общепринятым знаниям в работе электронной схемы созданного им компаса и стал их изучать. Это он делал на дому на собственных приборах. Через три года у него сформировалось убеждение, что это новое неизвестное физическое явление. Бровин написал об этом в Комитет по изобретениям и открытиям, но ему ответили, что он составил описание не в соответствии с инструкцией. Он не стал с ними спорить и решил изучать это явление сам. За 10 лет экспериментов и исследований в 1998 г. Бровину удалось объяснить физику странностей в работе схем.

Цитата Бровина:

«Я пытаюсь показать Вам, что есть электростатическая составляющая, ёмкостная составляющая и открытое Н. Тесла «радианное электричество» и естественно электромагнитное излучение по Максвеллу. Эти проявления электричества и формируют «странную работу» Качера.”

Выдающиеся изобретения.

Одним из его самых знаменитых изобретений является Трансформатор Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника конденсатора тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник. Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.
С помощью катyшки pазмеpом в 61 метр, полюс котоpой возглавляла большая медная сфеpа, возвышающейся над его лабоpатоpией, Тесла генеpиpовал потенциалы, котоpые pазpяжались стpелами молний длиной до 40 метров. Гpом от высвобождаемой энеpгии мог быть yслyшан за 24 километра. Вокpyг экспеpиментальной башни пылал шаp света диаметpом в 30 метров.

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способствует созданию внушительных электрических разрядов в воздухе. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (телеуправление).

Вы не найдете трансформатор Теслы в кабинете физики в школе. Ими перестали комплектовать кабинеты, поэтому я решил сделать такой трансформатор для школы.

Экспериментальная часть.

В катушке Тесла используется разрядник и переменный ток. Бровин же заменил в схеме Тесла разрядник транзистором, подключил транзистор к источнику постоянного тока, который на выходе выдает переменный ток.

Я хочу продемонстрировать вам работу одной из таких катушек Тесла и результаты исследования, которые я проводил. Установку я собирал сам на основе схемы «Качера Бровина». Это устройство производит высокое напряжение при высокой частоте.

Моя установка состоит:

Проволока медная –диаметром сечения 0,2мм. (0,64м.)

Проволока медная – диаметром 2мм (200 м.)

Пластиковая трубка- длина 42см.

Транзистор – КТ 805 БМ и др.

Резисторы: 12КОм и 47КОм

Конденсатор- 0,5 мкФ от 160В.

Источник питания- трансформатор 24 В.

Сглаживающий электролитический конденсатор 2000 мФ на 50 В.

Диодный мостик.

В качере(как в общем-то и в блокинг-генераторе) теоретически, можно использовать любые транзисторы и радиолампы. Я проделал опыты с различными видами (N-P-N) транзисторами (см. таблица в приложения). Однако, практически очень неплохо себя зарекомендовали именно транзисторы КТ805, в частности — КТ805БМ, т.к. имел наибольшую длительность работы при постоянной нагрузке, а также я убедился, что работа катушки должна проводиться с временными интервалами в 15-20 минут, для охлаждения установки. Для охлаждения я использовал радиатор (5см.x8см.) схема №1 (см.приложение)

В самостоятельной сборке качера самый серьезный момент — намотка вторичной обмотки(L2). Как правило, она содержит в себе от 800 до 1800 витков. Намотка производится виток, к витку проводом диаметром 0,1 — 0,25 мм на диэлектрическое основание, например — пластиковую трубку. Соответственно, габариты полученного трансформатора (длина) напрямую зависят от толщины используемого провода. Диаметр каркаса при этом не важен — может быть от 15мм до 40мм,но при его увеличении эффективность качера должна возрастать (как и ток потребления).

К неподключенному концу катушки можно подсоединить иглу — это даст возможность наблюдать «стример» — коронообразное свечение, которое возникнет на ее кончике, во время работы устройства. Можно обойтись и без иглы — стример точно так же будет появляться на конце намоточного провода, без затей отогнутого к верху.

Вторичная обмотка представляет из себя бескаркасный четырехвитковой соленоид намотаный проводом диаметром (не сечением!) от 1,5 до 3 мм. Длина этой катушки может составлять от 7-8 до 25-50 см, а диаметр зависит от расстояния между ее витками и поверхностью катушки L2. Оно должно составлять 1 — 2 см. Направление витков обеих катушек должно совпадать обязательно.

Резисторы R1 и R2 можно взять любого типа с мощностью рассеивания не менее 0,5 Вт. Конденсатор C1 так же любого типа от 0,1 до 0,5 мФ на напряжение от 160 в. При работе от нестабилизированного источника питания необходимо подсоединить параллельно C1 еще один, сглаживающий конденсатор 1000 — 2000 мФ на 50 в.
Транзистор обязательно устанавливается на радиатор — чем больше, тем лучше.

Источник питания для качера должен быть рассчитан на работу при токе до 3 А (с запасом), с напряжением от 12 вольт, а желательно – выше. Будет гораздо удобнее, если он будет регулируемым по напряжению.
В собранном мной образце качера, я использовал источник питания трансформатор на 24 В. Диаметре вторичной катушки 5 см (длина — 42см) и площадь поперечного сечения провода 0.2мм2, а первичной — 8см (длина – 0,64 м), при площади поперечного проводника сечения 1.18мм2, стример возникал сразу. Причем, обычные эффекты, вроде зажигания светодиодных и газоразрядных ламп на расстоянии, возникали, так же сразу, как я их подносил.

В качестве источника питания был использован трансформатор, который подключен к осветительной сети 220В., последовательно подключил диодный мост, а также сглаживающий электролитический конденсатор 2000 мФ на 50 В.

При попытке заменить (из чистого интереса) КТ805 на более мощные КТ8102, КТ819, КТ918А, обнаружилось что режимы работы устройства значительно поменялись. На многих, заметно упал рабочий ток. Он составил всего — от 100 до 250 мА.

При увеличении напряжения до 42 В., то транзистор быстро перегревался и сгорал, на моем опыте так, сгорело 8-10 шт., поэтому пытался подобрать другие транзисторы КТ 805-819, но сильных изменений не произошло. Я брал для работы разные виды транзисторов и исследовал длительность работы при постоянной нагрузке, что отраженно в таблице №1 (см. приложение). Лидером среди этого списка, оказался транзистор КТ805БМ.

Следующий эксперимент, который я провел, был таков: на вверх катушки, к стримеру, прикрепил тор (который служил для увеличения радиуса действия электромагнитного поля.Как бы проще говоря, он является своеобразным конденсатором, с помощью которого, стример, увеличился и расстояние, работы лампочек увеличилось. Так же заметил, что, используя любой кусочек проволоки, стример, исходил из проволоки. Мне, показалось это очень странным, причины этому, считаю, что тор стал передавать, всю энергию на проволоку, и как бы, добился взаимодействия.

А так же, хочу предложить способ создания тора: Соединить концы трубы вместе можно алюминиевым скотчем. Так же, существует «бюджетный» вариант, например, взять шарик для пинг-понга и обмотать его фольгой, или просто, скомкать в шар фольгу, определенного диаметра. Все, тероид готов.

Кстати, функции тора таковы:

Снижение рабочей частоты за счёт изменения ёмкости во вторичном LC-контуре;

Значительное увеличение выходного напряжения за счёт гладкости (большого радиуса кривизны) поверхности;

Экранирование вторичной обмотки дополнительным электростатическим полем;

Формирование направления истечения разряда при помощи терминала;

Придание общему виду катушки классических форм и пропорций; и многие другие.

Заключение

Одной из самых ярких, интересных и неоднозначных личностей среди ученых-физиков является Никола Тесла.

Тесле удалось соединить в одном приборе свойства трансформатора и явление резонанса. Так был создан знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием » трансформатора Теслы».

Его инженерные разработки нашли применение в области электроэнергетики, электротехники, кибернетики, биофизике, медицине. Вопросы, которыми занимался Николай Тесла, остаются актуальными и сегодня. Их рассмотрение позволяет творческим инженерам и студентам физических специальностей шире смотреть на проблемы современной науки, отказаться от шаблонов, научиться отличать правду от вымысла, обобщать и структурировать материал. Поэтому взгляды Н. Тесла можно считать актуальными ныне не только для исследований в области истории науки и техники, но как достаточно действенной средство поисковых работ, изобретение новых технологических процессов и использования новейших технологий .

В результате проведённых в данной работе исследований, был сделан вывод: что трансформатор Тесла, является простым в изготовлении и настройке прибором, предложенная мною конструкция, является недорогой. Проверка вредного воздействия трансформатора на организм человека показала, что устройство является безопасным для использования в учебных целях при соблюдении правил техники безопасности работы с трансформатором.

С помощью трансформатора Тесла можно продемонстрировать множество красивых и эффектных экспериментов. Во время работы катушки мы можем наблюдать 4 типа разрядов.

Выводы

В результате моих экспериментов, я убедился, что вокруг катушки Тесла, возникает электромагнитное поле высокой напряженности и высокой частоты, которое оказывает действие на светодиодные лампы, лампы заполненными инертными газами и они дают яркий свет. А в лампах накаливания возникает стример. лампочки загорались сами по себе у меня в руках на определенном расстоянии, значит, электрический ток может передаваться без проводов. Необходимо отметить и еще одну важную вещь: действие этой установки на человека: Как Вы заметили при работе меня не било током: токи высокой частоты, которые проходят по поверхности человеческого организма не причиняют ему вреда, наоборот, оказывают тонизирующее и оздоровительное действие, это используется даже в современной медицине. Однако надо заметить, что электрические разряды, которые Вы видели, имеют высокую температуру, поэтому долго ловить молнию руками не советую!

Современное применение идей Теслы:

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния
Электрогенераторы, которые изобрел Никола Тесла, являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, АЭС, ТЭС и т. д.
Электродвигатели используются во всех современных электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах
Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран.
Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки мобильных телефонов или ноутбуков.
Оригинальные современные противоугонные средства для автомобилей работают по принципу все тех же катушек.
Использование в развлекательных целях и в медицине.
Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно к созданию внушительных электрических разрядов в воздухе, которые могут иметь длину многих метров, также, как и других явлений.
Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (телеуправление), беспроволочной связи (радио), и беспроволочной передачи энергии, которые все были им достигнуты. В начале столетия, трансформатор Тесла также нашел популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали высоко частотными токами, способными к путешествию через человеческое тело без вреда оказывая тонизирующее и оздоравливающе влияние.

Здравствуйте. Сегодня я расскажу про миниатюрную катушку (трансформатор) Тесла.
Сразу скажу, что игрушка крайне интересная. Я сам вынашивал планы по её сборке, но оказывается это дело уже поставлено на поток.
В обзоре тестирование, различные опыты-эксперименты, а также небольшая доработка.
Так что прошу…

Насчет Николы Теслы существуют разные мнения. Для кого-то это чуть ли не бог электричества, покоритель свободной энергии и изобретатель вечного двигателя. Другие же считают его великим мистификатором, умелым иллюзионистом и любителем сенсаций. И ту, и другую позицию можно подвергнуть сомнению, однако отрицать огромный вклад Теслы в науку никак нельзя. Ведь он изобрёл такие вещи, без которых невозможно представить себе наше сегодняшнее существование, например: переменный ток, генератор переменного тока, асинхронный электродвигатель, радио (да, да именно Н.Тесла первый изобрёл радио, а не Попов и Маркони), дистанционное управление и др.
Одним из его изобретений был резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение высокой частоты. Этот трансформатор носит имя создателя — Николы Теслы.
Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также электрической схемы, создающей высокочастотные колебания.
Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником.
В оригинале в схеме генератора использовался газовый разрядник. Сейчас чаще всего используют так называемый качер Бровина.
Качер Бровина — разновидность генератора на одном транзисторе, якобы работающего в нештатном для обычных транзисторов режиме, и демонстрирующая таинственные свойства, восходящие к исследованиям Тесла и не вписывающиеся в современные теории электромагнетизма.
По видимому, качер представляет собой полупроводниковый разрядник (по аналогии с разрядником Теслы), в котором электрический разряд тока проходит в кристалле транзистора без образования плазмы (электрической дуги). При этом кристалл транзистора после его пробоя полностью восстанавливается (т.к. это обратимый лавинный пробой, в отличие от необратимого для полупроводника теплового пробоя). Но в доказательство этого режима работы транзистора в качере приводятся лишь косвенные утверждения: никто кроме самого Бровина работу транзистора в качере детально не исследовал, и это только его предположения. Например, в качестве подтверждения «качерного» режима Бровин приводит следующий факт: какой полярностью к качеру не подключай осциллограф, полярность импульсов, которые он показывает, всё равно положительная

Хватит слов, пора переходить к герою обзора.

Упаковка самая аскетическая — вспененный полиэтилен и скотч. Фото не делал, но процесс распаковки есть в видеоролике в конце обзора.

Комплектация:

Комплект состоит из:
— блока питания на 24В 2А;
— переходника на евровилку;
— 2-х неоновых лампочек;
— катушки (трансформатора) Тесла с генератором.

Трансформатор Тесла:

Размеры всего изделия весьма скромные: 50х50х70 мм.

От оригинальной катушки Тесла есть несколько отличий: первичная (с малым количеством витков) обмотка должна находится снаружи вторичной, а не наоборот, как здесь. Также вторичная обмотка должна содержать достаточно большое количество витков, как минимум 1000, здесь же всего витков около 250.
Схема достаточно простая: резистор, конденсатор, светодиод, транзистор и сам трансформатор Тесла.
Это и есть слегка модифицированный качер Бровина. В оригинале у качера Бровина установлено 2 резистора от базы транзистора. Здесь один из резисторов заменён на светодиод включенный в обратном смещении.

Тестирование:

Включаем и наблюдаем свечение высоковольтного разряда на свободном контакте катушки Тесла.
Также можем видеть свечение неоновых ламп из комплекта, и газоразрядной «энергосберегайки». Да, для тех, кто не в курсе, лампы светятся просто так, без подключения к чему либо, просто вблизи катушки.

Свечение можно наблюдать даже у неисправной лампы накаливания
Правда в процессе экспериментирования, колба лампы лопнула.
Высоковольтный разряд без труда поджигает спичку:
Спичка легко поджигается и с обратной стороны:

Для снятия осциллограммы тока потребления, я в разрыв цепи питания установил 2-х ваттный резистор сопротивлением 4,7 Ом. Вот что получилось:

На первом скриншоте трансформатор работает без нагрузки, на втором поднесена энергосберегающая лампа. Видно, что общий ток потребления не меняется, что не скажешь о частоте колебаний.
Маркером V2 я отметил нулевой потенциал и среднюю точку переменной составляющей, итого получилось 1,7 вольта на резисторе 4,7 Ом, т.е. средний ток потребления составляет
0,36А. А потребляемая мощность около 8,5Вт.

Доработка:

Явный недостаток конструкции — очень маленький радиатор. Несколько минут работы прибора достаточно, чтобы нагреть радиатор до 90 градусов.
Для улучшения ситуации был применён бОльший радиатор от видеокарты. Транзистор был перемещён вниз, а светодиод наверх платы.
С этим радиатором максимальная температура упала до 60-65 градусов.

Видеоверсия обзора:

Видеоверсия содержит распаковку, опыты с разными лампами, поджигание спичек, бумаги, прожигание стекла, а также «электронные качели». Приятного просмотра.

Итоги:

Начну с минусов: неверно выбран размер радиатора — он слишком мал, поэтому включать трансформатор можно буквально на несколько минут, иначе можно сжечь транзистор. Либо нужно сразу увеличить радиатор.
Плюсы: всё остальное, одни сплошные плюсы, от «Вау»-эффекта, до пробуждения интереса к физике у детей.
К покупке рекомендую однозначно.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +67 Добавить в избранное Обзор понравился +107 +197

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

О сколько нам открытий чудныхГотовят просвещенья духИ опыт, сын ошибок трудных,И гений, парадоксов друг,И случай, бог изобретатель…

А.С. Пушкин

Введение

Актуальность темы

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор — катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования:

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования:

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Практическая часть.

Катушка Тесла (Class-ESSTC )

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, — это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис.1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте. (Рис.2)

Большая катушка Тесла (VTTC )

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (Рис.3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, — он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис.2 и Рис.3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

-Спарки — это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

-Стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример — это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

-Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

-Дуговой разряд — образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор — на зелёный, марганец — на синий, а литий — на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование : катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.4 и Рис.5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование : катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Рис.6 Рис.7

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование : катушка Тесла, бумага.

Рис.8 Рис.9

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование : катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование

Рис.11 Рис.12 Рис.13

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду — загорается дуга

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование : большая катушка Тесла, рука.

Рис.14 Рис.15

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование : большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.16 Рис.17

Рис.18 Рис.19

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование : большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

Рис.20 Рис.21

Рис.22 Рис.23

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование : большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

Рис.24 Рис.25

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м..

Опыт 10: Разряды из руки

Оборудование : большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

Рис.26 Рис.27 Рис.28

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла:

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Литература

Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. — М: Азбука-классика, 2010

Ржонсницкий Б. Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. — М: Молодая гвардия, 1959.

Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. — М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. — Ленинград. Наука. 1974.

Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D0%BB%D0%B0,_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683

КАТУШКА ТЕСЛА

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек без общего сердечника, а также разрядника, конденсатора и тороида. Принцип его работы таков: Конденсатор заряжается от высоковольтного источника питания, затем разряжается через искровой промежуток на первичную катушку. Таким образом, на вторичную катушку передается часть энергии, и возникают резонансные колебания, что приводит к возникновению на выходе высокого напряжения.

Разряды с тороида могут достигать длины в несколько метров, но расстояние пробоя зависит от мощности и напряжения первичного контура. В нынешнее время катушки Тесла приобрели популярность благодаря создаваемым эффектам и используются как декоративное изделие. Сегодня существует множество модификаций, которые в отличие от оригинальной конструкции Николы Тесла имеют меньшие размеры, низкий уровень шума и более высокую управляемость.

Катушка Тесла – одна из тех вещей, которые наиболее привлекают с сборке и экспериментам из-за своих уникальных свойств. При запуске устройства, может чувствоваться запах озона. Это и наводит на мысль использовать трансформатор Тесла в качестве озонатора воздуха. Кстати искра не только озонирует воздух, но и обеззараживает его. Поэтому применение устройство может найти в больницах, а так же на различных предприятиях. Единственный недостаток – высокочастотное электромагнитное излучение, которое может влиять на работу некоторых приборов.

Теперь перейдём к предлагаемой для сборки схеме катушки Тесла:

Она представляет собой обычнный LC генератор, максимальный стример был с нее 35см.

Детали: так как тансформатор от микро волновки не нашол, а он был-бы наиболее предпочтительным для схемы, то пришлось тащить сработы целый бп от трансляционого передатчика на гу-33б чтоб извлечь анодный трансформатор ТА282-127/220-50. На схеме он обозначен Tr1.

Накальный трансформатор типа тн-46-127/220-50, на схеме Tr2, был взят от туда-же.

Мощный резистор второй сетки лампы — батарея последовательно соединеных керамических 10-ти ваттных ПЕВ на общее сопротивление 13к. Конденсаторы высоковольтные, на максимальное напряжение в 1,5 раза выше, чем питание анода. Видео работы катушки тесла прилагается на форуме. Автор — bvz.

Форум по обсуждению материала КАТУШКА ТЕСЛА

MINILED И MICROLED ДИСПЛЕИ

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры — краткий обзор и сравнение технологий.

МИКРОФОНЫ MEMS

Микрофоны MEMS — новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

«Катушка Тесла — изобретение обогнавшее время»

МБОУ «СОШ с. Михайловское имени Героя Советского Союза А.М. Селютина»

Индивидуальный проект на тему:

«Катушка Тесла — изобретение обогнавшее время»

Работа ученика 11 «Б» класса

Бирагова Марата Арутюновича

Научный руководитель: преподаватель физики

Козаева Татьяна Анатольевна

г. Владикавказ, село Михайловское

2021-2022

Введение…………………………………………………………………………………………………….3

Глава 1. Биография ученого Николы Тесла………………………………………………….4

Электричество без проводов………………………………………………………………9

Глава 2. Катушка Теслы…………………………………………………………………………….13

Эксперимент. Создание катушки Тесла…………………………………………….17

Демонстрация устройства учащимся школы…………………………………..18

Применение идей Теслы в современном мире……………………………………19

Заключение……………………………………………………………………….20

Список используемой литературы и Интернет-ресурсов…………………………….21

Введение

(Слайд 2) Актуальность:

Проделанная работа направлена на более подробное изучение физики в целом, узнать много нового о деятельности великого ученого-физика и инженера Николы Тесла, понять и продемонстрировать работу и устройство катушки Тесла.

(Слайд 3) Цель проекта:

1. Собрать катушку Тесла, продемонстрировать ее работу, пронаблюдать физические электромагнитные явления катушки.

2. Узнать о создателе изобретения, узнать, как была изобретена катушка.

3. Провести несколько занимательных экспериментов с катушкой Тесла.

(Слайд 4) Гипотеза:

С помощью электромагнитных явлений катушки, возможно передавать ток беспроводным способом.

(Слайд 5) Задачи:

1. Изучить и проанализировать литературу о Николе Тесла и его достижениях в области физики.

2. Сделать презентацию с процессом создания катушки.

3. Ознакомить учащихся школы с проектом и презентацией.

4. Подвести итоги и сделать выводы.

Глава 1. Биография Николы Тесла

(Слайд 6) Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в Смиляне, Австрийская империя (ныне в Хорватии) — умер 7 января 1943 года в Нью-Йорке (США). Изобретатель в области электро- и радиотехники, инженер, а также физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в работал во Франции и Соединенных Штатах Америки. В 1891 году получил гражданство США. По национальности — серб. Всемирно известен благодаря своему вкладу в создание устройств, работающих на переменном токе, многофазных систем и электродвигателя, позволивших совершить так называемый второй этап промышленной революции. Именем Н. Теслы названа единица измерения плотности магнитной индукции.

Отца семейства звали Милутин Тесла (1819-1879), являлся священником сербской православной церкви, мать звали Георгина Тесла (1822-1892). Никола был четвертым ребенком в семье. Всего в семье было пять детей: три дочери — Милка, Ангелина и Марица и два сына — Никола и его старший брат Дане.

Первый класс начальной школы Никола закончил в Смилянах, но после гибели старшего брата и повышения сана отца, семья переезжает в город Госпич, где заканчивает оставшиеся три класса начальной школы, а после и трехлетнюю гимназию, которую заканчивает в 1870 году. В 1875 году Никола поступает в высшее техническое училище в Граце, где начинает изучать электротехнику. Тесла устраивается преподавателем в гимназию в Госпиче, где он и учился, но эта работа его не устраивала. Вскоре при финансовой поддержке своих родственников в 1880 году он уезжает в Прагу, где поступает на философский факультет Пражского университета. После окончания первого семестра, Никола вынужден искать работу.

До 1882 года Тесла работал инженером-электриком в правительственной телеграфной компании в Будапеште, которая в то время занималась проведением телефонных линий и строительством центральной телефонной станции. В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. Но работа в телеграфной компании не давала Тесле осуществить свои планы по созданию электродвигателя переменного тока. В конце 1882 года он устроился в Континентальную компанию Эдисона в Париже. В начале 1883 года компания направила Николу в Страсбург для решения ряда рабочих проблем. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

Весной 1884 года работы в Страсбурге были закончены, и Тесла вернулся в Париж, ожидая от компании премии в размере 25 тыс. долларов. Попробовав получить причитающиеся ему премиальные, он понимает, что этих денег ему не видать и, оскорблённый, уволился.

6 июля 1884 года Тесла прибыл в Нью-Йорк. Он устроился на работу в компанию Томаса Эдисона в качестве инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока.

Эдисон не воспринимал новые идеи Теслы и всё более часто и открыто высказывал неодобрение по поводу личной деятельности изобретателя. Весной 1885 года Эдисон пообещал Тесле 50 тыс. долларов (по тем временам сумма была внушительная, примерно эквивалентная 1 млн современных долларов), если у него получится конструктивно модифицировать электромашины постоянного тока, придуманные Томасом. Изобретатель активно взялся за работу и вскоре представил 24 разновидности машины Эдисона, которые были значительно улучшены предшествующих. Одобрив все усовершенствования, в ответ на вопрос о вознаграждении Эдисон отказал Николе (это была неудачная шутка Эдисона), оскорбившись, Тесла немедленно уволился.

Проработав всего год в компании Томаса Эдисона, Тесла приобрёл известность в деловых кругах. Узнав о его увольнении, группа электротехников предложила Николе организовать свою компанию, которая решала бы проблемы и вопросы, связанные с электрическим освещением. Проекты Теслы по использованию переменного тока их не устроили, и тогда они изменили первоначальное предложение, ограничившись лишь предложением разработать проект дуговой лампы для уличного освещения. Через год проект был завершен. Вместо денег предприниматели предложили изобретателю часть акций компании, созданной для эксплуатации новой лампы. Такой вариант не устроил изобретателя. Компания же в ответ решила избавиться от него, он был оклеветан и уволен.

В период с осени 1886 года до весны следующего года, Тесла был вынужден работать на подсобных работах, так как был в беднейшем положении. Там же он подружился с находившимся в подобной же ситуации инженером Брауном, который смог уговорить нескольких своих знакомых оказать небольшую финансовую поддержку Тесле. В апреле 1887 года, созданная на эти деньги «Тесла Арк Лайт Компани», начала заниматься обустройством уличного освещения новыми дуговыми лампами. Вскоре перспективность компании была доказана большими заказами из многих городов США. Первый заказ был получен почти случайно – Тесла вышел на муниципальные власти одного из районов Нью-Йорка и по очень соблазнительной цене предложил электрифицировать пока всего лишь одну улицу. Работа завершилась в рекордные сроки. Начальство осмотрело залитую ярким светом дуговых ламп улицу и осталось довольно. А спустя неделю рассыльный принёс в офис Теслы пухлый пакет. Это был проект договора на электрификацию ещё десятка улиц. Потихоньку известность компании Теслы приобретала более крупные масштабы. Заказы приходили не только из Нью-Йорка, но и из Филадельфии, Бостона, Чикаго. И Тесла изменил методику работы своей компании. Отныне «Тесла Арк Лайт Компани» не занималась монтажом систем освещения. Она лишь изготовляла готовые к монтажу комплекты оборудования, сопровождая их подробными инструкциями по установке. Жизнь молодого ученого стала налаживаться.

Вскоре для своей компании, Тесла снял дом для создания лаборатории в Нью-Йорке, которая была расположена рядом с одним из демонстрационных залов Эдисона, эта лаборатория занимала весь четвертый этаж шестиэтажного здания на Южной Пятой авеню, 33–35, которая сегодня носит название Вест-Бродвей. Между двумя компаниями развязалась острая конкурентная борьба, известная в Америке под названием «Война токов» (War of Currents). Одновременно Тесла поменял отель, переехав в «Астор-Хаус» — роскошное пятиэтажное строение в центре города, рядом с трамвайной линией.

В июле 1888 года известный американский промышленник Джордж Вестингауз выкупил у Теслы более 40 патентов, заплатив в среднем по 25 тыс. долларов за каждый. Вскоре Тесла съездил в Европу, где посетил Всемирную выставку 1889 года, которая проходила в Париже, там же он навестил свою мать и сестру.

В 1888-1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей высокой частоты в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными: он получил множество патентов на изобретения. Руководство Американского института электроинженеров (American Institute of Electrical Engineers) пригласило Теслу прочитать лекцию о своих работах. 20 мая 1892 года он выступил перед аудиторией, включавшей выдающихся электротехников того времени, и имел большой успех.

13 марта 1895 года в лаборатории на Пятой авеню случился пожар, пламя уничтожило последние достижения ученого: механический осциллятор, стенд для испытаний новых ламп для электрического освещения, макет устройства для беспроводной передачи сообщений на далёкие расстояния и установку для исследования природы электричества. Благодаря финансовой поддержки Эдварда Адамса, Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 30 миль.

В мае 1899 года по приглашению местной электрической компании Тесла переехал в Колорадо-Спрингс в штате Колорадо.

Электричество без проводов

(Слайд 7) В Колорадо-Спрингс по заказу изобретателя построили 60-метровую антенну, с помощью которой Никола собирался экспериментировать с беспроводной передачей электричества. Но пока его башня, на которую с подозрением и опаской смотрели местные, только генерировала молнии — толщиной в руку и длиной более четырех метров.

«В Колорадо-Спрингс Тесла провел первые испытания беспроводной передачи электроэнергии. Он смог питать током, извлекаемым из Земли во время работы гигантского вибратора, 200 электрических лампочек накаливания, расположенных на расстоянии 42 километров от его лаборатории. Мощность каждой составляла 50 ватт, так что суммарный расход энергии составлял 10 кВт, или 13 л.с. Тесла был убежден, что с помощью более мощного вибратора он смог бы зажечь дюжину электрических гирлянд по 200 лампочек в каждой, разбросанных по всему земному шару» — выдержка из книги Джона О’Нейла — «Электрический Прометей». Известно по многочисленным фотографиям и описаниям очевидцев и помощников изобретателя, что представлял собой генератор энергии, передаваемой на 42 километра без проводов. То, что Тесла называл вибратором, было гигантским трансформатором его системы, имевшим первичную обмотку из нескольких витков толстого провода, намотанных на ограде диаметром 25 метров, и размещенную внутри нее многовитковую однослойную вторичную обмотку на цилиндре из диэлектрика. Первичная обмотка вместе с конденсатором, индукционной катушкой и искровым промежутком образовывала колебательный контур-преобразователь частоты.
Над трансформатором, располагавшимся в центре лаборатории, возвышалась деревянная башня высотой 60 метров, на кроне которой, возвышался большой медный шар. Один конец вторичной обмотки трансформатора соединялся с этим шаром, другой — заземлялся. Все устройство питалось от отдельной динамо-машины мощностью 300 л.с. В нем возбуждались электромагнитные колебания частотой 150 килогерц (длина волны 2000 метров). Рабочее напряжение в высоковольтной цепи составляло 30 000 В, а резонирующий потенциал шара достигал 100 000 000 В, порождая искусственные молнии длиной в десятки метров!

Осенью 1899 года Тесла вернулся в Нью-Йорк.

В 60 км севернее Нью-Йорка на острове Лонг-Айленд Никола Тесла приобрёл участок земли, граничащий с владениями Чарльза Вардена. Участок площадью 0,8 км² находился на значительном удалении от поселений. Здесь Тесла планировал построить лабораторию и научный городок. По его заказу архитектором В. Гроу был разработан проект радиостанции — 47-метровой деревянной каркасной башни с медным полушарием наверху. Сооружение подобной конструкции из дерева порождало множество сложностей: из-за массивного полушария центр тяжести здания сместился вверх, лишая конструкцию устойчивости. С трудом удалось найти строительную компанию, взявшуюся за реализацию проекта. Строительство башни завершилось в 1902 году. Тесла поселился в небольшом коттедже неподалёку. Изготовление необходимого оборудования затянулось, поскольку финансировавший его промышленник Джон Пирпонт Морган разорвал контракт после того, как узнал, что вместо практических целей по развитию электрического освещения Тесла планирует заниматься исследованиями беспроводной передачи электричества. Узнав о прекращении Морганом финансирования проектов изобретателя, другие промышленники также не захотели иметь с ним дела. Тесла вынужден был прекратить строительство, закрыть лабораторию и распустить штат сотрудников. Расплачиваясь с кредиторами, Тесла вынужден был продать земельный участок. Башня оказалась заброшенной и простояла до 1917 года, когда федеральные власти заподозрили, что немецкие шпионы используют её в своих целях. Недостроенный проект Теслы взорвали. После 1900 года Тесла получил множество других патентов на изобретения в различных областях техники: электрический счётчик, частотомер, ряд усовершенствований в радиоаппаратуре, паровых турбинах и т.д.

В 1915 году в газетах писали, что Тесла был номинирован на Нобелевскую премию по физике. 18 мая 1917 года Тесле была вручена медаль Эдисона, хотя сам он решительно отказывался от её получения. В том же году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок. В 1917-1926 годах Никола Тесла работал в разных городах Америки. В 1934 году в журнале Scientific American была опубликована статья Теслы, вызвавшая широкий резонанс в научных кругах.

Осенью 1937 года в Нью-Йорке 81-летний Тесла вышел из отеля «Нью-Йоркер», чтобы, как обычно, покормить голубей у собора и библиотеки. Переходя улицу в паре кварталов от отеля, Тесла не смог увернуться от движущегося такси и упал, получив травму спины и перелом трёх рёбер. Тесла отказался от услуг врача, чему следовал и прежде, и так полностью не оправился. Происшествие вызвало острое воспаление легких, перешедшее в хроническую форму. Тесла оказался на несколько месяцев прикован к постели и смог снова встать в начале 1938 года.

Никола Тесла скончался в занимаемом им номере отеля «Нью-Йоркер» в ночь с 7 на 8 января 1943 года, на 87-м году жизни. Тело обнаружила 8 января горничная, которая вошла в комнату вопреки вывешенной Теслой ещё 5 января табличке «не беспокоить». 12 января тело кремировали, и урну с прахом установили на Фернклиффском кладбище в Нью-Йорке. В 1957 году она перенесена в Музей Николы Теслы в Белграде.

Тесла отличался экстравагантным характером и странными привычками. В него влюблялось много женщин, но он не отвечал взаимностью и не был женат. Придерживался убеждений, что семейная жизнь, рождение детей несовместимы с научной работой. Незадолго до смерти ученый признается, что отказ от личной жизни был неоправданной жертвой.

Глава 2. Катушка Теслы

(Слайд 8) Трансформатор Теслы, или катушка Теслы (англ. Tesla coil)— устройство, изобретённое Николой Теслой, которое является резонансным конденсатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Трансформатор Теслы основан на использовании резонансных стоячих электромагнитных волн в катушках. Его первичная обмотка содержит небольшое число витков и является частью искрового колебательного контура (электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности, конденсатор и источник электрической энергии), включающего в себя также конденсатор и искровой промежуток. Вторичной обмоткой служит прямая катушка провода. При совпадении частоты колебаний колебательного контура первичной обмотки с частотой одного из собственных колебаний (стоячих волн) вторичной обмотки вследствие явления резонанса во вторичной обмотке возникнет стоячая электромагнитная волна и между концами катушки появится высокое переменное напряжение.

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенного маятника. Если его раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных колебаний, то при тех же усилиях максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с катушкой Теслы — в роли маятника выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).

Простейший трансформатор Теслы включает в себя входной трансформатор, катушку индуктивности, состоящую из двух обмоток — первичной и вторичной, разрядник (прерыватель, английский вариант Spark Gap) конденсатор, тороид (используется не всегда) и терминал.

Первичная обмотка обычно содержит всего несколько витков медной трубки или провода большого диаметра, а вторичная около 1000 витков провода меньшей площади сечения. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник. Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора, главным образом, выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, катушка Теслы представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его невероятные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора. Во время работы катушка Теслы создаёт красивые впечатляющие эффекты. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

(Слайд 9) Стример (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.

(Слайд 10) 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 особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.

(Слайд 11) Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

(Слайд 12) 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.

Неверно считать, что трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Тем не менее, основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое. В основном это связано со значительными трудностями при необходимости управляемого отбора высоковольтной мощности или тем более передачи её на расстояние от трансформатора, так как при этом устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура .Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в частоте минимальной электрической прочности воздуха способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Тесла используется как декоративное изделие.

Теперь же, перейдем к созданию этого невероятного устройства!

(Слайд 13) Эксперимент. Создание катушки Теслы

(Слайд 14) Цели эксперимента:

Собрать действующую катушку Теслы.

Продемонстрировать ее свойства электромагнитного поля катушки.

(Слайд 15) Детали, которые нам потребуются:

Медный провод обмоточный, 32 метра, D0,2 мм

Медный провод обмоточный, 20 см, D1 мм

Биполярный транзистор NPN

Резистор 20-50 кОм

Шприц 20 мл

Колодка для батарейки

Батарейка крона

(Слайд 16-19) Сборка катушки Теслы (фото и видеоотчет в презентации).

Результаты эксперимента и итоги:

Действительно, при поднесении газовой мини-лампочки, она загорается и светится вблизи катушки, а из этого следует, что вокруг устройства существует электромагнитное поле. Гипотеза подтверждена!

Лампочка зажглась прямо у нас в руках, это значит, что электрический ток может передаваться без проводов.

Эксперимент проведен успешно!

Демонстрация устройства учащимся школы

Как было заявлено в «Задачах проекта» — продемонстрировать учащимся нашей школы работу катушки Теслы, а также ознакомить с биографией Николы Тесла и его изобретений.

(Слайд 20-22) Для демонстрации был выбран 8 «А» класс нашей школы.

Ребята проявили интерес к работе, отвечали на вопросы, а мы — на их.

Применение идей в современном мире:

Электрогенераторы, которые изобрел Никола Тесла, являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, АЭС, ТЭС и т. д.

Электродвигатели используются во всех современных электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах

Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки мобильных телефонов или ноутбуков.

Оригинальные современные противоугонные средства для автомобилей работают по принципу все тех же катушек.

Использование в развлекательных целях и в медицине.

Заключение

Одной из самых ярких, интересных и неоднозначных личностей среди ученых-физиков является Никола Тесла. Почему-то его несильно жалуют на страницах школьных учебников физики, хотя без его трудов, открытий и изобретений трудно представить себе существование обыденных, казалось бы вещей, таких как, например, наличие электротока в наших розетках. Никола Тесла опередил своё время и не получил заслуженного признания при жизни, впрочем, и поныне его труды не оценены по достоинству. Тесле удалось соединить в одном приборе свойства трансформатора и явление резонанса. Так был создан знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием «трансформатора Теслы«.

Трансформатор Тесла — удивительное устройство, позволяющее получить мощный интенсивный поток автоэлектронной эмиссии чрезвычайно экономичным способом. Однако его уникальные свойства и полезные применения далеко еще не исчерпаны.

Бесспорно, Н. Тесла является интересной фигурой с точки зрения на перспективу использования на практике его нетрадиционных идей. Сербскому гению удалось оставить заметный след в истории науки и техники. Его инженерные разработки нашли применение в области электроэнергетики, электротехники, кибернетики, биофизике, медицине. Деятельность изобретателя окутана мистическими рассказами, среди которых надо выбрать именно те, в которых содержится правдивая информация, действительные исторические факты, научные достижения и конкретные результаты. Вопросы, которыми занимался Николай Тесла, остаются актуальными и сегодня. Их рассмотрение позволяет творческим инженерам и студентам физических специальностей шире смотреть на проблемы современной науки, отказаться от шаблонов, научиться отличать правду от вымысла, обобщать и структурировать материал. Поэтому взгляды Н. Тесла можно считать актуальными ныне не только для исследований в области истории науки и техники, но как достаточно действенной средство поисковых работ, изобретение новых технологических процессов и использования новейших технологий.

Литературные источники:

Надеждин Николай Яковлевич — «Никола Тесла. Секрет успеха»

Сейфер Марк — «Никола Тесла. Повелитель Вселенной»

Джон О’Нейл — «Электрический Прометей»

Интернет-ресурсы:

«Никола Тесла — биография» — https://stuki-druki.com/authors/Tesla.php

«Биография Тесла, Никола» — https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D0%BB%D0%B0,_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0

«История изобретений. Как Никола Тесла изменил мир и умер в одиночестве» — https://tech.onliner.by/2017/04/23/nikola-tesla

«Электричество без проводов» — https://www.eprussia.ru/epr/31/2008.htm

«Трансформатор (катушка) Теслы» — https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%A2%D0%B5%D1%81%D0%BB%D1%8B

«Никола Тесла» — https://24smi.org/celebrity/4623-nikola-tesla.html

Испытание с помощью трансформатора Тесла

Cтраница 3 из 5

Внутри вакуумной системы разрежение создается с помощью вращательного масляного насоса. Затем незаземленным концом провода вторичной обмотки трансформатора Тесла прикасаются к поверхности вакуумной системы снаружи. В газе, находящемся внутри системы, возбуждается тлеющий электрический разряд. Свечение происходит при давлениях от нескольких миллиметров до 5•1O^-2 мм рт. ст.

Наблюдать за разрядом можно только при наличии смотрового стекла. Кроме того, система должна быть изготовлена из электроизоляционного материала, поэтому способ применяют в основном для систем из стекла. Если конец провода (электрод) катушки Тесла окажется вблизи отверстия в стекле, то с конца провода внутрь системы через это отверстие пробьется яркая искра; тем самым точно устанавливается место течи. Следует иметь в виду, что при длинной искре и длительном воздействии трансформатора на одну точку системы возможен пробой стеклянной стенки. Течь можно найти, если на расстоянии нескольких сантиметров от нее нет металлических частей установки, в противном случае возникнет искра между металлом и концом катушки.

Для проверки герметичности в месте соединения металла со стеклом следует возбудить в системе газовый разряд и провести снаружи ватой, смоченной бензином или метиловым спиртом. При наличии течи пары этих веществ проникнут внутрь системы и изменится цвет газового разряда. Такой способ следует применять только в случае очень малых течей, так как проникающие через большую течь органические пары загрязняют вакуумную систему. Можно также возбудить в системе газовый разряд трансформатором Тесла, а затем обдувать систему снаружи светильным или углекислым газом. При попадании в систему углекислого газа цвет разряда становится синевато-зеленым, при попадании светильного газа — белым.

Искровой течеискатель ИО 60-010 отечественного производства предназначен для проверки герметичности стеклянных вакуумных систем и для определения степени достигнутого разрежения. Его применяют и в металлических системах при наличии в них деталей из стекла или при установке специального стеклянного разрядника.

Разряд возбуждается прикосновением электрода течеискателя к стеклу или к металлическому стержню, впаянному в стекло. Течи в шлифовых соединениях, как и в металлических частях системы, могут быть обнаружены при давлениях от 1 до 5•1O^-3 мм рт. ст. по изменению цвета разряда при проникновении сквозь них пробного вещества.

Течеискатель выполнен в виде небольшого блока с присоединенным через гибкий шланг высокочастотным электродом. Гибкий металлический стержень электрода снабжен пластмассовой рукояткой.

Недостатком способа является невозможность его применения в цельнометаллических системах, а также ограниченная область давлений.Определение течи с помощью разрядной трубки. Способ разрядной трубки применим для вакуумных систем, изготовленных из любого материала. Если включить разрядную трубку в высоковакуумную систему между диффузионным и механическим форвакуумным насосом, а затем обдувать систему пробным газом (углекислым газом, метаном, парами спирта, ацетона, бензина, эфира), то при попадании газа через течь внутрь вакуумной системы цвет разряда изменится. Наиболее чувствительным индикатором является углекислый газ.

При отсутствии легколетучих углеводородов можно опрыскивать систему водой; при попадании паров воды в разрядную трубку свечение становится голубым. Углекислый газ дает также голубое свечение, водород — красное. Чувствительность такого метода можно повысить применением спектроскопа для наблюдения за разрядом. Если в системе отсутствует высоковакуумный диффузионный насос, то разрядную трубку подключают к трубопроводу, идущему от системы к механическому насосу. Для отыскания течей таким методом наиболее пригодны давления 0,1—1 мм рт. ст.

Не следует забывать о возможности взрыва водорода в присутствии электрической искры. Гелий имеет такую же проникающую способность, как и водород, но менее взрывоопасен.Проверка герметичности путем временного уплотнения отдельных участков системы. Вакуумную систему откачивают до высокого вакуума

и затем отсоединяют от насоса. После отсоединения участка системы от насоса давление в нем постепенно повышается. Если в этот момент место течи снаружи покрыть вакуумной замазкой (например, пластилином), то скорость повышения давления уменьшается.

Применяют иногда и окраску наружной поверхности. Этот способ более чувствителен, так как время наблюдения за изменением давления может быть сколь угодно большим. Такой метод наиболее прост (с точки зрения оснащения приборами). Однако у него есть существенный недостаток. Вакуумная замазка или красящее вещество заполняют поры и трещины, но такое уплотнение непрочно и при эксплуатации отверстие, куда попала замазка, может снова стать источником натекания.

Катушка Тесла

— Academic Kids

От академических детей

Катушка Тесла относится к категории катушек прорывного разряда, названных в честь их изобретателя Николы Теслы. Тесла фактически экспериментировал с большим разнообразием катушек и конфигураций, поэтому трудно описать конкретный способ конструкции, который удовлетворит потребности тех, кто спрашивает о катушках « Тесла ». Широко известно, что катушки Тесла состоят из связанных резонансных контуров.

Введение

Ранние катушки

Американский электрик дает описание одного из них, в котором стеклянная батарея размером шесть дюймов на восемь дюймов намотана от 60 до 80 витков магнитной проволоки № 18 B & S. В него вставляется первичная обмотка, состоящая из восьми-десяти витков провода № 6 B и S, и вся комбинация погружается в сосуд с льняным или минеральным маслом. (Норри, стр. 34-35)

Разрушительные «

Тесла » Катушки

После первоначальных исследований напряжения и частоты, проведенных Уильямом Круксом, Тесла разработал серию катушек, которые производили высоковольтные высокочастотные токи.В большинстве экспериментов Теслы он использовал оборудование собственной конструкции для получения эффекта Теслы. Эти ранние катушки использовали «разрушающее» действие искрового разрядника в своей работе. Установка может быть продублирована катушкой Румкорфа, двумя конденсаторами и второй, специально сконструированной, разрушающей катушкой. (Норри, стр. 228)

Катушка Румкорфа, питаемая от основного источника, соединена с конденсаторами (теперь называемыми конденсаторами) на обоих концах последовательно. Искровой разрядник расположен параллельно катушке Румкорфа перед конденсаторами.Разрядные наконечники обычно представляют собой металлические шарики диаметром менее одного дюйма, хотя Тесла использовал разрядники различных форм. Конденсаторы были специальной конструкции, маленькие, с высокой изоляцией. Эти конденсаторы состояли из подвижных пластин в масле. Чем меньше пластины, тем чаще разряжается этот ранний змеевиковый аппарат. Пластины также помогают свести на нет высокую собственную индуктивность вторичной катушки, увеличивая ее емкость. Пластины из слюды помещались в искровой промежуток, чтобы создать струю воздушного потока, которая поднималась вверх через зазор.Это сделало выброс более резким. Для этой цели также использовался воздушный взрыв. (Норри, стр. 230-231)

Конденсаторы подключены к двойной первичной обмотке (каждый змеевик последовательно с конденсатором). Они являются частью второй специально сконструированной разрушающей катушки. Каждая первичная обмотка состоит из двадцати витков провода с резиновым покрытием № 16 B и S и намотана отдельно на резиновых трубках толщиной не менее 1/8 дюйма. Вторичная обмотка состоит из 300 витков обтянутого шелком магнитного провода № 30 B&S, намотанного на резиновую трубку или стержень, а контакты заключены в стеклянные или резиновые трубки.Первичные обмотки должны быть достаточно большими, чтобы их можно было ослабить, когда вторичная катушка находится между катушками. Первичные должны покрывать около двух дюймов вторичного. Между этими первичными обмотками должна быть установлена перегородка из твердой резины. Концы первичных проводов, не соединенные с конденсаторами, выведены в искровой разрядник. (Норри, стр. 35-36)

Более поздние катушки Теслы были значительно больше и работали на гораздо более высоких уровнях мощности. Эти более поздние системы питались от больших высоковольтных трансформаторов, использовали батареи конденсаторов из стеклянных бутылок, погруженных в масло, чтобы уменьшить потери на корону, и использовали вращающиеся искровые промежутки для работы с более высокими уровнями мощности.Тесла также отказался от использования масла для изоляции катушек трансформатора, полагаясь вместо этого на изолирующие свойства воздуха. Катушки Тесла достигают большого усиления по напряжению за счет слабого соединения двух резонансных LC-контуров вместе с использованием трансформатора с воздушным сердечником (без железа). В отличие от обычного трансформатора, коэффициент усиления которого ограничен соотношением числа витков в обмотках, коэффициент усиления по напряжению катушек Тесла пропорционален квадратному корню из соотношения индуктивностей вторичной и первичной обмотки.

Более поздние катушки

Вид сверху
Свободный терминал и схема большой поверхности с опорной конструкцией и генераторным оборудованием

Когда Тесла запатентовал более позднее устройство (US1119732 — Устройство для передачи электрической энергии), он назвал его высоковольтным саморегенерирующим резонансным трансформатором с воздушным сердечником, который генерирует очень высокое напряжение на высокой частоте.Однако эта фраза больше не используется в обычном использовании.

Этот более поздний тип катушки является обычным устройством, созданным современными энтузиастами. Это резонансный трансформатор с воздушным сердечником и двойной настройкой, который генерирует очень высокие напряжения на радиочастотах. Катушка обеспечивает большой выигрыш по напряжению за счет резонансного контура, в отличие от обычного трансформатора, коэффициент усиления которого ограничен соотношением числа витков в обмотках. Внешние проводящие поверхности катушки Теслы, заряженные до высокого потенциала, имеют большие радиусы кривизны, чтобы свести к минимуму утечку колебательного заряда.

Хотя современные катушки Теслы предназначены для генерации длинных искр, оригинальная система Теслы была разработана для беспроводной связи и передачи энергии, поэтому он использовал большие радиусы кривизны для предотвращения потерь в короне и стримерах. Внешние проводящие поверхности катушек Теслы, заряженные до высокого потенциала, имеют большие радиусы кривизны, чтобы свести к минимуму утечку колебательных зарядов через коронные разряды или искры. Интенсивность усиления по напряжению цепи со свободным, или приподнятым, тороидом пропорциональна количеству вытесненного заряда, которое определяется произведением емкости цепи на напряжение (которое Тесла называл « давление » ), и частота используемых токов.

Описание

Более поздние катушки состоят из первичной цепи бака, которая представляет собой последовательную LC-цепь, состоящую из высоковольтного конденсатора, искрового разрядника и первичной катушки; и вторичный LC-контур, последовательный резонансный контур, состоящий из вторичной катушки и тороида. В первоначальных планах Теслы вторичная LC-цепь состояла из нагруженной вторичной катушки, которая затем помещалась последовательно с большой спиральной катушкой. Затем спиральная катушка соединяется с тороидом. Тороид фактически образует одну клемму конденсатора, а другая клемма является землей (или «землей»).Первичный LC-контур «настроен» так, что он будет резонировать на той же частоте, что и вторичный LC-контур. Первичная и вторичная катушки магнитно связаны, создавая резонансный трансформатор с воздушным сердечником с двойной настройкой.

Терминал состоит из металлического каркаса, иногда круглого кольца, покрытого гладкими полусферическими металлическими пластинами (составляющими очень большую проводящую поверхность). Клемма имеет относительно небольшую емкость, заряженную до максимально возможного напряжения. На внешней поверхности приподнятого проводника в основном накапливается электрический заряд.Он имеет большой радиус кривизны или состоит из отдельных элементов, которые, независимо от собственного радиуса кривизны, расположены близко друг к другу так, что огибающая их внешняя идеальная поверхность имеет большой радиус.

Рама опирается на прочную платформу и опирается на изолирующие опоры. Цепь состоит из катушки, находящейся в тесной индуктивной связи с первичной обмоткой, и один конец которой соединен с заземляющей пластиной, а другой конец проходит через отдельную катушку самоиндукции (подключение которой всегда должно выполняться на или рядом, в центре, чтобы обеспечить симметричное распределение тока) и металлический цилиндр к терминалу.Первичная катушка может возбуждаться любым желаемым источником. Важным требованием является установление резонансного состояния. Для возбуждения первичной обмотки можно использовать высокочастотный генератор переменного тока или конденсаторный разряд.

Проводник вала к клемме выполнен в виде цилиндра с гладкой поверхностью, радиус которого намного больше, чем у сферических металлических пластин, и расширяется внизу в кожух (с прорезями во избежание потери вихревых токов и для безопасности). Вторичная катушка намотана на барабан из изоляционного материала, ее витки расположены близко друг к другу.При преодолении эффекта малого радиуса кривизны самого провода нижняя вторичная обмотка ведет себя как проводник с большим радиусом кривизны, соответствующим радиусу кривизны барабана (этот эффект применим и в других местах). Нижний конец верхней вторичной обмотки при желании может быть доведен до вывода и должен находиться несколько ниже самого верхнего витка первичной обмотки. Это уменьшает тенденцию заряда вырываться из соединяющей их проволоки и проходить вдоль опоры.

Использование и производство

Отсутствующее изображение
TCOIL3.png

Типовая схема катушки Теслы
Этот пример схемы предназначен для питания переменным током.

Трансмиссия

Большая катушка Тесла более современной конструкции может работать при очень высоких пиковых уровнях мощности, вплоть до многих мегаватт (или сотен тысяч лошадиных сил). Поэтому его следует тщательно настраивать и эксплуатировать не только в целях эффективности и экономии, но и в целях безопасности.Если из-за неправильной настройки точка максимального напряжения возникает ниже клеммы, вдоль вторичной обмотки, может возникнуть разряд (искра) или, возможно, шар плазмы, который повредит или разрушит провод катушки, опоры, близлежащие предметы, или что-то еще на пути.

Безопасность и меры предосторожности

Целесообразно начинать настройку, при которой резонансную частоту первичной катушки устанавливают на такое же значение, что и вторичной катушки, используя маломощные и низкочастотные колебания, затем увеличивая мощность и частоту до тех пор, пока аппарат не будет приведен в действие. контроль.Во время настройки к верхней клемме может быть добавлен небольшой выступ (называемый «пробойным выступом»), чтобы стимулировать коронный и искровой разряды (иногда называемые стримерами) в окружающий воздух. Один или несколько элементов или пластин с несколько меньшим радиусом кривизны или более или менее выступающих за пределы других (в этом случае они могут быть с большим радиусом кривизны), так что при слишком высоком напряжении мощный разряд может выйти на воздуха. Затем настройку можно отрегулировать так, чтобы при желании получить самые длинные стримеры с заданным уровнем мощности.По целому ряду технических причин тороиды обеспечивают наилучшую общую форму для верхних выводов современных катушек Тесла.

Поскольку катушки Теслы могут создавать токи или разряды очень высокой частоты и напряжения, они полезны для различных целей, включая демонстрацию в классе, создание спецэффектов в театре и кино, а также проверку безопасности продукта/технологии. При типичной работе длинные ветвящиеся высоковольтные искры могут вылетать во всех направлениях из тороида в воздух, создавая опасное, но странно красивое, похожее на молнию проявление электричества «в действии».

Воздушные выбросы

При генерации разрядов электрическая энергия вторичной обмотки и тороида передается окружающему воздуху в виде электрического заряда, тепла, света и звука. Электрические токи, протекающие через эти разряды, на самом деле возникают из-за быстрого перемещения количества заряда из одного места (верхний терминал) в другие места (близлежащие области воздуха). Процесс аналогичен зарядке или разрядке конденсатора. Ток, возникающий при смещении зарядов внутри конденсатора, называется током смещения.Разряды катушки Теслы образуются в результате токов смещения, поскольку импульсы электрического заряда быстро передаются между тороидом высокого напряжения и близлежащими областями в воздухе (называемыми областями пространственного заряда). Хотя области пространственного заряда вокруг тороида невидимы, они играют важную роль в появлении и расположении разрядов катушки Теслы.

При срабатывании искрового разрядника заряженный конденсатор разряжается в первичную обмотку, вызывая колебания первичной цепи.Колеблющийся первичный ток создает магнитное поле, которое соединяется со вторичной обмоткой, передавая энергию на вторичную сторону трансформатора и заставляя его колебаться вместе с емкостью тороида. Передача энергии происходит в течение нескольких циклов, и большая часть энергии, которая изначально была на первичной стороне, передается на вторичную сторону. Чем больше магнитная связь между обмотками, тем короче время, необходимое для завершения передачи энергии. По мере накопления энергии в колебательной вторичной цепи амплитуда высокочастотного напряжения тороида быстро увеличивается, и воздух, окружающий тороид, начинает подвергаться диэлектрическому пробою, образуя коронный разряд.

По мере того, как энергия вторичной обмотки (и выходное напряжение) продолжают увеличиваться, большие импульсы тока смещения еще больше ионизируют и нагревают воздух в точке первоначального пробоя. Это образует очень проводящий «корень» более горячей плазмы, называемый лидером, который выступает наружу от тороида. Плазма внутри лидера значительно горячее коронного разряда и обладает значительно большей проводимостью. По сути, он имеет свойства, схожие с электрической дугой. Лидер сужается и разветвляется на тысячи более тонких, более холодных, волосовидных разрядов (называемых стримерами).Стримеры выглядят как голубоватая «дымка» на концах более ярких лидеров, и именно стримеры фактически передают заряд между лидерами и тороидом в близлежащие области пространственного заряда. Все токи смещения от бесчисленных стримеров поступают в лидер, помогая поддерживать его горячим и электропроводным.

В искровом промежутке Катушка Тесла процесс передачи энергии от первичной обмотки к вторичной происходит многократно с типичной частотой импульсов 50–500 раз в секунду, и ранее сформированные лидерные каналы не успевают полностью остыть между импульсами.Таким образом, при последовательных импульсах новые разряды могут основываться на горячих путях, оставленных их предшественниками. Это вызывает постепенный рост лидера от одного импульса к другому, удлиняя весь разряд на каждом последующем импульсе. Повторяющиеся импульсы вызывают рост разрядов до тех пор, пока средняя энергия, доступная от катушки Тесла во время каждого импульса, не уравновесит среднюю энергию, теряемую в разрядах (в основном в виде тепла). В этот момент достигается динамическое равновесие, и разряды достигают максимальной длины для уровня выходной мощности катушки Теслы.Уникальная комбинация повышающейся высоковольтной радиочастотной огибающей и повторяющихся пульсаций идеально подходит для создания длинных ветвящихся разрядов, которые значительно длиннее, чем можно было бы ожидать, исходя только из соображений выходного напряжения. Однако даже спустя 100 лет многие аспекты разрядов катушки Теслы и процесса передачи энергии до сих пор не до конца поняты.

Приемная

Вторичная катушка и ее конденсатор могут использоваться в режиме приема.Однако, как правило, катушки Тесла для этих целей не используются. Теоретически вариант катушки Теслы может использовать эффект фантомной петли для формирования цепи для индукции энергии из магнитного поля Земли. Эта концепция является частью системы беспроводной передачи электроэнергии Tesla (US1119732 — Устройство для передачи электрической энергии — 18 января 1902 г.).

Миф о скин-эффекте

Опасность электрического тока высокой частоты иногда воспринимается как меньшая, чем при более низких частотах.Это часто, но ошибочно, интерпретируется как результат скин-эффекта, явления, которое имеет тенденцию препятствовать протеканию переменного тока внутри проводящей среды. Хотя скин-эффект применим к хорошим электрическим проводникам (например, металлам), толщина кожи человека на типичных частотах катушки Тесла по-прежнему составляет порядка 60 дюймов или более. Это означает, что высокочастотные токи по-прежнему предпочтительно будут протекать через более глубокие, лучше проводящие части тела экспериментатора, такие как кровеносная и нервная системы.В действительности нервная система человека не воспринимает напрямую протекание потенциально опасных электрических токов выше 15–20 кГц. А так как тело больше не дает предупредительного «шока», новички могут прикасаться к выходным стримерам маленьких катушек Теслы, не чувствуя болезненных ударов. Тем не менее, среди экспериментаторов с катушкой Теслы есть неофициальные свидетельства того, что временное повреждение тканей все еще может возникать в виде боли в мышцах, суставах или покалывания через несколько часов после этого. Считается, что это вызвано повреждающими эффектами внутреннего протекания тока и особенно часто встречается в твердотельных или электронных катушках Теслы с непрерывной волной (CW).

Большие катушки Тесла и лупы могут создавать опасные уровни высокочастотного тока, а также могут развивать значительно более высокие напряжения (часто 250 000–500 000 вольт и более). Из-за более высоких напряжений большие системы могут обеспечивать более высокую энергию, потенциально смертельные, повторяющиеся высоковольтные разряды конденсаторов на своих верхних выводах. Удвоение выходного напряжения увеличивает в четыре раза электростатическую энергию, хранящуюся в той же верхней клемме. Если неосторожный экспериментатор случайно окажется на пути разряда высоковольтного конденсатора на землю, то сильноточный электрический удар может вызвать непроизвольные спазмы основных групп мышц и вызвать опасную для жизни фибрилляцию желудочков и остановку сердца.Даже вакуумные лампы меньшей мощности или твердотельные катушки Тесла могут подавать высокочастотные токи, способные вызвать временное повреждение внутренних тканей, нервов или суставов за счет джоулевого нагрева. Кроме того, радиочастотная дуга может обугливать плоть, вызывая болезненный и опасный радиочастотный ожог до кости, на заживление которого могут уйти месяцы. Из-за этих рисков знающие экспериментаторы избегают контакта со стримерами из всех систем, кроме самых маленьких. Профессионалы обычно используют другие средства защиты, такие как клетка Фарадея или кольчужный костюм, чтобы предотвратить попадание опасных токов в их тело.

Экземпляры и устройства

Missing image
Operating_tesla_coil.jpg

Это небольшая катушка Тесла в работе.

Лаборатория Теслы в Колорадо-Спрингс обладала одной из самых больших когда-либо построенных катушек Теслы, известной как «Увеличительный передатчик». Увеличительный передатчик несколько отличается от классических катушек Теслы с двумя катушками. Лупа использует «драйвер» с двумя катушками для возбуждения основания третьей катушки («резонатора»), расположенной на некотором расстоянии от драйвера.Принципы работы обеих систем схожи. Самая большая в мире существующая катушка Тесла с двумя катушками была сделана Грегом Лейхом. Это блок мощностью 130 000 ватт, часть скульптуры высотой 38 футов. Он принадлежит Алану Гиббу и в настоящее время находится в частном парке скульптур в Какануи-Пойнт недалеко от Окленда, Новая Зеландия. [1] ( http://www.lod.org/Projects/electrum/ )

Катушка Тесла является ранним предшественником (наряду с индукционной катушкой) более современного устройства, называемого обратноходовым трансформатором, который обеспечивает напряжение, необходимое для питания электронно-лучевой трубки, используемой в некоторых телевизорах и компьютерных мониторах.(ЭЛТ-дисплеи в настоящее время постепенно заменяются жидкокристаллическими дисплеями и другими технологиями.) Катушка пробивного разряда по-прежнему широко используется в качестве «катушки зажигания » или «искровой катушки » в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания. Современный вариант катушки Теслы также используется для питания скульптур плазменного шара и подобных устройств.

См. также

Связанные патенты Tesla

« Средство для генерирования электрического тока », патент США № 514 168, 6 февраля 1894 г.
« Электрический трансформатор «, Патент №593 138, 2 ноября 1897 г.
« Метод использования лучистой энергии», патент № 685,958, 5 ноября 1901 г.
« Method of Signaling», патент США № 723,188, 17 марта 1903 г.
«Система сигнализации », патент США № 725,605, 14 апреля 1903 г.
« Устройство для передачи электрической энергии », 18 января 1902 г., патент США 1 119 732, 1 декабря 1914 г.

См. также : Список патентов Tesla.

Внешние ссылки

Патенты

Эксплуатация и прочая информация

Tesla Technology Research ( http://www.ttr.com/) — « Катушки Теслы и провал теории цепей с сосредоточенными элементами ( http://www.ttr.com/corum/) »
Николсон, Пол, « Проект вторичного моделирования Теслы ( http://www.abelian.demon.co.uk/tssp/) «. abelian.demon.co.uk. (TC анализ, но вполне технический)
Бити, Билл, « Информация о катушке Николы Теслы ( http://www.amasci.com/tesla/tesla.html ) «.
Вуйович Любо, « Катушка Тесла» ( http://www.teslasociety.com/teslacoil.htm ) «. Мемориальное общество Теслы в Нью-Йорке.
Хикман, Берт, « Информационный центр катушек Теслы» ( http://205.243.100.155/frames/Tesla0.html ) ». 2005.
Купер, Джон. F., » Принципиальная схема увеличительного передатчика раннего типа ( http://www.tesla-coil.com/images/Magnifier%201.jpg ); Принципиальная схема более позднего типа ( http://www.tesla -coil.com/images/Magnifier%202.jpg ) «. Tesla-Coil.com ( http://www.Tesla-Coil.com )

Строители и примеры

Дополнительная литература и другие ссылки

Мир электричества

« Разработка токов высокой частоты для практического применения «., Мир электрики, Том 32, № 8.
« Бескрайнее пространство: шина «. Электрический мир, Том 32, № 19.

Другие публикации

Бениосек, Ф.М., « Схема тройного резонансного импульсного трансформатора «. Обзор научных инструментов, 61 (6).
Корум, Дж. Ф. и К. Л. Корум, « ВЧ-катушки, винтовые резонаторы и усиление напряжения с помощью когерентных пространственных мод ». ИИЭР, 2001.
де Кейрос, Антонио Карлос М., « Синтез множественных резонансных сетей ». Федеральный университет Рио-де-Жанейро, Бразилия. ЕЕ/КОПЕ.
Халлер, Джордж Фрэнсис и Элмер Тайлинг Каннингем, « Высокочастотная катушка Теслы, ее конструкция и использование ».Нью-Йорк, компания D. Van Nostrand, 1910 г.
Хартли, Р.В.Л., « Колебания с нелинейными реактивными сопротивлениями ». Технический журнал Bell Systems, Sun Publishing. 1992.
Норри, Х.С., «Индукционные катушки : как их делать, использовать и ремонтировать ». Норман Х. Шнайдер, 1907 год, Нью-Йорк. 4-е издание.

Патенты

Армстронг, Э. Х., патент US1113149, «Система беспроводного приема ». 1914.
Армстронг, Э.H., патент US1342885, « Способ получения высокочастотных колебаний «. 1922 г.
Армстронг, Э. Х., патент US1424065, «Система сигнализации ». 1922 г.
Лейдорф, Г. Ф., патент US3278937, « Антенная система связи ближнего поля ». 1966.de: Тесла-Трансформатор

ja:テスラコイル pl: Трансформатор Тесли pt: Бобина де Тесла ru:Трансформатор Тесла

Катушка Тесла

– Ацерво Лима

Катушка Тесла

в Квестаконе, Австралия, в музее Национального научно-технического центра.

Катушка Теслы представляет собой резонансный трансформатор, способный генерировать очень высокое напряжение с большой простотой конструкции, изобретенный Николой Тесла около 1890 года.

Описание

В наиболее обычном виде образован трансформатором с воздушным сердечником, с первичным конденсатором, заряженным до напряжения несколько (5-30) кВ, разряжающимся на первичную катушку через разрядник. Первичная катушка состоит из нескольких витков толстой проволоки (1-20), которые могут быть цилиндрическими, плоскими или коническими и устанавливаются близко к основанию вторичной катушки.Вторичная цепь образована вторичной цилиндрической катушкой с примерно тысячей витков, установленной по центру первичной катушки, которая резонирует с собственной распределенной емкостью и с емкостью клеммы, установленной наверху катушки. Эти распределенные емкости зависят только от геометрии системы и образуют вторичную емкость. Основание вторичной катушки подключается к земле или к проводнику с большой распределенной емкостью, который служит «противовесом».Первичный и вторичный контуры резонируют на одной частоте, обычно в диапазоне от 50 до 500 кГц. Система работает аналогично двум маятникам, связанным с разными массами, где колебания при низком напряжении и большом токе в первичной цепи постепенно передаются во вторичную цепь, где проявляются как колебания при малом токе и высоком напряжении. Когда энергия в первичной цепи истощается, искровой разрядник перестает работать, и энергия только колеблется во вторичной цепи, питая искры и высокочастотный коронный разряд.^[ ^{ссылка необходима ]}

Самодельная катушка Тесла.

Высокое напряжение на высокой частоте во вторичной обмотке может генерировать электрическое поле, достаточно сильное для ионизации воздуха (30 кВ/см), и как только начинается ионизация, оно распространяется в виде электрических искр (если поблизости есть проводник) ) или корона. Доступная энергия является наиболее важным фактором и зависит от емкости терминала. Энергия, запасенная в распределенной емкости вторичной обмотки, доступна не сразу и мало вносит вклад в «стримеры».

Производительность

Катушки Тесла

относительно легко достигают 250 кВ, а некоторые достигают 1,5 МВ и более. ^[ ^{ссылка необходима ]}

Использование

Катушки Тесла

уже использовались в примитивных радиопередатчиках, устройствах электротерапии и генераторах высокого напряжения для приложений в физике высоких энергий. Наиболее распространенное применение сегодня — это демонстрация электричества высокого напряжения, генерирующего электрические искры длиной в несколько метров.^[ ^{ссылка необходима ]}

Физика механизмов

Поскольку L ₁ , C _{1 равно} индуктивность и емкость первичной цепи, а L ₂ , C _{2 равно} такие же, как у вторичной цепи, максимальное выходное напряжение (без учета потерь) может быть получается при сохранении энергии как:

_{Исходящий} В = _{Исходный} В √ (C ₁ / C ₂ ) = _{Исходный} В √ (L ₂ / L ₁)

Настройка на той же частоте подразумевает L ₁ C ₁ = L ₂ C ₂ .

Коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками имеет идеальные значения без учета потерь, которые имеют вид k = (b ² -a ² ) / (b ² + a ² ), где a и b — целые числа с нечетными разностями, такие как a: b = 1:2, 2:3, 5:8 и т. д., которые определяют режим работы. Эти значения приводят к полной передаче энергии за b полуциклов колебаний. Это критично только в катушках, построенных для быстрой передачи энергии, как в режиме 1:2, в результате чего k = 0.6 и передача в одном цикле. В катушках, сделанных для демонстрации, коэффициенты связи около 0,1 являются обычными, режим 9:10, с передачей за пять циклов.

Изображение катушки Тесла показано ниже:

Иллюстрация катушки Теслы

Схема электрическая

Схема подключения катушки Тесла довольно проста и работает следующим образом: напряжение питания высокое от 110 или 220 В до где-то 6-10 кВ. Резонансный контур, образованный L ₁ и C ₁, еще больше повышает это напряжение, создавая искровое напряжение в Sg ₁ .Принцип искрообразования важен, потому что это заряд энергии, он богат высокими частотами, способными настроить высокие частоты катушки Тесла в T ₂, которая является не чем иным, как еще одним трансформатором напряжения, подключенным к воображаемому резонансному контуру, образованному паразитными емкостями T ₂ и собственной емкостью облучающей сферы в Term ₁ . Тонкая настройка резонансной частоты осуществляется постукиванием по первичной обмотке трансформатора Т ₂ .

Электрическая схема катушки Теслы

В приведенном выше примере:

Sw ₁ = простой переключатель;

R ₁ = 33 k

{\ displaystyle {\ Omega}}

Внешние ссылки

Текст переведен Ачерво Лимой из Википедии.

Каково использование катушки Тесла?

Что именно делает катушка Тесла?

Как я могу сделать свою собственную катушку Тесла?

ОПАСНОСТЬ.В отличие от некоторых других экспериментов с высоким напряжением, стримеры катушки Тесла могут быть очень вредными. …
Соберите материалы. Общая стоимость составила около 25 долларов, учитывая, что у меня уже были древесина, бутылки Snapple, ПВХ и клей.
Ветер Вторичный. …
Подготовьте основания и намотайте первичную обмотку. …
Сборка конденсаторов. …
Подключить все. …
Запускай! …
На будущее… …

Как сделать катушку Тесла?

Мы можем сделать простую катушку Тесла, используя схему, называемую возбудителем истребителя .Когда мы подаем напряжение, транзистор открывается, и ток течет через первичную катушку, которая индуцирует ток во вторичной катушке. База вторичной обмотки соединена с базой транзистора.

Что такое катушка Тесла и как она работает? Что такое катушка Тесла и как она работает?

Катушка Тесла на самом деле сделана из системы катушек Тесла-iQube, разработанной как мощная, блаженная энергия нулевой точки.Как следствие, считается, что катушка Тесла может помочь улучшить резонанс окружающей среды. Кроме того, вы можете получить мощную энергию от целебных камней.

Вам нужен искровой разрядник или твердотельная катушка Тесла? Вам нужен искровой разрядник или твердотельная катушка Тесла?

Теперь приступим! В наши дни каждый, кто хочет иметь твердотельную катушку Тесла.В то время как катушки Тесла с искровым разрядником держат корону как самый простой и надежный вариант катушки Тесла, у них есть свои проблемы. Катушки искрового разрядника требуют опасно высокого входного напряжения (более 4 кВ), шумных искровых разрядников и, как правило, потребляют много энергии.

Связанные

Безопасно ли прикасаться к катушке Теслы? Безопасно ли прикасаться к катушке Тесла?

В отличие от некоторых других экспериментов с высоким напряжением, стримеры катушки Теслы могут быть очень вредными.Если вы будете поражены серпантином, вы не почувствуете боли, но ваша кровеносная и нервная система могут серьезно пострадать. НИ ПРИ КАКИХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВАХ НЕ ПРИКАСАЙТЕСЬ К ЭТОМУ ВО ВРЕМЕНИ. Кроме того, я не несу никакой ответственности за то, что вы навредили себе.

Связанные

Какова резонансная частота катушки Тесла?Какова резонансная частота катушки Тесла?

Резонансная частота катушек Тесла находится в диапазоне низких радиочастот (РЧ), обычно от 50 кГц до 1 МГц.Однако из-за импульсивного характера искры они производят широкополосный радиопомех и без экранирования могут быть значительным источником радиочастотных помех, мешая радио- и телеприему поблизости.

Катушка Тесла

Из Википедии

Катушка Теслы представляет собой электрическую схему резонансного трансформатора, изобретенную Николой Теслой примерно в 1891 году.^[1] Используется для производства электроэнергии переменного тока высокого напряжения, слабого тока и высокой частоты.

Катушки Тесла могут производить более высокие напряжения, чем другие искусственные источники высоковольтных разрядов, электростатические машины. Тесла экспериментировал с рядом различных конфигураций, состоящих из двух, а иногда и трех связанных резонансных электрических цепей.

Тесла использовал эти катушки для проведения новаторских экспериментов в области электрического освещения, фосфоресценции, генерации рентгеновских лучей, явлений высокочастотного переменного тока, электротерапии и передачи электрической энергии без проводов.Схемы катушки Тесла коммерчески использовались в радиопередатчиках с искровым разрядником для беспроводной телеграфии до 1920-х годов, ^[1] ^[2] ^[3], а также в псевдомедицинском оборудовании, таком как электротерапия и устройства для работы с фиолетовыми лучами. Сегодня их основное использование для развлекательных и образовательных дисплеев.

Теория

Трансформатор катушки Тесла работает существенно иначе, чем обычный трансформатор (то есть с железным сердечником). В обычном трансформаторе обмотки очень сильно связаны, и коэффициент усиления по напряжению определяется соотношением числа витков в обмотках.Это хорошо работает при нормальных напряжениях, но при высоких напряжениях изоляция между двумя наборами обмоток легко разрушается, и это предотвращает работу трансформаторов с железным сердечником при чрезвычайно высоких напряжениях без повреждений.

В отличие от обмотки обычного трансформатора (который может связывать 97+% полей между обмотками), обмотки катушки Тесла связаны «слабо» с большим воздушным зазором, и, таким образом, первичная и вторичная обмотки обычно делят только 10–20% поля. соответствующих им магнитных полей.Вместо жесткой связи катушка передает энергию (через слабую связь) от одного колебательного резонансного контура (первичного) к другому (вторичному) в течение ряда ВЧ-циклов.

Когда первичная энергия передается вторичной, выходное напряжение вторичной обмотки увеличивается до тех пор, пока вся доступная первичная энергия не будет передана вторичной (за вычетом потерь). Даже при значительных потерях в искровом промежутке хорошо спроектированная катушка Тесла может передавать более 85% энергии, первоначально запасенной в первичном конденсаторе, во вторичную цепь.Напряжение, достигаемое катушкой Тесла, может быть значительно выше, чем у обычного трансформатора, потому что вторичная обмотка представляет собой длинный однослойный соленоид, широко отделенный от окружающей среды и, следовательно, хорошо изолированный. Кроме того, напряжение на виток в любой катушке выше, потому что скорость изменения магнитного потока находится на высоких частотах.

Вместо этого при слабой связи коэффициент усиления по напряжению пропорционален квадратному корню из отношения вторичной и первичной индуктивностей.Поскольку вторичная обмотка имеет резонанс на той же частоте, что и первичная, этот коэффициент усиления по напряжению также пропорционален квадратному корню из отношения емкости первичного конденсатора к паразитной емкости вторичного контура.

История

В катушечном трансформаторе Теслы использовался конденсатор, который при пробое короткого разрядника подключался к катушке из нескольких витков (комплект первичной обмотки), образуя резонансный контур с частотой колебаний обычно 20–100 кГц. , определяемый емкостью конденсатора и индуктивностью катушки.Конденсатор был заряжен до напряжения, необходимого для разрыва воздуха в зазоре, около 10 кВ, с помощью трансформатора с питанием от сети, подключенного через зазор. Линейный трансформатор мог выдержать короткое замыкание, когда разрядник оставался ионизированным, или в течение нескольких миллисекунд, пока не исчезал высокочастотный ток. Более выступающая вторичная обмотка с гораздо большим количеством витков более тонкого провода, чем первичная, была расположена так, чтобы перехватывать часть магнитного поля первичной обмотки. Вторичная обмотка была спроектирована так, чтобы иметь ту же частоту резонанса, что и первичная, с использованием только паразитной емкости самой обмотки и емкости любого «цилиндра», расположенного на верхнем конце.

Более поздняя и мощная конструкция катушки имеет однослойную первичную и вторичную обмотку. Эти катушки Тесла часто используются любителями и в таких местах, как музеи науки, для получения длинных искр. «Американский электрик» ^[4] дает описание ранней катушки Тесла, в которой стеклянная батарея размером 15 × 20 см (6 × 8 дюймов) намотана от 60 до 80 витков магнита AWG № 18 B & S. провод (0,823 мм²). В него вставляется первичная обмотка, состоящая из восьми-десяти витков AWG No.6 проволока B & S (13,3 мм ² ) и вся комбинация погружена в сосуд, содержащий льняное или минеральное масло. (Норри, стр. 34–35)

1902 дизайн

В конструкции Теслы 1902 года для его усовершенствованного увеличительного передатчика использовался верхний вывод, состоящий из металлического каркаса в форме тороида, покрытого полусферическими пластинами (составляющими очень большую проводящую поверхность). Верхний вывод имеет относительно небольшую емкость и заряжается до максимально возможного напряжения.^[5] Внешняя поверхность приподнятого проводника – это место, где в основном накапливается электрический заряд. Он имеет большой радиус кривизны или состоит из отдельных элементов, которые, независимо от собственного радиуса кривизны, расположены близко друг к другу так, что огибающая их внешняя идеальная поверхность имеет большой радиус. ^[6] Эта конструкция позволяла терминалу выдерживать очень высокие напряжения без образования коронного разряда или искр. Тесла в процессе подачи заявки на патент описал множество выводов резонатора в верхней части этой более поздней катушки.^[7]

Современные катушки Тесла

Современные энтузиасты высокого напряжения обычно строят катушки Теслы, которые похожи на некоторые из «более поздних» конструкций Теслы с воздушным сердечником. Обычно они состоят из первичной цепи бака, последовательной LC-цепи (индуктивность-емкость), состоящей из высоковольтного конденсатора, искрового разрядника и первичной катушки, и вторичной LC-цепи, последовательной резонансной цепи, состоящей из вторичной катушки и клеммы. емкость или «верхняя нагрузка.В более продвинутой конструкции Теслы вторичная LC-цепь состоит из вторичной катушки трансформатора с воздушным сердечником, последовательно соединенной со спиральным резонатором. В большинстве современных катушек используется только одна спиральная катушка, содержащая как вторичный, так и первичный резонатор. затем подключается к клемме, которая образует одну «пластину» конденсатора, а другая «пластина» является землей (или «землей»). Первичная LC-цепь настроена так, чтобы она резонировала на той же частоте, что и вторичная LC-цепь. .Первичная и вторичная катушки магнитно связаны, создавая резонансный трансформатор с воздушным сердечником с двойной настройкой. Раньше катушки Тесла с масляной изоляцией нуждались в больших и длинных изоляторах на высоковольтных клеммах, чтобы предотвратить разряд в воздухе. Более поздние версии катушек Теслы распространяют свои электрические поля на большие расстояния, в первую очередь, для предотвращения высоких электрических напряжений, что позволяет работать на открытом воздухе.

В большинстве современных катушек Теслы используются простые тороиды, обычно изготавливаемые из металлической проволоки или гибких алюминиевых каналов, для управления сильным электрическим полем в верхней части вторичной обмотки и направления искры наружу и в сторону от первичной и вторичной обмоток.

Более продвинутые передатчики с катушкой Теслы включают в себя более тесно связанную сеть резонансного трансформатора с воздушным сердечником или «задающий генератор», выходной сигнал которого затем подается на другой резонатор, иногда называемый «дополнительной катушкой». Принцип заключается в том, что энергия накапливается в дополнительной катушке, а роль вторичной обмотки трансформатора играет отдельная вторичная обмотка задающего генератора; роли не распределяются ни одним вторичным. В некоторых современных системах передатчиков с тремя катушками дополнительная катушка размещается на некотором расстоянии от трансформатора.Прямая магнитная связь с верхней вторичной обмоткой нежелательна, поскольку третья катушка рассчитана на приведение в действие путем подачи высокочастотного тока непосредственно в нижний конец.

Эта конкретная конфигурация катушки Тесла состоит из вторичной катушки, находящейся в тесной индуктивной связи с первичной, и один конец которой соединен с заземляющей пластиной {Землей}, а другой конец проходит через отдельную катушку самоиндукции (чей соединение должно всегда выполняться в геометрическом центре круговой поверхности этой катушки или рядом с ним, чтобы обеспечить симметричное распределение тока) и металлического цилиндра, по которому ток поступает на клемму.Первичная катушка может возбуждаться любым желаемым источником высокочастотного тока. Важным требованием является то, что первичная и вторичная стороны должны быть настроены на одну и ту же резонансную частоту, чтобы обеспечить эффективную передачу энергии между первичным и вторичным резонансными контурами. Проводник вала к терминалу (topload) выполнен в виде цилиндра с гладкой поверхностью, радиус которого намного больше, чем у сферических металлических пластин, и расширяется внизу в кожух (с прорезями во избежание потери вихревыми токами).Вторичная катушка намотана на барабан из изоляционного материала, ее витки расположены близко друг к другу. При преодолении влияния малого радиуса кривизны самого провода нижняя вторичная обмотка ведет себя как проводник с большим радиусом кривизны, соответствующим радиусу кривизны барабана. Верхняя часть дополнительной катушки может быть продлена до вывода в соответствии с патентом США 1119732, а нижняя часть должна быть несколько ниже самого верхнего витка первичной катушки. Это уменьшает тенденцию заряда вырываться из соединяющей их проволоки и проходить вдоль опоры.

Первичное переключение

В современных транзисторных или ламповых катушках Тесла не используется первичный искровой разрядник. Вместо этого транзистор(ы) или электровакуумная(ые) лампа(ы) обеспечивают функцию переключения или усиления, необходимую для генерирования ВЧ-мощности для первичной цепи. Твердотельные катушки Тесла используют самое низкое первичное рабочее напряжение, обычно от 155 до 800 вольт, и управляют первичной обмоткой, используя одиночную, полумостовую или полномостовую схему биполярных транзисторов, полевых МОП-транзисторов или IGBT для переключения первичного тока. .Катушки с вакуумными трубками обычно работают с напряжением пластины от 1500 до 6000 вольт, в то время как большинство катушек с искровым разрядником работают с первичным напряжением от 6000 до 25000 вольт. Первичная обмотка традиционной транзисторной катушки Тесла намотана только на нижнюю часть вторичной обмотки (иногда называемой резонатором). Это помогает проиллюстрировать работу вторичного резонатора как резонатора с накачкой. Первичная обмотка индуцирует переменное напряжение в самой нижней части вторичной обмотки, обеспечивая регулярные «толчки» (аналогично правильно рассчитанным по времени толчкам качелей на детской площадке).Дополнительная энергия передается от первичной обмотки к вторичной индуктивности и емкости верхней нагрузки во время каждого «толчка», и вторичное выходное напряжение нарастает (называемое прозвоном ). Электронная схема обратной связи обычно используется для адаптивной синхронизации первичного генератора с растущим резонансом во вторичном, и это единственное соображение, касающееся настройки, помимо первоначального выбора разумной верхней нагрузки.

В двойной резонансной твердотельной катушке Тесла (DRSSTC) электронное переключение твердотельной катушки Тесла объединено с резонансной первичной цепью катушки Тесла с искровым разрядником.Резонансная первичная цепь образована путем последовательного соединения конденсатора с первичной обмоткой катушки, так что комбинация образует последовательную колебательную цепь с резонансной частотой, близкой к частоте вторичной цепи. Из-за дополнительного резонансного контура необходимы одна ручная и одна адаптивная настройка. Кроме того, прерыватель обычно используется для уменьшения рабочего цикла коммутационного моста, чтобы улучшить возможности пиковой мощности; Точно так же IGBT более популярны в этом приложении, чем биполярные транзисторы или MOSFET, из-за их превосходных характеристик управления мощностью.Производительность DRSSTC может быть сравнима с катушкой Тесла с искровым разрядником средней мощности, а эффективность (измеряемая по длине искры в зависимости от входной мощности) может быть значительно выше, чем у катушки Тесла с искровым разрядником, работающей при той же входной мощности.

Практические аспекты конструкции

Продукция высокого напряжения

Большая катушка Тесла более современной конструкции часто работает при очень высоких уровнях пиковой мощности, вплоть до многих мегаватт (миллионов ватт ^[8] ).Поэтому он тщательно настраивается и эксплуатируется не только с точки зрения эффективности и экономичности, но и с точки зрения безопасности. Если из-за неправильной настройки точка максимального напряжения возникает ниже клеммы, вдоль вторичной катушки, может возникнуть разряд (искра), который повредит или разрушит провод катушки, опоры или близлежащие предметы.

Тесла экспериментировал с этими и многими другими конфигурациями цепей (см. справа). Первичная обмотка катушки Тесла, разрядник и накопительный конденсатор соединены последовательно.В каждой цепи трансформатор питания переменного тока заряжает накопительный конденсатор до тех пор, пока его напряжение не станет достаточным для пробоя искрового разрядника. Разрыв внезапно срабатывает, позволяя заряженному накопительному конденсатору разряжаться в первичную обмотку. Как только зазор срабатывает, электрическое поведение любой цепи идентично. Эксперименты показали, что ни одна из схем не дает заметного преимущества в производительности по сравнению с другой.

Однако в типичной схеме (см. диаграмму «Передача») действие искрового разрядника на короткое замыкание предотвращает «возврат» высокочастотных колебаний в питающий трансформатор.В альтернативной схеме высокочастотные колебания большой амплитуды, возникающие на конденсаторе, также подаются на обмотку питающего трансформатора. Это может вызвать коронные разряды между витками, которые ослабляют и в конечном итоге разрушают изоляцию трансформатора. Опытные сборщики катушек Теслы почти исключительно используют верхнюю схему, часто дополняя ее фильтрами нижних частот (цепями резисторов и конденсаторов (RC)) между питающим трансформатором и искровым разрядником, чтобы помочь защитить питающий трансформатор.Это особенно важно при использовании трансформаторов с хрупкими высоковольтными обмотками, таких как трансформаторы неоновых вывесок (НСТ). Независимо от используемой конфигурации высоковольтный трансформатор должен быть такого типа, который самоограничивает вторичный ток за счет внутренней индуктивности рассеяния. Обычный (с низкой индуктивностью рассеяния) высоковольтный трансформатор должен использовать внешний ограничитель (иногда называемый балластом) для ограничения тока. NST спроектированы так, чтобы иметь высокую индуктивность рассеяния, чтобы ограничить их ток короткого замыкания до безопасного уровня.

Меры предосторожности при настройке

Резонансная частота первичной катушки настраивается на частоту вторичной, используя колебания малой мощности, а затем увеличивая мощность до тех пор, пока устройство не будет взято под контроль. Во время настройки к верхней клемме часто добавляется небольшой выступ (называемый «выступом»), чтобы стимулировать коронный и искровой разряды (иногда называемые стримеры) в окружающий воздух. Затем настройку можно отрегулировать так, чтобы получить самые длинные стримеры при заданном уровне мощности, соответствующем частотному согласованию между первичной и вторичной катушками.Емкостная «нагрузка» стримеров имеет тенденцию снижать резонансную частоту катушки Тесла, работающей на полной мощности. По целому ряду технических причин тороиды представляют собой одну из наиболее эффективных форм для верхних выводов катушек Тесла.

Выбросы воздуха

Небольшая катушка Тесла более позднего типа в работе.На выходе дают 17-дюймовые искры. Диаметр вторичного составляет три дюйма. Источником питания является ограниченный источник питания 10000 В, 60 Гц.

При генерации разрядов электрическая энергия от вторичной обмотки и тороида передается окружающему воздуху в виде электрического заряда, тепла, света и звука. Процесс аналогичен зарядке или разрядке конденсатора. Ток, возникающий при смещении зарядов внутри конденсатора, называется током смещения.Разряды катушки Тесла образуются в результате токов смещения, поскольку импульсы электрического заряда быстро передаются между высоковольтным тороидом и близлежащими областями в воздухе (называемыми областями пространственного заряда). Хотя области пространственного заряда вокруг тороида невидимы, они играют важную роль в появлении и расположении разрядов катушки Тесла.

Когда искровой разрядник срабатывает, заряженный конденсатор разряжается в первичную обмотку, вызывая колебания первичной цепи.Колеблющийся первичный ток создает магнитное поле, которое соединяется со вторичной обмоткой, передавая энергию на вторичную сторону трансформатора и заставляя его колебаться вместе с емкостью тороида. Передача энергии происходит в течение нескольких циклов, и большая часть энергии, которая изначально была на первичной стороне, передается на вторичную сторону. Чем больше магнитная связь между обмотками, тем короче время, необходимое для завершения передачи энергии. По мере накопления энергии в колебательном вторичном контуре амплитуда высокочастотного напряжения тороида быстро увеличивается, и воздух, окружающий тороид, начинает подвергаться диэлектрическому пробою, образуя коронный разряд.

По мере того, как энергия вторичной катушки (и выходное напряжение) продолжают увеличиваться, более сильные импульсы тока смещения еще больше ионизируют и нагревают воздух в точке первоначального пробоя. Это образует очень проводящий «корень» более горячей плазмы, называемый лидером, который выступает наружу от тороида. Плазма внутри лидера значительно горячее коронного разряда и обладает значительно большей проводимостью. По сути, он имеет свойства, схожие с электрической дугой. Лидер сужается и разветвляется на тысячи более тонких, более холодных, волосовидных разрядов (называемых стримерами).Стримеры выглядят как голубоватая «дымка» на концах более ярких лидеров и передают заряд между лидерами и тороидом в близлежащие области пространственного заряда. Все токи смещения от бесчисленных стримеров поступают в лидер, помогая поддерживать его горячим и электропроводным.

Скорость первичного разрыва искровых катушек Тесла мала по сравнению с резонансной частотой узла резонатор-верхняя нагрузка. Когда переключатель замыкается, энергия передается от первичной LC-цепи к резонатору, где в течение короткого периода времени повышается напряжение, достигающее кульминации в виде электрического разряда.В катушке Тесла с искровым разрядником процесс передачи энергии от первичной обмотки к вторичной происходит многократно с типичной частотой импульсов 50–500 раз в секунду, и ранее сформированные лидерные каналы не успевают полностью остыть между импульсами. Таким образом, при последовательных импульсах новые разряды могут основываться на горячих путях, оставленных их предшественниками. Это вызывает постепенный рост лидера от одного импульса к другому, удлиняя весь разряд на каждом последующем импульсе. Повторяющиеся импульсы вызывают рост разрядов до тех пор, пока средняя энергия, доступная из катушки Тесла во время каждого импульса, не уравновесит среднюю энергию, теряемую в разрядах (в основном в виде тепла).В этот момент достигается динамическое равновесие, и разряды достигают максимальной длины для уровня выходной мощности катушки Теслы. Уникальная комбинация повышающейся высоковольтной огибающей радиочастоты и повторяющихся импульсов идеально подходит для создания длинных ветвящихся разрядов, которые значительно длиннее, чем можно было бы ожидать, исходя только из соображений выходного напряжения. Разряды высокого напряжения создают нитевидные разветвленные разряды пурпурно-синего цвета.Разряды высокой энергии создают более толстые разряды с меньшим количеством ответвлений, они бледные и светящиеся, почти белые и намного длиннее, чем разряды низкой энергии, из-за повышенной ионизации. В этом районе будет ощущаться сильный запах озона и оксидов азота. Важными факторами для максимальной продолжительности разряда являются напряжение, энергия и неподвижный воздух с влажностью от низкой до умеренной. Однако даже спустя более 100 лет после первого использования катушек Теслы многие аспекты разрядов катушек Тесла и процесса передачи энергии до сих пор не до конца поняты.^{[ ссылка необходима ]}

Приложения

Схемы катушки Тесла коммерчески использовались в радиопередатчиках с искровым разрядником для беспроводной телеграфии до 1920-х годов, ^[1] ^[2] ^[3], а также в электротерапии и псевдомедицинских устройствах, таких как фиолетовый луч. Сегодня их основное использование — развлекательные и образовательные дисплеи. Катушки Теслы создаются многими энтузиастами высоких напряжений, научно-исследовательскими институтами, научными музеями и независимыми экспериментаторами.Хотя контроллеры электронных цепей были разработаны, оригинальная конструкция искрового разрядника Теслы дешевле и оказалась чрезвычайно надежной.

Трансмиссия

Типовая схема катушки Тесла
Эта примерная схема предназначена для работы от переменного тока.Здесь искровой разрядник замыкает высокочастотный разряд на первом трансформаторе. Индуктивность, не показанная, защищает трансформатор. Эта конструкция предпочтительна, когда используется относительно хрупкий трансформатор неоновой вывески (NST).

Альтернативная конфигурация катушки Тесла
Эта цепь также управляется переменным током.Однако здесь трансформатор питания переменного тока должен выдерживать высокие напряжения на высоких частотах.

Беспроводная передача и прием

Катушку Теслы также можно использовать для беспроводной передачи. В дополнение к расположению приподнятого вывода намного выше верхнего витка спирального резонатора, еще одним отличием от искровой катушки Тесла является скорость первичного разрыва.Передатчик с оптимизированной катушкой Тесла представляет собой генератор непрерывной волны с частотой разрыва, равной рабочей частоте. Комбинация спирального резонатора с приподнятым терминалом также используется для беспроводного приема. ^[9] ^[10] ^[11] ^[12] ^[13] ^[14] Приемник катушки Тесла предназначен для приема энергии неизлучающего электромагнитного поля, создаваемого катушкой Тесла передатчик. Приемник катушки Тесла также можно адаптировать для использования вездесущего вертикального градиента напряжения в атмосфере Земли.Тесла построил и использовал различные устройства для обнаружения энергии электромагнитного поля. Его ранние беспроводные устройства работали на основе волн Герца или обычных радиоволн, электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве без участия проводящей направляющей поверхности. ^[15] Во время своей работы в Колорадо-Спрингс Тесла полагал, что установил электрический резонанс всей Земли, используя передатчик катушки Теслы на своей «Экспериментальной станции». ^[16]

Тесла заявил, что одним из требований Всемирной беспроводной системы является создание резонансных приемников.^[17] Соответствующие концепции и методы являются частью его системы беспроводной передачи (US1119732 — Устройство для передачи электрической энергии — 18 января 1902 г.). Тесла высказал предположение, что во всем мире должно быть гораздо больше тридцати приемно-передающих станций. ^[18] В одной из форм приемной схемы две входные клеммы соединены каждая с механическим устройством широтно-импульсной модуляции, приспособленным для изменения полярности через заданные интервалы времени и зарядки конденсатора.^[19] Эта форма приемника системы Теслы имеет средства для коммутации импульсов тока в зарядной цепи, чтобы сделать их подходящими для зарядки запоминающего устройства, устройство для замыкания приемной цепи и средства для включения приемника. работать за счет накопленной энергии. ^[20]

Катушка Тесла в одном из многих экспериментов, проведенных в Колорадо-Спрингс.Это заземленная настроенная катушка, находящаяся в резонансе с ближайшим передатчиком; Внизу горит свет.

Катушка Тесла, используемая в качестве приемника, называется приемным трансформатором Тесла . ^[21] ^[22] ^[23] ^[24] Катушка Тесла-приемник действует как понижающий трансформатор с высоким выходным током. ^[25] Параметры передатчика катушки Тесла одинаково применимы к тому, что он является приемником ( e.грамм. ., схема антенны), по взаимности. Импеданс, как правило, не применяется очевидным образом; для электрического импеданса импеданс на нагрузке (, например, , где потребляется мощность) является наиболее важным, и для приемника с катушкой Тесла это значение находится в точке использования (например, в асинхронном двигателе), а не в точке принимающий узел. Комплексное сопротивление антенны связано с электрической длиной антенны на используемой длине волны. Обычно импеданс регулируют на нагрузке с помощью тюнера или согласующих цепей, состоящих из катушек индуктивности и конденсаторов.

Катушка Тесла может принимать электромагнитные импульсы ^[26] от атмосферного электричества ^[27] ^[28] ^[29] и лучистой энергии, ^[12] ^[30] помимо обычной беспроводной передачи. Лучистая энергия выбрасывается с большой скоростью мельчайшими частицами, которые сильно наэлектризованы, а другие лучи, падающие на изолированный проводник, соединенный с конденсатором (т. е. конденсатором), могут вызвать бесконечный электрический заряд конденсатора.^[31] Спиральный резонатор может «ударно возбудиться» за счет возмущений лучистой энергии не только на основной волне на четверти длины волны, но и на ее гармониках. Однако методы Герца могут использоваться для возбуждения приемника катушки Тесла с ограничениями, которые, однако, приводят к большим неудобствам для использования. ^[32] Методы заземления и различные методы индукции также могут использоваться для возбуждения приемника с катушкой Теслы, но опять же имеют недостатки в использовании.^[33] Цепь зарядки может быть приспособлена для питания от действия различных других возмущений и воздействий на расстоянии. Произвольные и прерывистые колебания, которые распространяются через проводимость к приемному резонатору, заряжают конденсатор приемника и используют потенциальную энергию для большего эффекта. ^[34] Для зарядки и разрядки проводников могут использоваться различные излучения, при этом излучения считаются электромагнитными колебаниями с различными длинами волн и ионизирующим потенциалом.^[31] Приемник Тесла использует эффекты или возмущения для зарядки накопителя энергией от внешнего источника (природного или искусственного происхождения) и управляет зарядкой указанного устройства действием эффектов или возмущений (в течение последующих интервалов времени, определяемом такими воздействиями и возмущениями, соответствующими последовательности и продолжительности воздействий и возмущений). ^[35] Накопленная энергия также может использоваться для работы приемного устройства. Накопленная энергия может, например, приводить в действие трансформатор, разряжаясь через первичную цепь в заданные моменты времени, которые от вторичных токов приводят в действие приемное устройство.^[35]

Хотя катушки Тесла могут использоваться для этих целей, большая часть внимания общественности и средств массовой информации направлена в сторону от приложений передачи-приема катушки Тесла, поскольку электрические искровые разряды увлекают многих людей. Несмотря на этот факт, Тесла предположил, что этот вариант катушки Теслы может использовать эффект фантомной петли для формирования цепи для индукции энергии от магнитного поля Земли и других источников лучистой энергии (включая, помимо прочего, электростатику ^{[36]. ]} ).Что касается заявлений Теслы об использовании природных явлений для получения электроэнергии, он заявил:

Не пройдет и многих поколений, как наши механизмы будут приводиться в движение силой, доступной в любой точке Вселенной. — «Опыты с переменными токами высокого напряжения и высокой частоты» (февраль 1892 г.)

Тесла заявил, что выходная мощность этих устройств, полученная с помощью методов зарядки Герца, была низкой, ^[37], но доступны альтернативные средства зарядки.Приемники Тесла при правильной эксплуатации действуют как понижающий трансформатор с высоким выходным током. ^[38] На сегодняшний день нет коммерческих предприятий или предприятий по производству электроэнергии, которые использовали бы эту технологию в полной мере. Уровни мощности, достигаемые приемниками с катушками Теслы, до сих пор составляли часть выходной мощности передатчиков. ^{[ ссылка необходима ]}

Электробезопасность при высоких частотах

Студент проводит катушку Тесла через свое тело, 1909 год.

«Скин-эффект»

Опасность контакта с высокочастотным электрическим током иногда воспринимается как меньшая, чем при более низких частотах, потому что субъект обычно не чувствует боли или «шока».Это часто ошибочно приписывают скин-эффекту, явлению, которое препятствует протеканию переменного тока внутри проводящих сред. Считалось, что в организме токи Теслы проходят близко к поверхности кожи, что делало их более безопасными, чем низкочастотные электрические токи.

Хотя скин-эффект ограничивает токи Теслы внешней частью дюйма в металлических проводниках, «глубина кожи» человеческой плоти на типичных частотах катушки Тесла по-прежнему составляет порядка 60 дюймов (150 см) или более.^[39] ^[40] ^[41] ^[42] ^[43] и нервной систем. Причина отсутствия боли в том, что нервная система человека не воспринимает протекание потенциально опасных электрических токов выше 15–20 кГц; по сути, для того, чтобы нервы были активированы, значительное количество ионов должно пересечь их мембрану, прежде чем ток (и, следовательно, напряжение) изменится на противоположное.Поскольку тело больше не производит предупреждающего «шока», новички могут прикасаться к выходным стримерам небольших катушек Теслы, не чувствуя болезненных ударов. Тем не менее, среди экспериментаторов с катушками Тесла есть неофициальные свидетельства того, что временное повреждение тканей все еще может происходить и наблюдаться в виде мышечной боли, боли в суставах или покалывания в течение нескольких часов или даже дней после этого. Считается, что это вызвано повреждающим воздействием внутреннего протекания тока и особенно часто встречается в катушках Теслы с непрерывной волной (CW), твердотельных или ламповых катушках.Некоторые трансформаторы могут обеспечивать переменный ток с такими высокими частотами, что глубина скин-слоя становится достаточно малой, чтобы напряжение было безопасным. ^{[ citation required ]} Глубина скин-слоя обратно пропорциональна корню из частоты, помещая эти частоты в мегагерцовый диапазон.

Большие катушки Тесла и лупы могут создавать опасные уровни высокочастотного тока, а также могут создавать значительно более высокие напряжения (часто 250 000–500 000 вольт и более).Из-за более высокого напряжения большие системы могут обеспечивать более высокую энергию, потенциально смертельные, повторяющиеся высоковольтные разряды конденсаторов с их верхних выводов. Удвоение выходного напряжения увеличивает в четыре раза электростатическую энергию, хранящуюся в заданной емкости верхнего вывода. Если неосторожный экспериментатор случайно окажется на пути разряда высоковольтного конденсатора на землю, то слаботочный электрический разряд может вызвать непроизвольные спазмы основных групп мышц и вызвать опасную для жизни фибрилляцию желудочков и остановку сердца.Даже вакуумные лампы меньшей мощности или твердотельные катушки Тесла могут создавать высокочастотные токи, способные вызвать временное повреждение внутренних тканей, нервов или суставов за счет джоулевого нагрева. Кроме того, радиочастотная дуга может обугливать плоть, вызывая болезненный и опасный радиочастотный ожог до кости, на заживление которого могут уйти месяцы. Из-за этих рисков опытные экспериментаторы избегают контакта со стримерами из всех систем, кроме самых маленьких. Профессионалы обычно используют другие средства защиты, такие как клетка Фарадея или кольчужный костюм, чтобы предотвратить попадание опасных токов в их тело.

Наиболее серьезные опасности, связанные с работой катушки Тесла, связаны с первичной цепью. Именно первичная цепь способна обеспечить достаточный ток при значительном напряжении, чтобы остановить сердце неосторожного экспериментатора. Поскольку эти компоненты не являются источником известных визуальных или слуховых эффектов катушки, их можно легко не заметить как главный источник опасности. Если высокочастотная дуга ударит по оголенной первичной обмотке, в то время как другая дуга также коснется человека, ионизированный газ двух дуг образует цепь, которая может проводить смертельный низкочастотный ток от обмотки. первично в человека.

Кроме того, необходимо соблюдать большую осторожность при работе с первичной частью катушки, даже если она была отключена от источника питания в течение некоторого времени. Конденсаторы резервуара могут оставаться заряженными в течение нескольких дней с достаточной энергией, чтобы нанести смертельный удар током. Надлежащие конструкции всегда включают в себя «стравливающие резисторы» для стравливания накопленного заряда с конденсаторов. Кроме того, перед выполнением каких-либо внутренних работ на каждом конденсаторе выполняется безопасное замыкание. ^[44]

Экземпляры и устройства

Конфигурации лупы

Классическая управляемая конфигурация.^[45]

Управляемая конфигурация более позднего типа. Блин может быть горизонтальным; вывод к резонатору держится подальше от него. ^[46]

Лаборатория Теслы в Колорадо-Спрингс обладала одной из самых больших когда-либо построенных катушек Теслы, известной как «Увеличительный передатчик».Увеличительный передатчик несколько отличается от классических катушек Теслы с двумя катушками. Лупа использует «драйвер» с двумя катушками для возбуждения основания третьей катушки («резонатора»), расположенной на некотором расстоянии от драйвера. Принципы работы обеих систем схожи. Самая большая в мире существующая в настоящее время катушка Тесла с двумя катушками представляет собой блок мощностью 130 000 ватт, являющийся частью скульптуры высотой 38 футов (12 м). Он принадлежит Алану Гиббсу и в настоящее время находится в частном парке скульптур в Какануи-Пойнт недалеко от Окленда, Новая Зеландия.^[47]

Катушка Теслы является ранним предшественником (наряду с индукционной катушкой) более современного устройства, называемого обратноходовым трансформатором, который обеспечивает напряжение, необходимое для питания электронно-лучевой трубки, используемой в некоторых телевизорах и компьютерных мониторах. Катушка прорывного разряда по-прежнему широко используется в качестве катушки зажигания ^[48] ^[49] или искровой катушки в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания. Однако эти два устройства не используют резонанс для накопления энергии, что является отличительной чертой катушки Тесла.Они используют индуктивный «толчок», принудительное резкое затухание магнитного поля, так что напряжение, создаваемое катушкой на ее первичных клеммах, намного больше, чем напряжение, которое было приложено для создания магнитного поля, и это это более высокое напряжение, которое затем умножается на коэффициент трансформации трансформатора. Таким образом, они накапливают энергию, а резонатор Тесла накапливает энергию. Современный маломощный вариант катушки Теслы также используется для питания скульптур плазменного шара и подобных устройств.

Ученые, работающие со стеклянной вакуумной линией (например,грамм. химики, работающие с летучими веществами в газовой фазе, внутри системы стеклянных трубок, кранов и колб) проверяют наличие крошечных отверстий в аппарате (особенно в только что выдутой стеклянной посуде) с помощью высоковольтных разрядов, таких как катушка Тесла производит. Когда система вакуумирована и разгрузочный конец катушки перемещается по стеклу, разряд проходит через любое точечное отверстие непосредственно под ним и, таким образом, освещает отверстие, указывая точки, которые необходимо отжечь или повторно продуть, прежде чем их можно будет использовать. в эксперименте.

Популярность

Катушки Тесла очень популярны среди некоторых инженеров-электриков и энтузиастов электроники. Создателей катушек Теслы в качестве хобби называют «мотальщиками». Очень большая катушка Теслы, спроектированная и построенная Сидом Клинге, ежегодно демонстрируется на Фестивале музыки и искусств Coachella Valley в Коачелле, штат Индио, Калифорния, США. Есть также съезды по «обмотке», на которые люди приходят и демонстрируют свои самодельные катушки Тесла и другие интересующие электрические устройства.

Катушки Тесла малой мощности также иногда используются в качестве источника высокого напряжения для кирлиановой фотографии. ^[50]

Катушки Тесла также можно использовать для создания музыки, модулируя эффективную «скорость прерывания» системы (т. Е. Скорость и продолжительность мощных радиочастотных всплесков) с помощью данных MIDI и блока управления. Фактические данные MIDI интерпретируются микроконтроллером, который преобразует данные MIDI в выходные данные PWM, которые могут быть отправлены на катушку Тесла через оптоволоконный интерфейс.^[51] ^[52] Видео на YouTube, посвященное теме Super Mario Brothers в стерео и гармонии на двух катушках, показывает производительность на соответствующих твердотельных катушках, работающих на частоте 41 кГц. Катушки были построены и эксплуатируются дизайнерами-любителями Джеффом Ларсоном и Стивом Уордом. Устройство было названо Zeusaphone в честь Зевса, греческого бога молнии, и как игра слов, отсылающая к Sousaphone.

Идея музицирования на поющих катушках Теслы облетает весь мир и немногочисленные последователи ^[53] продолжают дело инициаторов.

В 2011 году американская профессиональная хоккейная команда Tampa Bay Lightning представила две катушки Тесла на форуме St. Pete Times, чтобы активировать их перед игрой во время представления игроков.

Самая мощная коническая катушка Тесла (1,5 миллиона вольт) была установлена в 2002 году в Музее науки Средней Америки в Хот-Спрингс, штат Арканзас. Это копия конической катушки обсерватории Гриффита, установленной в 1936 году.

Обширный музыкальный концерт под открытым небом продемонстрировал использование катушек Тесла во время Дня открытых дверей инженеров (EOH) в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн.

Исландская художница Бьорк использовала катушку Тесла в своей песне «Thunderbolt» в качестве основного инструмента в песне.

Музыкальная группа ArcAttack использует модулированные катушки Теслы и человека в костюме с цепочкой для воспроизведения музыки.

Родственные патенты

Патенты Теслы

См. также : Список патентов Теслы

« Электрический трансформатор или индукционное устройство ».Патент США № 433,702, 5 августа 1890 г. ^[54]

« Средства для генерирования электрического тока », патент США № 514,168, 6 февраля 1894 г.

« Электрический трансформатор », Патент № 593,138, 2 ноября 1897 г.

«Способ использования лучистой энергии », патент № 685,958, 5 ноября 1901 г.

«Метод сигнализации », патент США №723 188, 17 марта 1903 г.

« Система сигнализации », патент США № 725 605, 14 апреля 1903 г.
.
«Устройство для передачи электрической энергии », 18 января 1902 г., патент США 1 119 732, 1 декабря 1914 г. (доступен в патенте США 1 119 732
).

Чужие патенты

Дж. С. Стоун, патент США 714 832, « Устройство для усиления электромагнитных сигнальных волн ».(Подана 23 января 1901 г.; Выдана 2 декабря 1902 г.)

А. Никль, патент США 2 125 804, «Антенна ». (Подана 25 мая 1934 г.; выдана 2 августа 1938 г.)

Уильям В. Браун, патент США 2,059,186, «Антенная структура ». (Подана 25 мая 1934 г.; опубликована 27 октября 1936 г.).

Роберт Б. Доум, патент США 2 101 674, «Антенна ». (Подана 25 мая 1934 г.; Выдана 7 декабря 1937 г.)

Армстронг, Э.H., патент США 1,113,149, « Беспроводная приемная система ». 1914.

Армстронг, Э. Х., патент США 1342885, « Способ получения высокочастотных колебаний ». 1922.

Армстронг, Э. ^a ^b ^c Ут, Роберт (20 0012 декабря). Многочастотный генератор электромагнитного поля, способный генерировать электромагнитные радиальные поля, горизонтальные поля и поля спирального потока, которые проецируются на расстоянии от устройства и собираются на дальнем конце устройства антенной.

Дальнейшее чтение

Эксплуатация и другая информация

Арманнат, Х., и Кеньон, О.А. (1908). Теория, конструкция и конструкция индукционных катушек .Нью-Йорк: Макгроу.

Халлер, Г. Ф., и Каннингем, Э. Т. (1910). Высокочастотная катушка Тесла, ее конструкция и применение . Нью-Йорк: D. Van Nostrand Co.,
.
Яннини, RE (2003). Электронные гаджеты для злого гения: 21 самодельный проект . Электроника ТАБ. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. Страницы 137 – 202.

Корум, Кеннет Л. и Джеймс Ф. « Катушки Теслы и провал теории цепей с сосредоточенными элементами» «

Николсон, Пол, « Проект вторичного моделирования Теслы » (Текущий уровень техники в строгом описании вторичного поведения катушки Тесла посредством теоретического анализа, моделирования и проверки результатов на практике)

Билл Бити « Информация о катушке Николы Теслы «.

Вуйович, Любо, « Катушка Тесла ». Мемориальное общество Теслы в Нью-Йорке.

Хикман, Берт, « Информационный центр катушек Теслы »

Купер, Джон. F., » Принципиальная схема увеличительного передатчика раннего типа; Принципиальная схема более позднего типа «. Tesla-Coil.com

Электрический мир

« Разработка токов высокой частоты для практического применения »., Мир электричества, том 32, № 8.

« Безграничное пространство: Автобус ». Электрический мир, Том 32, № 19.

Другие публикации

А.Л. Каллен, Дж. Добсон, « Коронный пробой антенн в воздухе при низком давлении ». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки, Vol. 271, № 1347 (12 февраля 1963 г.), стр. 551–564

Бениосек, Ф.М., « Схема тройного резонансного импульсного трансформатора «. Обзор научных инструментов, 61 (6).

Корум, Дж. Ф. и К. Л. Корум, « ВЧ-катушки, спиральные резонаторы и усиление напряжения с помощью когерентных пространственных мод ». IEEE, 2001.

де Кейрос, Антонио Карлос М., « Синтез множественных резонансных сетей ». Федеральный университет Рио-де-Жанейро, Бразилия. ЕЕ/КОПЕ.

Халлер, Джордж Фрэнсис и Элмер Тилинг Каннингем, « Высокочастотная катушка Теслы, ее конструкция и использование ».Нью-Йорк, компания Д. Ван Ностранда, 1910 г.

Хартли, Р.В.Л., «Колебания с нелинейными реактивными сопротивлениями ». Технический журнал Bell Systems, Alcatel-Lucent, 1936 (3), 424–440.

Норри, Х.С., «Индукционные катушки : как их делать, использовать и ремонтировать ». Норман Х. Шнайдер, 1907 год, Нью-Йорк. 4-е издание.

Рид, Дж. Л., «Большой коэффициент усиления по напряжению для трансформаторных ускорителей Теслы», Review of Scientific Instruments, 59, с.2300, (1988).

Кертис, Томас Стэнли, Высокочастотный аппарат: его конструкция и практическое применение . Everyday Mechanics Co., 1916.

Внешние ссылки

Вопрос: Для чего использовалась катушка Теслы

Катушка Теслы представляет собой электрическую схему резонансного трансформатора, разработанную изобретателем Николой Тесла в 1891 году. Она используется для получения высоковольтного, слаботочного, высокочастотного переменного тока. Переменный ток (AC) представляет собой электрический ток, который периодически меняет направление на противоположное. и постоянно изменяет свою величину со временем в отличие от постоянного тока (DC), который течет только в одном направлении.Эти токи обычно чередуются на более высоких частотах, чем те, которые используются при передаче энергии. https://en.wikipedia.org › wiki › Переменный_ток

Переменный ток — Википедия

электричество. С твердотельными драйверами катушку Тесла можно использовать для генерации звуковых тонов, для создания музыкальных эффектов.

Почему катушка Тесла была так важна?

В 1891 году Тесла представил одно из своих самых важных изобретений, «катушку Теслы», высокочастотный трансформатор, способный создавать очень высокое напряжение при малом токе.Он построил несколько вариантов своего изобретения. Схема, использующая катушку Тесла, была частью первого поколения передатчиков для беспроводной телеграфии.

Какую проблему решила катушка Теслы?

Потому что именно гений Теслы решил проблему безопасного и эффективного распределения электроэнергии по домам, магазинам и фабрикам — то, что победило Томаса Эдисона. Этим нововведением он помог вступить в совершенно новую индустриальную эру.

Какая польза от катушки Тесла в повседневной жизни?

Катушки Тесла — это тип электрической цепи, используемой для выработки слаботочной высоковольтной электроэнергии.Сегодня они широко используются в радиоприемниках, телевизорах и другой электронике, а также могут использоваться для беспроводной передачи данных.

Законны ли катушки Тесла?

Таким образом, Федеральная комиссия по связи может конфисковать катушку Теслы, если побочные излучения мешают законному использованию радиочастотного спектра. Мгновенная операция представляет для властей загадку. Приступ потребует, чтобы работа катушки Тесла была достаточно постоянной, чтобы ее можно было обнаружить. Многие популярные виды деятельности являются незаконными.

Почему мы не используем катушки Тесла?

Во-первых, катушки Тесла производят переменный ток высокой частоты, что бесполезно.Во-вторых, катушка Теслы не может направить энергию туда, где она необходима, поэтому большая часть энергии будет излучаться в космос. В-третьих, нет возможности выставлять клиентам счета за использование ими полученной энергии.

Как Теслу не убило током?

Хорошо известно, что высокое выходное напряжение катушек Тесла обычно не вызывает заметного поражения электрическим током. Широко распространено объяснение, что это происходит из-за «скин-эффекта», который заставляет радиочастотный ток оставаться вблизи поверхности проводника и избегать нервов и органов человеческого тела.

Как Тесла открыл катушку Тесла?

Тесла изобрел катушку Теслы во время разработки «беспроводной» системы освещения с газоразрядными лампочками, которые светились бы в колеблющемся электрическом поле от источника питания высокого напряжения и высокой частоты.

Где похоронен Тесла?

Может ли катушка Тесла заряжать телефон?

Нет. Катушки Теслы НЕ производят электричество. Они потребляют его, преобразуя электрическую энергию в искры (т.д., тепло, свет, звук, озон и различные оксиды азота).

Как катушка Теслы изменила мир?

Как Никола Тесла изменил мир? Тесла разработал систему питания переменного тока, которая обеспечивает электричеством дома и здания. Он также был пионером в области радиосвязи и получил более 100 патентов США.

Могу ли я запитать свой дом катушкой Теслы?

В любом случае мы можем почтить имя великого изобретателя, собрав дома катушку Тесла своими руками.Эта катушка будет достаточно мощной, чтобы беспроводным способом зажечь лампочку и даже создать мини-молнии, которые искрят с поверхности.

Катушки Теслы потребляют много электроэнергии?

Катушка Тесла среднего размера, которая генерирует дуги от 2 до 4 футов, обычно потребляет около 1000 Вт. Электричество обычно стоит около 0,10 доллара США за кВтч (киловатт-час).

Может ли катушка Теслы навредить вам?

Даже маломощные катушки Тесла могут превысить эти пределы, и вообще невозможно определить пороговый ток, при котором начинается телесное повреждение.Поражение дугой от катушки Тесла большой мощности (> 1000 Вт) может привести к летальному исходу.

Можно ли использовать катушку Тесла в качестве оружия?

Оружие может использоваться против наземной пехоты или в зенитных целях. [90] Тесла пытался заинтересовать этим устройством военное министерство США. [91] Он также предложил это изобретение европейским странам.

Тесла изобрел WIFI?

Мировая беспроводная система была на рубеже 20-го века предложенной системой телекоммуникаций и подачи электроэнергии, разработанной изобретателем Николой Теслой на основе его теорий использования Земли и ее атмосферы в качестве электрических проводников.

Получил ли Тесла бесплатную энергию?

Одной из попыток Николы Теслы обеспечить всех в мире бесплатной энергией была его Система Мировой Энергии, метод передачи электрической энергии без проводов через землю, который так и не был завершен, но его мечта обеспечить энергией все точки на земле земной шар жив и сегодня [1].

Почему бесплатная энергия невозможна?

Машины свободной энергии не работают. Никакая машина не может создавать энергию из ничего, так как это нарушило бы закон сохранения массы-энергии, который является фундаментальным и универсальным.Масса может быть преобразована в энергию, а энергия может быть преобразована в массу, но вместе они должны сохраняться.

Получил ли Тесла Нобелевскую премию?

В 1912 году Нобелевский комитет объявил, что Никола Тесла и Томас Эдисон стали лауреатами Премии по физике; вместо этого приз достался Густаву Далену.

Изобрел ли Тесла трансформатор?

Никола Тесла не изобретал трансформатор, как утверждают некоторые сомнительные источники. Джордж Вестингауз, Альберт Шмид, Оливер Шалленбергер и Стэнли сделали трансформатор дешевым в производстве и простым в настройке для конечного использования.1885. Первый трансформатор Уильяма Стэнли, построенный в 1885 году.

Были ли у Теслы дети?

В семье Теслы было пятеро детей: Милка (замужем за Глумичичем), Ангелина (замужем за Трбоевичем), Данило, Никола и Мария-Марица (замужем за Косановичем). Никола Тесла умер 7 января 1943 года в отеле «Нью-Йоркер» в номере 3327. Урна Николы Теслы хранится в Музее Николы Теслы в Белграде.

Была ли катушка Теслы успешной?

Хотя катушка Теслы больше не имеет практического применения, изобретение Теслы произвело революцию в понимании и использовании электричества.В радиоприемниках и телевизорах до сих пор используются разновидности катушки Теслы.

Кем были Тесла Маркони?

Никола Тесла провел публичную демонстрацию беспроводной передачи энергии 1 марта 1893 года. Он создал индукционную катушку для передачи и приема радиосигналов. Спустя годы, когда он готовился к передаче сигналов на расстояние, таким же был и другой изобретатель: Гульельмо Маркони.

Кто нашел катушку Тесла?

Около 100 лет назад Никола Тесла изобрел свою «катушку Тесла».Уже около 70 лет любители и инженеры конструируют свои собственные катушки.

моментов проектирования, которые следует учитывать Страница 1

(Страница 1 из 2)

Поскольку катушки Тесла впервые появились примерно в 1891 году, они не связаны с так называемой «ракетной наукой».
Вся информация, представленная здесь, относится к обычным катушкам Тесла с искровым разрядником, а не к полупроводниковым типам, которых существует несколько разновидностей.

Во-первых, некоторые основные моменты, которые следует учитывать:

Несмотря на ваше желание начать наматывать провод, как в моем примере конструкции , знание этих пунктов может не только помочь — они также сэкономят вам время и деньги!

Баланс:
Все сосредоточено на получении баланса.На любой конкретный аспект дизайна либо влияет что-то другое, либо он, в свою очередь, влияет на что-то еще (если не на то и другое). Так что, прежде чем что-то менять, подумайте о эффекте домино!

Программное обеспечение:
Программное обеспечение Bart Anderson JavaTC действительно ОЧЕНЬ помогает.
( Он также включает пример, который вы можете загрузить, чтобы увидеть, как работает программа [«Загрузить катушку с образцом» вверху справа])

Исследование:
Помните, что эти вещи опасны, и практически все веб-сайты созданы энтузиастами-любителями, такими как я, поэтому никогда не берите какой-то один источник информации в качестве руководства.Просмотр различных источников позволяет увидеть, какие советы правильные, какие ошибочные, а какие просто опасны. Надеюсь, последнее здесь не применимо.

Расположение: (касается в основном катушек большего размера)
Подумайте, где вы собираетесь разместить катушку Тесла до того, как вы ее построите, чтобы затем вы могли выбрать ее соответствующий размер. Моя 8-дюймовая катушка слишком велика, чтобы использовать ее в помещении, но установка ее в саду также не самое безопасное место, поскольку у вас могут быть соседи, которые чрезмерно реагируют на производимый ими шум.
Как случилось с одной из моих катушек !

Транспортировка: (касается в основном больших рулонов)
Рекомендуется спроектировать его таким образом, чтобы его можно было довольно легко разобрать и собрать. Транспортировка и установка — два основных препятствия для любой катушки размером восемь дюймов или больше.

Стоимость:
Стоимость практически каждого компонента значительно возрастает в зависимости от размера катушки. Вы можете легко потратить 700 фунтов стерлингов / 1000 долларов США (2013 г.) только на конденсаторы в средних и больших катушках, поэтому полностью спланируйте это с помощью программного обеспечения, а затем оцените все.
Наконец, такие вещи, как вариак, способный работать с большой мощностью катушки, также могут стоить больших денег.

Компоненты:
Высоковольтный источник питания, NST , OBIT, MOT , PDT и т. д., а также диаметр вторичной обмотки полностью зависят друг от друга. Если вы наматываете большую вторичную обмотку, вам понадобятся «большие» все остальное!
(Некоторые компоненты высокого напряжения трудно достать в некоторых странах, особенно такие, как PDT / Pig )

Конденсатор:
Выбранный размер конденсатора должен обеспечивать возможность перезарядки в течение миллисекунд, поэтому большие значения емкости требуют более мощных источников питания.
Если вы используете NST , некоторые люди говорят, что следует избегать значения емкости, которое находится в резонансе ^{[ ** Примечание 1 **]} с индуктивностью трансформатора на частоте вашей сети. Это связано с тем, что NST могут быть довольно хрупкими и не выдерживать сильного резонансного повышения напряжения.

[ ** Примечание 1** ]
Не путайте резонанс в этой части цепи с резонансом между первичной и вторичной обмотками.
Эквивалент переменного сопротивления постоянному току – это реактивное сопротивление.В цепи переменного тока, если реактивное сопротивление катушки индуктивности соответствует реактивному сопротивлению конденсатора, они компенсируют друг друга, это состояние называется резонансом.
Если в цепи осталось небольшое сопротивление, напряжение на конденсаторе может стать опасно высоким и повредить его.

Другим моментом, который следует учитывать, является пиковый ток, который выдерживают конденсаторы. Популярные конденсаторы Cornell Dubilier 942C20P15K-F могут выдерживать мгновенный пиковый ток в 432 ампера, поэтому, если у вас есть две цепочки, общий безопасный мгновенный пиковый ток составляет 864 ампера.
Массивы MMC большего размера обычно более щадящие, поскольку они используют больше строк и лучше распределяют нагрузку. Пиковый импульс тока на моей 8-дюймовой катушке, хотя и длится всего микросекунд -секунд, составляет 800+ ампер в теории (источник: JAVATC), поэтому с 12 струнами в MMC каждая струна выдерживает всего 70 ампер из возможного. 432 ампера.

NST:
NST в Великобритании и Европе имеют максимальное выходное напряжение 10 кВ или более полезное значение 15 кВ в США.

Мощность:
НСТ , ОБИТ и т. д. могут работать параллельно для удвоения мощности при условии правильной фазировки. Однако несколько NST не могут быть запущены последовательно, чтобы просто удвоить выходное напряжение. Просто физически изолировать их недостаточно, так как у NST есть проблемы с внутренней изоляцией.

Вторичный диаметр:
Хорошим ориентиром для катушек малой мощности ниже 500 Вт будет диаметр 3 дюйма. В то время как от 500 до 1000 Вт будет от 3 до 4 дюймов, от 1000 до 4000 Вт — это 5 или 6 дюймов, более 4000 Вт, а вы смотрите на 7 дюймов или больше! Мой 8-дюймовый счастливо работает от 6 до 8 кВт.

Соотношение сторон:
Это важное соотношение представляет собой фактическую высоту самой обмотки, деленную на вторичный диаметр. Соотношение сторон для маломощных катушек лучше всего составлять не более 5:1, для катушек других размеров популярно соотношение от 4 до 4,5:1. Фактический каркас, на который наматывается катушка, должен оставить неиспользованными как минимум 2-3 дюйма на каждом конце, поэтому дайте возможность добавить это количество впоследствии, прежде чем резать трубку.
Соотношение сторон очень важно, потому что у высоких тонких катушек не будет достаточной индуктивности.Это связано с тем, что вторичной обмотке, в отличие от первичной, требуется достаточная индуктивность для эффективной работы, фактически ветеран-строитель Ричард Халл рекомендует более 30 мГн для систем мощностью более 5 кВт в своей книге , в то время как короткие толстые вторичные обмотки будут страдать от постоянных первичных ударов. (Слишком близкое расположение тороида к первичной обмотке)

Статические зазоры:
Для NST их лучше всего настроить, подключив зазор прямо через оголенный трансформатор, как в случае лестницы Иакова.Затем поэтапно постепенно увеличивайте зазор и увеличивайте выходную мощность вариатора, чтобы она соответствовала отмеченному входному напряжению NST. Зазор безопасности должен срабатывать только тогда, когда он достигает или, если вы смелы, просто превышает эту цифру.
Если вы не используете вариатор, а вместо этого просто включаете его на полную мощность, это часто может привести к срабатыванию предохранительного зазора из-за скачка напряжения при запуске и дать вводящие в заблуждение результаты.

Для любого другого источника питания выполните ту же процедуру, но с подходящим балластом.
* ( Примечание для новичков: A Балласт — это то, что ограничивает ток, обычно в виде индуктора)

Вторичные витки:
В настоящее время люди стремятся к 1200/1400 виткам или даже до 1500 витков для маломощных настольных катушек.Золотая цифра, часто упоминаемая ранее, составляла от 900 до 1000 витков, и даже сегодня по этому поводу все еще ведутся споры, поэтому 1200 должны оказаться безопасным средним значением.
Важно помнить, что это , а не , как у обычных трансформаторов, где количество витков влияет на выходное напряжение.

Коэффициент связи (k):
Это результат физической близости между первичной и вторичной обмотками и влияет на количество циклов, необходимых для обмена всей энергией между первичной и вторичной обмотками.Слишком сильное сцепление вызовет проблему мчащихся искр [см. Примечание: 2], в то время как слишком слабое сцепление может означать, что для обмена энергией требуется слишком много циклов, а может привести к чрезмерным потерям в искровом промежутке.

*Примечание: 2*.
Обычно вторичная обмотка имеет возрастающий градиент напряжения снизу (земля) вверх (высокое напряжение), но если связь становится слишком сильной, обычная одиночная резонансная частота вторичной обмотки может стать двумя отдельными частотами, довольно близкими друг к другу.Это приводит к неравномерному градиенту напряжения снизу вверх. Эффект от этого — мчащиеся искры, когда кажется, что искры прыгают вверх и вниз по вторичной форме.
Это в некоторых случаях может полностью вывести из строя вторичную обмотку.

Я использовал , чтобы соединить мои катушки до точки, которая называется «критической муфтой», которая незадолго до появления гоночной искры. Но после совета я обнаружил, что иногда небольшое недосоединение из этого критического положения может дать лучших стримеров .
Экспериментирование — единственный способ здесь, как видно из этого тестового видео, которое я сделал для Моя 8-дюймовая катушка .
Помните: недостаточная связь не может повредить катушку, а чрезмерная связь, безусловно, может!
Как фактические, так и предлагаемые значения «k» для любой катушки задаются вместе с другими полезными параметрами в программе JavaTC и обычно находятся в диапазоне от 0,1 до 0,2
Обычно, при условии, что первичная и вторичная обмотки расположены на соответствующем расстоянии друг от друга, нижняя часть НАСТОЯЩЕЙ вторичной обмотки (не формирователя катушки) должна находиться в пределах ½ дюйма от горизонтальной плоскости первичной обмотки для достижения нужного уровня связи.

Лучшим компонентом , который нужно получить в первую очередь, должен быть источник питания высокого напряжения ( NST , OBIT, MOT , PDT ), поэтому вы с самого начала будете знать мощность, которая у вас есть. Показатель мощности ВН очень важен, поскольку он определяет не только общий физический размер и, следовательно, диаметр катушки Тесла, но также и величину емкости, которую катушка может эффективно заряжать.

Как только вы узнаете уровень мощности , вы можете выбрать вторичный диаметр и соотношение сторон.Затем, приняв решение о примерном количестве витков, которое вы будете использовать, вы берете свой верный калькулятор.
Пробуя провода разного сечения, вам нужно будет найти комбинацию, отвечающую всем требованиям, которые вы ищете. Это количество витков в пределах ограничений по высоте и диаметру, которые допускает выбранное соотношение сторон вторичной обмотки.

Это то, что мы делаем дальше………… Страница 2: Пример

катушек Теслы — Open Tesla Research

Катушка Теслы — одно из самых известных изобретений Николы Теслы.По сути, это высокочастотный трансформатор с воздушным сердечником. Он принимает выходной сигнал от 120 В переменного тока до трансформатора в несколько киловольт и схема драйвера и повышает его до чрезвычайно высокого напряжения. Напряжения могут достигать значительно выше 1 000 000 вольт и разряжаться в виде электрических дуг. Сам Тесла получил дуги до 100 000 000 вольт.

Он изобрел свою катушку Теслы примерно в 1891 году, когда повторял, а затем расширял эксперименты Генриха Герца, которые открыли электромагнитное излучение тремя годами ранее.Тесла решил питать свою установку с помощью высокоскоростного генератора переменного тока, который он разрабатывал как часть усовершенствованной системы дугового освещения, но обнаружил, что высокочастотный ток перегревает железный сердечник и расплавляет его. изоляция между первичной и вторичной обмотками в катушке Румкорфа, первоначально использовавшейся в установке Герца. Чтобы решить эту проблему, Тесла изменил конструкцию так, чтобы вместо нее был воздушный зазор. изолирующий материал между первичной и вторичной обмотками и сделал так, чтобы железный сердечник можно было перемещать в разные положения внутри или вне катушки.Тесла также обнаружил, что ему нужно поставить конденсатор, обычно используемый в таких установках между его генератором переменного тока и первичной обмоткой катушки, чтобы избежать перегорания катушки. Регулируя катушку и конденсатор, Тесла обнаружил, что может преимущество резонанса, установленного между ними, для достижения еще более высоких частот.

В катушечном трансформаторе Теслы конденсатор при пробое короткого разрядника соединился с катушкой в несколько витков (комплект первичной обмотки), образуя резонансный контур с частотой колебаний, обычно 20–100 кГц, определяемых емкостью конденсатора и индуктивностью катушки.Конденсатор был заряжен до напряжения, необходимого для разрыва воздуха в промежутке. во время цикла ввода линии около 10 кВ трансформатором с питанием от сети, подключенным через разрыв. Сетевой трансформатор был спроектирован так, чтобы иметь более высокую, чем обычно, индуктивность рассеяния, чтобы выдерживать короткое замыкание, происходящее в то время, когда промежуток оставался ионизированным, или в течение нескольких миллисекунд, пока не затухал высокочастотный ток.

Искровой разрядник устроен так, что его пробой происходит при напряжении, несколько меньшем пикового выходного напряжения трансформатора, чтобы максимально увеличить напряжение на конденсаторе.Внезапный ток через искровой разрядник заставляет первичный резонансный контур звонить на его резонансной частоте. Вызывная первичная обмотка магнитно связывает энергию во вторичную через несколько RF. циклов, пока вся энергия, которая изначально была в первичной обмотке, не будет передана во вторичную. В идеале зазор перестанет проводить ток (гасится), удерживая всю энергию в колебательный вторичный контур. Обычно промежуток воспламеняется, и энергия во вторичной цепи передается обратно в первичную цепь в течение еще нескольких ВЧ-циклов.Круговорот энергии может повторяться в течение нескольких раз, пока искровой разрядник окончательно не погаснет. Как только разрядник перестает проводить ток, трансформатор начинает перезаряжать конденсатор. В зависимости от напряжения пробоя искрового промежутка может сработать много раз в течение цикла сети переменного тока.

Более выступающая вторичная обмотка с гораздо большим количеством витков более тонкого провода, чем первичная, была расположена так, чтобы перехватывать часть магнитного поля первичной обмотки. Вторичный был разработан для имеют ту же частоту резонанса, что и первичная обмотка, используя только паразитную емкость самой обмотки на землю и емкость любого цилиндрического вывода, расположенного в верхней части вторичной обмотки. нижний конец длинной вторичной катушки должен быть заземлен.

Более поздняя и мощная конструкция катушки имеет однослойную первичную и вторичную обмотку. Эти катушки Тесла часто используются любителями и в таких местах, как музеи науки, для получения длинных искр. American Electrician дает описание ранней катушки Тесла, в которой стеклянный аккумуляторный кувшин размером 15 × 20 см (6 × 8 дюймов) намотан от 60 до 80 витков магнитного провода AWG № 18 B & S (0.823 мм²). В него вставляется первичная обмотка, состоящая из восьми-десяти витков провода AWG № 6 B и S (13,3 мм2), и вся комбинация погружается в сосуд с льняным или минеральным маслом.

http://www.tfcbooks.com/mall/more/371tcbg.htm

Прежде чем построить нашу первую лупу, необходимо было освоить классическую катушку Тесла и изучить множество хитростей, которые впоследствии можно было перенести в более сложные конструкции.Мы тут увидеть кульминацию многих катушек Тесла, построенных по классической конструкции, но с множеством необычных функций, которые не часто встречаются в таких системах. Эта катушка «Немезида» способна выдать искру мощностью до 4 раз больше собственной длины вторичной катушки 46 дюймов! Система использует емкость всего 0,09 мкФ и резонирует на частоте 54 кГц. При работе на полную мощность она потребляет 11-12 кВА мощности. Искра, отмеченная в этой системе, была на расстоянии 15 футов от точки к точке.

Мы видим, как большая классическая катушка «Немезида» прыгает вперед на 12 или 13 футов в кадре под косым углом.Уровень мощности составлял всего 9 кВА. Искры постоянно ударяют по инструментальным столам и даже по силовые трансформаторы системы (внизу справа)! Обратите внимание на большой тороид и довольно маленькую вторичную обмотку размером 14 x 46 дюймов. Вторичная обмотка представляет собой плотно намотанный магнитный провод № 18 и имеет индуктивность 0,11 генри! первичная обмотка состоит из 11 витков медной трубы диаметром 5/8 дюйма. Соединение k = 0,25, что очень плотно для классической системы катушек Теслы.

http://www.teslascience.org/pages/questions.хтм

Тесла уделял так много внимания поиску решения одной из самых неприятных проблем своего времени — разработке практической системы беспроводной телеграфии и телефонии. Некоторые предварительные эксперименты с высокочастотными генераторами переменного тока, подключенными к антенне и земле, показали многообещающие результаты в этом отношении. Затем он заменил генератор своим резонансным трансформатором и добился еще лучших результатов. При использовании в качестве радиопередатчика было продемонстрировано, что генератор Теслы с его настроенными первичной и вторичной цепями может производить радиоволны. в тысячи раз мощнее, чем простой передатчик с искровой катушкой, использовавшийся Генрихом Герцем всего за несколько лет до этого — действительно практическое применение! (См. Также: Никола Тесла о своей работе с переменными токами и их применении в беспроводной телеграфии, телефонии и передаче энергии).

Никола Тесла в 1890-х годах был пионером в исследованиях электромагнитных высоких частот. Наиболее точные сведения об исследованиях Теслы того периода содержатся в его патентах. При рассмотрении этих документов, когда-то следует понимать, что они часто были результатом недель, месяцев, а в некоторых случаях даже лет споров с патентным ведомством и, следовательно, были преднамеренными и продуманными. куски письма.

Для тех, кто не знаком с жизнью и творчеством Николы Теслы, вероятно, справедливо будет сказать, что его лучше всего помнят как отца современного электричества, как пионера электротехники переменного тока. распределение. На этом этапе своих исследований он провел первоначальные тесты в низких сотнях герц, а его более поздние исследования высоких частот, о которых идет речь в этой статье, были естественными. продолжение этой работы.

Первой заявкой на особо высокие частоты является патент US 462,418 «Метод и устройство для электрического преобразования». и Раздача — 3 ноября 1891 г.На документ Тесла часто ссылался, зная, что это совершенно новый тип высокочастотной системы освещения. В нем Тесла утверждает с гордостью две разные новинки, во-первых, полученная скорость переключения, во-вторых, новый метод, с помощью которого производится замыкание и размыкание. Тесла разработал схему заряда конденсатора, благодаря которой напряжение в конденсаторе накапливалось до тех пор, пока не стало достаточным для пробоя диэлектрического воздушного зазора.

Принципы не могут быть лучше проиллюстрированы, чем ссылка на рисунок C, адаптированную иллюстрацию, взятую непосредственно из самого оригинального патента.Цепь со стрелкой показана выяснить, как пробой диэлектрика воздушного зазора D временно изменяет путь тока в цепи и направляет накопленный заряд через нагрузку(и) G.

Затем последовал ряд других патентов, разрабатывающих устройство. Все это для биполярных катушек: оба конца вторичной обмотки подключены к рабочей цепи (обычно лампы), в отличие от монополярный формат, предпочитаемый сегодняшними строителями подвалов, в котором верхняя часть подключена к шаровому или другому оконечному конденсатору, а нижняя — к земле.Монополярный формат появляется позже в патенты на радио и беспроводную энергию, включая увеличительный передатчик Теслы.

Патентный чертеж показывает усовершенствованную биполярную катушку, использующую тандемные дроссели для накопления энергии для внезапного высвобождения в конденсатор, что позволяет питать устройство от относительно скромных входов. Дроссели катушки, намотанные на железные сердечники. Они хранят энергию в виде магнетизма. Когда зарядный ток прерывается, магнитное поле схлопывается, индуцируя ток в катушках, который устремляется к заряду. конденсаторы.

На аналогичном наборе принципов был основан патент US 454 622 «Система электрического освещения» от 23 июня 1891 г., проиллюстрированный непосредственно из патента на рис. 2. Используется тот же новый метод включения и выключения, но с повышающим трансформатором на выходных катушках, который используется для подачи питания высокого напряжения на люминесцентные лампы. лампы, или, как это часто изображалось в более поздних патентах, электронные лампы. В этом втором патенте мы впервые ясно видим все основы «катушки Теслы».’Это устройство является резонансный трансформатор с воздушным сердечником, который до сих пор используется в телевидении, радио, автомобилестроении и других отраслях промышленности, для повышения относительно низкого входного напряжения до относительно высокого выходного напряжения.

US454,622 — Система электрического освещения — 23 июня 1891 г. (заявка подана 25 апреля 1891 г.)

Индукционная катушка PS создает высокое вторичное напряжение, которое заряжает конденсатор C до тех пор, пока в воздушном зазоре a не появится искра.Разрядный ток протекает через воздушный зазор и первичную обмотку высокочастотная индукционная катушка P’. Разряд конденсатора в этом случае отличается от уже известного к тому времени разряда через змеевик с омическим сопротивлением, изученный Генри. В В генераторе Теслы энергия высокочастотных колебаний в первичном контуре постепенно передается контуру.

После включения вторичной цепи оставшаяся энергия возвращается в первичную, затем обратно во вторичную и так далее до тех пор, пока потери не уменьшат ее в достаточной степени, чтобы прервать искрение через цепь. в первичном контуре.Затем конденсатор С начинает подзаряжаться от источника Г через индукционную катушку (трансформатор) ПС. Обербек опубликовал теоретический анализ генератора Теслы в 1895 году.

Генератор преобразует низкочастотные токи в «ток очень высокой частоты и очень высокого потенциала», который затем питает однополюсные лампы.

Эффект, который Тесла обнаружил с помощью этого прибора, заключался в том, что при частоте около 20 кГц и 20 000 В такой ток, подаваемый на лампочку, заставлял ее загораться не так, как обычно Эдисон. пионером, а скорее как плазменная лампа.Сегодня мы называем такие устройства люминесцентными лампами, и это происхождение этой технологии. Как было принято, Тесла опередил свое время, и это только сравнительно недавно эта технология обрела популярность. Хотя слово «катушка Тесла» напрямую не упоминается в патентах, маловитковая первичная и многовитковая вторичная безошибочны. Если есть центральная тема высокочастотных исследований Теслы в 1890-х годах, это, безусловно, его любимая катушка Теслы, и именно здесь она впервые появляется, приводя в действие флуоресцентные лампы.На рисунке 3 слева мы видим тип оборудования, которое Тесла использовал в своей лаборатории для изготовления своих трансформаторов.

US512,340 — Катушка для электромагнитов — 9 января 1894 г.

«Новая идея» этого патента, по-видимому, заключается в том, что катушки индуктивности обладают собственной емкостью. В отличие от обычной катушки, сделанной путем накручивания проволоки на трубчатую форму, в этой используются два провода, уложенные рядом друг с другом на форме, но с концом первого, соединенным с началом второго.Тесла предполагал (и заявил), что эти катушки устранят самоиндукцию, которая в обычной электротехнике означает, что индуктивный импеданс компенсируется емкостной индуктивностью, следовательно, это саморезонансное устройство (у него есть собственная резонансная частота).

Тесла нашел в свое время способ иметь резонансный контур, который, если его правильно рассчитать и сконструировать, независимо от того, что его возбуждает, будет резонировать на заданной частоте. Эффективность это, как указано в расчетах, сделанных в патенте, ошеломляет, и единственной потерей было сопротивление провода.Меньше сопротивления, меньше потерь.

US568,177 — Устройство для производства озона — 22 сентября 1896 г.

Эти два патента US454,622 и US568,177 особенно важны, потому что они помогают объяснить, откуда взялись современные представления о том, что представляет собой катушка Тесла. Общепринятые представления о то, что представляет собой катушка Теслы, является производным от этих двух патентов, частично популяризированных лордом Кельвином, посетившим лаборатории Теслы.Вход переменного тока, заряд конденсатора, коммутация воздушного зазора, в сочетании с классическим высоковольтным повышающим трансформатором с воздушным сердечником.

Тем не менее, внимательное прочтение более поздних высокочастотных патентов, поданных Теслой, показывает, что концепция катушки Тесла на самом деле претерпела значительные разработки в 1890-х годах, и аппарат Тесла был произведенный в 1897 году, заметно отличался от аппарата, который он производил в 1892 году. Более поздний аппарат был фактически импульсным аппаратом с катушкой сверхединицы на постоянном токе.Это была естественная эволюция, поскольку требования по оптимизации эффекта разряда обратной ЭДС более или менее идентичны устройству и методологии, впервые использованным в оригинальном устройстве с катушкой Теслы.

На патентном чертеже 1896 года показана усовершенствованная биполярная катушка с использованием тандемных дросселей для хранения энергии для внезапного высвобождения в конденсатор, что позволяет питать устройство от относительно скромных входов.

В случае биполярных катушек оба конца вторичной обмотки подключаются к рабочей цепи (обычно к лампам), в отличие от монополярного формата, предпочитаемого сегодняшними строителями подвалов, в которых верх подключается к шаровому или другому оконечному конденсатору, низ к земле.Монополярный формат появляется позже в патентах на радио и беспроводное питание, включая увеличительное стекло Теслы. передатчик.

Дроссели представляют собой катушки, намотанные на железные сердечники. Они хранят энергию в виде магнетизма. Когда зарядный ток прерывается, магнитное поле разрушается, индуцируя ток в катушках, который устремляется к зарядить конденсаторы.

В ожидании рис. 3

US 593,138 — Электрический трансформатор — 2 ноября 1897 г.

Система преобразования и передачи электрической энергии.При работе различных устройств с его высокочастотным источником питания, используя только один соединительный провод, он понял, что нагрузка может быть размещена на некотором расстоянии от источника питания и при этом нормально функционировать. Это то, что Тесла называл передачей электрической энергии по одному проводу без возврата. Вместо использования отдельных конденсаторные пластины на передающем и приемном концах, также возможно подключение непосредственно к земле. В этом случае электрическая цепь замыкается полностью через сама земля.Прилагаемая иллюстрация однопроводной системы передачи энергии взята из документа Теслы US 593,138 «Электрический трансформатор» от 2 ноября 1897 года, описывающего резонансный трансформатор катушки Теслы.

Кроме того, устройство, использованное в демонстрации Патентного бюро 1898 года в лаборатории Хьюстон-стрит, включало передачу электрической энергии в промышленных количествах через разреженную среду с заземлением. для возврата.

US1,119,732 — Устройство для передачи электроэнергии — 1 декабря 1914 г.

В этом патенте он больше не говорит об энергии, распространяемой через верхние слои атмосферы, а говорит о заземленном резонансном контуре.Тесла предсказал, что его увеличительный передатчик докажет наиболее важно и ценно для будущих поколений, что это приведет к промышленной революции и сделает возможными великие гуманитарные достижения.

Катушка тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки тесла

Блок питания

Преобразователь и высоковольтная цепь

Возможности

Опыты с катушкой теслы

Правила безопасности

Список радиоэлементов

Скачать:

Предварительный просмотр:

Комплектация:

Трансформатор Тесла:

Тестирование:

Доработка:

Видеоверсия обзора:

Итоги:

КАТУШКА ТЕСЛА

«Катушка Тесла — изобретение обогнавшее время»

Испытание с помощью трансформатора Тесла

— Academic Kids

От академических детей

Введение

Ранние катушки

Разрушительные «

Более поздние катушки

Описание

Использование и производство

Трансмиссия

Безопасность и меры предосторожности

Воздушные выбросы

Приемная

Миф о скин-эффекте

Экземпляры и устройства

Популярность

См. также

Связанные патенты Tesla

Внешние ссылки

Дополнительная литература и другие ссылки

– Ацерво Лима

Описание

Производительность

Использование

Физика механизмов

Схема электрическая

Внешние ссылки

Каково использование катушки Тесла?

Что именно делает катушка Тесла?

Как я могу сделать свою собственную катушку Тесла?

Как сделать катушку Тесла?

Что такое катушка Тесла и как она работает? Что такое катушка Тесла и как она работает?

Похожие вопросы

Связанные

Вам нужен искровой разрядник или твердотельная катушка Тесла? Вам нужен искровой разрядник или твердотельная катушка Тесла?

Связанные

Безопасно ли прикасаться к катушке Теслы? Безопасно ли прикасаться к катушке Тесла?

Связанные

Какова резонансная частота катушки Тесла?Какова резонансная частота катушки Тесла?

Из Википедии

Теория

История

1902 дизайн

Современные катушки Тесла

Первичное переключение

Практические аспекты конструкции

Продукция высокого напряжения

Меры предосторожности при настройке

Выбросы воздуха

Приложения

Беспроводная передача и прием

Электробезопасность при высоких частотах

«Скин-эффект»

Экземпляры и устройства

Популярность

Родственные патенты

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Вопрос: Для чего использовалась катушка Теслы

Переменный ток — Википедия

Почему катушка Тесла была так важна?

Какую проблему решила катушка Теслы?

Какая польза от катушки Тесла в повседневной жизни?