Расчет катушки тесла онлайн калькулятор. Катушка Тесла: принцип работы, применение и эксперименты

Что такое катушка Тесла. Как работает трансформатор Тесла. Для чего используется катушка Тесла. Какие эффекты можно получить с помощью катушки Тесла. Как собрать катушку Тесла своими руками.

Кто такой Никола Тесла и чем он знаменит

Никола Тесла — выдающийся изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Он родился в 1856 году в Австро-Венгрии, работал во Франции и США. Тесла известен множеством изобретений и открытий, которые проложили путь современной электротехнике:

• Разработал принцип вращающегося магнитного поля
• Создал первый асинхронный электродвигатель
• Изобрел многофазные системы переменного тока
• Предложил способы беспроводной передачи энергии
• Сконструировал первые электрические часы
• Изобрел электромеханические осцилляторы

Именем Тесла названа единица измерения магнитной индукции. Многие его изобретения опередили свое время и до сих пор не имеют однозначного научного объяснения.

Что такое катушка Тесла и как она работает

Катушка Тесла представляет собой резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение высокой частоты. Она состоит из двух катушек, первичной и вторичной, разрядника и конденсатора. Принцип работы основан на резонансе в связанных колебательных контурах.

При подаче напряжения на первичную обмотку в ней возникают колебания, которые передаются во вторичную обмотку. За счет резонанса во вторичной катушке возникает очень высокое напряжение — до миллионов вольт. Это приводит к образованию вокруг катушки мощного электрического поля и возникновению эффектных электрических разрядов.

Основные части катушки Тесла

Катушка Тесла состоит из следующих основных элементов:

• Первичная обмотка — толстый провод, намотанный на каркас
• Вторичная обмотка — тонкий провод, намотанный на цилиндр
• Разрядник — воздушный промежуток для создания искры
• Конденсатор — накапливает энергию для разряда
• Терминал — металлический тороид на вершине вторичной обмотки
• Заземление — для отвода избыточного заряда

Какие эффекты можно получить с помощью катушки Тесла

Катушка Тесла позволяет продемонстрировать множество впечатляющих электрических эффектов:

• Яркие электрические разряды длиной до нескольких метров
• Свечение газоразрядных ламп без подключения к сети
• Беспроводная передача энергии на небольшие расстояния
• Зажигание люминесцентных ламп в руках человека
• Образование плазменных шаров и нитей
• Свечение металлических предметов в поле катушки

Все эти эффекты обусловлены возникновением вокруг катушки мощного высокочастотного электромагнитного поля.

Как собрать простейшую катушку Тесла своими руками

Для сборки простой катушки Тесла потребуются следующие материалы:

• Пластиковая труба диаметром 50-100 мм для каркаса вторичной обмотки
• Медный провод 0.1-0.3 мм для вторичной обмотки (200-300 м)
• Медная труба 6-10 мм для первичной обмотки
• Конденсатор на 10-100 нФ
• Разрядник (искровой промежуток)
• Источник питания 12-24 В

Вторичную обмотку наматывают виток к витку на трубу. Первичную обмотку делают из 3-5 витков медной трубки. Собирают схему согласно чертежу. При подключении питания возникнут электрические разряды.

Применение катушки Тесла в современном мире

Несмотря на кажущуюся необычность, принципы работы катушки Тесла находят применение в современных технологиях:

• Системы беспроводной передачи энергии
• Медицинские высокочастотные терапевтические аппараты
• Установки для поиска утечек в вакуумных системах
• Генераторы озона для очистки воды и воздуха
• Источники питания для ионных двигателей космических аппаратов
• Системы радиочастотной идентификации (RFID)

Кроме того, катушки Тесла активно используются для зрелищных электрических шоу и в образовательных целях для демонстрации свойств электромагнитных полей.

Меры безопасности при работе с катушкой Тесла

Катушка Тесла является источником высокого напряжения и мощного электромагнитного излучения, поэтому при работе с ней необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Не прикасаться к катушке во время работы
• Держаться на расстоянии не менее 1-2 метров от работающей катушки
• Не включать катушку рядом с чувствительной электроникой
• Работать только в хорошо проветриваемом помещении из-за образования озона
• Использовать защитные очки для глаз
• Не превышать рекомендуемое время непрерывной работы (обычно 1-2 минуты)

При соблюдении этих простых правил эксперименты с катушкой Тесла будут безопасными и увлекательными.

Калькулятор индуктивности плоской спиральной катушки для устройств радиочастотной идентификации (RFID) и ближней бесконтактной связи (NFC) • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн

Катушка индуктивности является пассивным компонентом электронных схем, основное предназначение которой является сохранение энергии в виде магнитного поля. Свойство катушки индуктивности чем-то схоже с конденсатором, который хранит энергию в виде электрического поля.

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Подробнее

Индуктивность (измеряется в Генри) — это эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с током. Ток, протекающий через катушку индуктивности, создает магнитное поле, которое имеет связь с электродвижущей силой (ЭДС) оказывающее противодействие приложенному напряжению.

Возникающая противодействующая сила (ЭДС) противостоит изменению переменного напряжения и силе тока в катушке индуктивности. Это свойство индуктивной катушки называется индуктивным сопротивлением. Следует отметить, что индуктивное сопротивление находится в противофазе к емкостному реактивному сопротивлению конденсатора в цепи переменного тока. Путем увеличения числа витков можно повысить индуктивность самой катушки.

Накопленная энергия в индуктивности

Как известно магнитное поле обладает энергией. Аналогично тому, как в полностью заряженном конденсаторе существует запас электрической энергии, в индуктивной катушке, по обмотке которой течет ток, тоже существует запас — только уже магнитной энергии.

Энергия, запасенная в катушке индуктивности равна затраченной энергии необходимой для обеспечения протекания тока I в противодействии ЭДС. Величина запасенной энергии в индуктивности можно рассчитать по следующей формуле:

где L — индуктивность, I — ток, протекающий через катушку индуктивности.

Гидравлическая модель

Работу катушки индуктивности можно сравнить с работой гидротурбины в потоке воды. Поток воды, направленный сквозь еще не раскрученную турбину, будет ощущать сопротивление до того момента, пока турбина полностью не раскрутится.

Далее турбина, имеющая определенную степень инерции, вращаясь в равномерном потоке, практически не оказывая влияния на скорость течения воды. В случае же если данный поток резко остановить, то турбина по инерции все еще будет вращаться, создавая движение воды. И чем выше инерция данной турбины, тем больше она будет оказывать сопротивление изменению потока.

Также и индуктивная катушка сопротивляется изменению электрического тока протекающего через неё.

Самостоятельное изготовление

Итак, простейший способ изготовления катушки Теслы для чайников своими руками. Часто в интернете можно увидеть суммы, превышающие стоимость неплохого смартфона, но на деле трансформатор на 12V, который даст возможность насладиться включением светильника без использования розетки, можно собрать из кучи гаражного хлама.

Что должно получиться в итоге

Понадобится медная эмалированная проволока. Если эмалированной не найти, тогда дополнительно понадобится обычный лак для ногтей. Диаметр провода может быть от 0.1 до 0.3 мм. Чтобы соблюсти количество витков понадобиться около 200 метров. Намотать можно на обычную ПВХ-трубу диаметром от 4 до 7 см. Высота от 15 до 30 см. Также придется прикупить транзистор, например, D13007, пара резисторов и проводов. Неплохо было бы обзавестись кулером от компьютера, который будет охлаждать транзистор.

Вам это будет интересно Как провести замер сопротивления изоляции

Теперь можно приступить к сборке:

1. отрезать 30 см трубы;
2. намотать на нее проволоку. Витки должны быть как можно плотнее друг к другу. Если проволока не покрыта эмалью, покрыть в конце лаком. Сверху трубы конец провода продеть через стенку и вывести наверх так, чтобы он торчал на 2 см выше поставленной трубы.;
3. изготовить платформу. Подойдет обычная плита из ДСП;
4. можно делать первую катушку. Нужно взять медную трубу 6 мм, выгнуть ее в три с половиной витка и закрепить на каркасе. Если диаметр трубки меньше, то витков должно быть больше. Ее диаметр должен быть на 3 см больше второй катушки. Закрепить на каркасе. Тут же закрепить вторую катушку;
5. способов изготовления тороида довольно много. Можно использовать медные трубки. Но проще взять обычную алюминиевую гофру и металлическую перекладину для крепления на выпирающем конце проволоки. Если проволока слишком хлипкая, чтобы удержать тороид, можно использовать гвоздь, как на картинке ниже;
6. не стоит забывать про защитное кольцо. Хотя если один конец первичного контура заземлить, от него можно отказаться;
7. когда конструкция готова, транзистор соединяется по схеме, крепится к радиатору или кулеру, далее нужно подвести питание и монтаж окончен.

Первую катушку можно сделать плоской, как на картинке
В качестве питания установки многие используют обычную крону Дюрасель.

Трансформатор Тесла своими руками, простейшая схема

Индуктивность в электрических цепях

В то время как конденсатор оказывает сопротивление изменению переменного напряжения, индуктивность же сопротивляется переменному тока. Идеальная индуктивность не будет оказывать сопротивление постоянному току, однако, в реальности все индуктивные катушки сами по себе обладают определенным сопротивлением.

В целом, отношение между изменяющимися во времени напряжением V(t) проходящим через катушку с индуктивностью L и изменяющимся во времени током I(t), проходящим через нее можно представить в виде дифференциального уравнения следующего вида:

Когда переменный синусоидальной ток (АС) протекает через катушку индуктивности, возникает синусоидальное переменное напряжение (ЭДС). Амплитуда ЭДС зависит от амплитуды тока и частоте синусоиды, которую можно выразить следующим уравнением:

где ω является угловой частотой резонансной частоты F:

Причем, фаза тока отстает от напряжения на 90 градусов. В конденсаторе же все наоборот, там ток опережает напряжение на 90 градусов. Когда индуктивная катушка соединена с конденсатором (последовательно либо параллельно), то образуется LC цепь, работающая на определенной резонансной частоте.

Индуктивное сопротивление ХL определяется по формуле:

где ХL — индуктивное сопротивление, ω — угловая частота, F — частота в герцах, и L индуктивность в генри.

Индуктивное сопротивление — это положительная составляющая импеданса. Оно измеряется в омах. Импеданс катушки индуктивности (индуктивное сопротивление) вычисляется по формуле:

Меры безопасности

Собрав КТ, перед запуском нужно принять некоторые меры предосторожности. Во-первых, нужно проверить проводку в помещении, где планируется подключение трансформатора. Во-вторых, проверить изоляцию обмоток.

Вам это будет интересно Все об статиче6ском электричестве

Также стоит помнить, о простейших мерах предосторожности. Напряжение вторичной обмотки в среднем равняется 700А, 15А для человека уже смертельно. Дополнительно стоит подальше убрать все электроприборы, попав в зону работы катушки, они с большой вероятностью сгорят.

КТ ­– это революционное открытие своего времени, недооцененное в наши дни. Сегодня трансформатор Тесла служит лишь для развлечения домашних электриков и в световых представлениях. Сделать катушку можно самостоятельно из подручных средств. Понадобятся ПВХ труба, несколько сотен метров медного провода, пара метров медных труб, транзистор и пара резисторов.

Схемы соединения катушек индуктивностей

Параллельное соединение индуктивностей

Напряжение на каждой из катушек индуктивностей, соединенных параллельно, одинаково. Эквивалентную (общую) индуктивность параллельно соединенных катушек можно определить по формуле:

Последовательное соединение индуктивностей

Ток, протекающий через катушки индуктивности соединенных последовательно, одинаков, но напряжение на каждой катушке индуктивности отличается. Сумма разностей потенциалов (напряжений) равна общему напряжению. Общая индуктивность последовательно соединенных катушек можно высчитать по формуле:

Эти уравнения справедливы при условии, что магнитное поле каждой из катушек не оказывает влияние на соседние катушки.

Принцип работы

Сегодня многие домашние электрики пытаются собрать КТ, при этом не всегда понимая принцип работы трансформатора Тесла, из-за чего терпят фиаско. На самом деле КТ недалеко ушла от обычного трансформатора.

Есть две обмотки – первичная и вторичная. Когда к первичной обмотке подводят переменное напряжение от внешнего источника, вокруг нее создается магнитное поле или, как его еще называют, колебательный контур. Когда заряд пробьет разрядник, через магнитное поле энергия начнет перетекать к вторичной обмотке, где будет образовываться второй колебательный контур. Часть накапливаемой в контуре энергии будет представлена напряжением. Ее величина будет прямо пропорциональна времени образования контура.

Вам это будет интересно Как измерять напряжение

Таким образом, в КТ имеется два связанных между собой колебательных контура, что и является определяющей характеристикой при сравнении с обычными трансформаторами. Их взаимодействие создает ионизирующий эффект, из-за чего мы видим стримеры (разряды молний).

Добротность катушки индуктивности

На практике катушка индуктивности имеет последовательное сопротивление, созданное медной обмоткой самой катушки. Это последовательное сопротивление преобразует протекающий через катушку электрический ток в тепло, что приводит к потере качества индукции, то есть добротности. Добротность является отношением индуктивности к сопротивлению.

Добротность катушки индуктивности может быть найдена через следующую формулу:

где R является собственным сопротивлением обмотки.

Катушка индуктивности. Формула индуктивности

Базовая формула индуктивности катушки:

• L = индуктивность в генри
• μ 0 = проницаемость свободного пространства = 4π × 10 -7 Гн / м
• μ г = относительная проницаемость материала сердечника
• N = число витков
• A = Площадь поперечного сечения катушки в квадратных метрах (м 2 )
• l = длина катушки в метрах (м)

Индуктивность прямого проводника:

• L = индуктивность в нГн
• l = длина проводника
• d = диаметр проводника в тех же единицах, что и l

Индуктивность катушки с воздушным сердечником:

• L = индуктивность в мкГн
• r = внешний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков

Индуктивность многослойной катушки с воздушным сердечником:

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

Индуктивность плоской катушки:

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

Конструкция катушки индуктивности

Катушка индуктивности представляет собой обмотку из проводящего материала, как правило, медной проволоки, намотанной вокруг либо железосодержащего сердечника, либо вообще без сердечника.

Применение в качестве сердечника материалов с высокой магнитной проницаемостью, более высокой чем воздух, способствует удержанию магнитного поля вблизи катушки, тем самым увеличивая ее индуктивность. Индуктивные катушки бывают разных форм и размеров.

Большинство изготавливаются путем намотки эмалированного медного провода поверх ферритового сердечника.

Некоторые индуктивные катушки имеют регулируемый сердечник, при помощи которого обеспечивается изменение индуктивности.

Миниатюрные катушки могут быть вытравлены непосредственно на печатной плате в виде спирали. Индуктивности с малым значением могут быть расположены в микросхемах с использованием тех же технологических процессов, которые используются при создании транзисторов.

Где применяется катушка (дроссель, индуктивность)

Активное сопротивление

Дроссели имеют примитивную конструкцию: просто намотанный витками на каком-либо сердечнике проводник. В то же время в таком приборе нечему ломаться. Также у дросселей широчайший функционал и десятки применений. Из всего этого следует, что в какой бы точке города ни находился человек, в радиусе 1 км от него всегда будут тысячи катушек индуктивности, настолько они распространены.

Катушка как электромагнит

Самое простое применение катушки – это электромагнит. С подобным применением каждый сталкивается, заходя в подъезд. Сила, удерживающая дверь на месте и препятствующая несанкционированному доступу чужака, берётся из электромагнита. Он находится сверху.

Электрический ток, проходя по виткам катушки, создаёт вокруг неё переменное электромагнитное поле. Оно возбуждает в металлическом «бруске», расположенном на двери, вихревые токи, которые так же создают магнитное поле. В результате получаются два управляемых магнита. Они притягиваются друг к другу. Тем самым дверь надёжно удерживается на месте.

Другое применение электромагнитов в быту – индукционные плиты. Катушка наводит в металлической посуде переменный высокочастотный ток. Он, в свою очередь, своим тепловым действием разогревает кастрюлю. В промышленности нечто подобное используется для разогрева и плавки металлов. Только в таком случае применяются на порядки более высокие мощности и другие частоты тока.

Индукционный нагрев металла

Индуктивность как фильтр

Импульсные блоки питания, электрические двигатели и диммеры для регулировки яркости ламп накаливания выбрасывают в сеть большое количество искажений и помех. Вызвано это неравномерностью потребляемого тока. Для борьбы с подобными сетевыми шумами применяются специальные фильтры на основе конденсаторов и дросселей.

Данный узел представляет собой небольшую катушку из медного эмалированного провода диаметром 0,2-2 мм. Обмотка наматывается на ферритовый сердечник. Чаще всего он изготовлен в форме кольца, немного реже встречаются так называемые «гантельки».

Подобные фильтры имеются в компьютерных блоках питания, компактных люминесцентных лампах (иногда не ставят, экономят), на выходах сварочных инверторов.

Также фильтр может быть звуковым. Его задача – срезать определённый диапазон частот. Индуктивные свойства этого прибора таковы, что он хорошо проводит низкие частоты, а высокие – приглушает. Поэтому дроссели используют для того, чтобы до динамиков дошёл только бас. По факту ослаблено будут слышны и другие частоты. Для более эффективной работы фильтра нужны дополнительные детали: конденсаторы и операционные усилители.

Самодельный звуковой фильтр

Катушка как источник ЭДС

Китайская промышленность удивила школьников 2000-х новой игрушкой – вечным фонариком. Его не нужно было заряжать. Фонарик работал от катушки индуктивности, около которой под действием движения рук перемещался магнит. Он наводил в обмотке переменную ЭДС, которая питала осветительный прибор.

Подобное явление объясняется законом электромагнитной индукции. Если проводник (рамка) находится в переменном электромагнитном поле, то в нём начинает наводиться электродвижущая сила. Иными словами, появляется напряжение.

Закон этот совсем неигрушечный, ведь он используется в работе генераторов на подавляющем большинстве электростанций, в том числе любые ТЭЦ, ГЭС, АЭС и ветряки. По подобному принципу работают динамомашины, питающие фары велотранспорта.

Принцип работы генератора

Две катушки – трансформатор

Ещё одно распространённое применение – это электрический трансформатор. Конструктивно он состоит из двух и более катушек, расположенных на одном железном или ферритовом сердечнике. Подобный агрегат работает только с переменным напряжением. Если на первичную обмотку подать ток, то он создаст в сердечнике магнитный поток. Он, в свою очередь, наведёт ЭДС во вторичной обмотке. Напряжения во входной и выходной катушках прямо зависят от количества их витков.

Таким образом, можно трансформировать 220 В из розетки в 12 В, необходимых для питания небольшой стереосистемы, или преобразовать 10 000 вольт в 220 для передачи от подстанции к жилым домам. Подобным методом можно добиться и повышения напряжения, т. е. превратить 12 В обратно в 220.

Устройство трансформатора

Катушка индуктивности — элемент колебательного контура

Сейчас это уже редкость, но раньше для подстройки нужной радиостанции использовали колебательный контур. Он состоит из двух элементов, включенных параллельно: катушки индуктивности и переменного конденсатора. Работая в паре, они способны выделить из множества окружающих сигналов именно тот, который требуется. При попадании на антенну приёмника нужной частоты электромагнитных волн колебательный контур входит в резонанс. Процесс сопровождается лавинообразным увеличением ЭДС. Частота, на которой это происходит, зависит от индуктивности катушки и ёмкости конденсатора.

Катушка индуктивности – дроссель ДРЛ ламп

Несмотря на то, что освещение улиц и промышленных предприятий стремительно переходит на LED светильники, по СНГ всё ещё осталось огромное количество мест, где используются устаревшие дуговые ртутные люминесцентные лампы типа ДРЛ. Более всего они распространены в мелких городах и на второстепенных улицах. Их можно узнать по характерному холодно-белому свету и долгому розжигу.

ДРЛ лампы не способны работать без пускорегулирующего дросселя. Он обладает высоким индуктивным сопротивлением и призван ограничить пусковой ток осветительного прибора. Дроссели для ламп подбираются, исходя из их мощности. Наиболее распространённые номиналы – 250, 400 и 1000 Вт. Информация о мощности указывается на самом дросселе. Там же можно найти схемы включения.

Из вышесказанного можно подчеркнуть, что катушка индуктивности является консервативным и давно освоенным на практике электронным компонентом. Однако спрос на его применение по-прежнему не спадает. Поэтому знания, необходимые для расчета катушек и их правильного включения, необходимы каждому специалисту, имеющему дело с электроникой.

Реферат для научно-практической конференции по направлению «Физика» по теме «Катушка Тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля устройства»

 

Реферат

по направлению «Физика»

По теме

«Катушка Тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля устройства»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ученик 11Б класса

 МБОУ Гимназии№22

Корзун Виктор

Руководитель: Лой Инна Станиславовна

 

Катушка Тесла и демонстрация невероятных свойств

электромагнитного поля катушки Тесла

Оглавление

       Введение………………………………………………….

………….3стр.

I.      Теоретическая часть

I.1.            Никола Тесла и его изобретения…………………..……………………………..6стр.

I.2.            Схема установки катушки Тесла…………………………..……………………………..9стр.

II.   Практическая часть

II.1.         Сборка катушки Тесла……………….…..……………11стр.

II.2.       Расчет основных характеристик изготовленной  катушки Тесла………………………………………………….. 11стр.

II.3.         Экспериментальные опыты применения катушки Тесла….………………………………………….….…12стр.

II.4.         Современное применение идей Тесла…………..…..13стр.

II.5.         Приложение…………………………………….…….19стр.

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

Список литературы……………………………………….…………..…..23стр.

 

 

 

 

 

 

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 рамках конференции, 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 в области природы электричества.

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. 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. Он включал и выключал электродвигатель дистанционно, в его руках сами собой загорались электрические лампочки.

       Актуальность заключается в том, что в наше время, энтузиасты и ученые мира пытаются повторить опыты гениального ученого и найти их применение. Я попытался сделать кое-что эффектное по «патентам» Тесла. Это трансформатор  Тесла. Увидев его один  раз, вы никогда не забудете это  невероятное и удивительное зрелище.

    Объект исследования: трансформатор Тесла.

    Предмет исследования: электромагнитное поле трансформатора Тесла, относительно высокочастотные разряды.

    Цель исследования:  изготовить трансформатор  Тесла и на основе полученной 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.

    Задачи:

1.     Изучить литературу по проблеме исследования.

2.     Познакомиться с историей изобретения  и принципом работы катушки  Тесла.

3.     Поиск деталей и изготовление катушки Тесла.

4.     Провести расчеты характеристик катушки Тесла и опыты, демонстрирующие ее работу.

5.     Подготовить фото и видеоотчет о проделанной работе для ознакомления учащихся 9-11 классов.

   Методы исследования:

1.     Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов в газовой среде, исследование, эксперимент.

2.     Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы, статистическая обработка результатов.

   Этапы исследования:

I.      Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

II.      Практическая часть. Изготовление трансформатора Тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки Тесла

   Новизна: заключается в том, что я построил единственную в республике Адыгея катушку значительных масштабов,  изучив патенты, собрал трансформатор,  и в рамках проведения конференции провел серию опытов и тем самым, показал значимость трудов Тесла.

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

I.    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 индукции магнитного поля. Вся его деятельность окутана завесой таинственности, а многие просто считают его шарлатаном от науки. Попытаемся рассмотреть значимость изобретений 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 индукции магнитного потока. 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 свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга. 6 июля 1884 года Тесла прибыл в Нью-Йорк,  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… 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. 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 км, 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 Тесла.  Трансформатор 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,  конденсаторов,  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 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. Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. 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. 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

       Трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника. На первичной обмотке должно быть столько витков, сколько требует того расчёт. На вторичную наматывают уже как минимум 500 витков. Катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на второй обмотке к первичной. 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. Схема установки катушки предполагает силу тока 70-900А.

В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Мы выбрали схему запатентованную Николой Теслой, доработав её.

Для схемы понадобится:

1.   Источник питания (16000В)

2.   Разрядный резистор малого сопротивления и высокой мощности

3.   Много медной трубки

4.   Медная проволока

5.   Конденсаторы К75-25 25кВ  **пФ

6.   Конденсаторы кви-3 (фильтр)

7.   Двигатель 7000-11000  об/мин

8.   Ферритовая стружка

9.    Соленоиды

10. ПРАВИЛА О ТЕХНИКИЕ БЕЗОПАСТНОСТИ

 

II.          Практическая часть

    

II.1 Сборка катушки Тесла

      Обратимся к устройству, которое сейчас известно, как трансформатор Тесла. Во всем мире «теслостроители» ежегодно воспроизводят его многочисленные модификации. Основной целью у большинства таких радиолюбителей, является получение световых и звуковых эффектов.

Установку я собирал сам на основе схемы. Катушка, намотанная на каркасе от пвх трубы с диаметром 16 см. Первичная обмотка содержит всего 4 витка. Вторичная обмотка содержит 975 витков провода 0,6 мм.  Вторичная обмотка мотается, виток к витку. Это устройство производит высокое напряжение при высокой частоте. Катушка Тесла — 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 изготовленного мною трансформатора   Тесла.

II. 2 Расчет основных характеристик изготовленной  катушки Тесла

Благодаря веку компьютерных технологий была написана программа калькулятор, позволяющая просчитать без ошибок параметры катушки.

       ВЫВОД:  разряды катушки являются опасными для человеческого организма при каком-либо воздействии напрямую, так как сила тока и напряжение огромны, а частоты недостаточно для возникновения скинэффекта.

II.4   Эксперименты с применением катушки Тесла

     С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, соблюдая правила безопасности.  

       Во время работы катушка создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных   грозовых разрядов. Многие люди собирают катушки Тесла ради того, чтобы посмотреть на  впечатляющие, красивые явления.  В основном этими явления являются корональными разрядоми.

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

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 гулом. Появление это связано с работой искрового промежутка, а так же с работой трансформатора. С помощью изготовленной   катушки демонстрирую множество красивых и эффектных экспериментов. Демонстрации с использованием трансформатора. Пронаблюдаем разряды.

Демонстрация грозовых разрядов (коронный разряд) Оборудование: трансформатор Тесла.

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 1-2 метра

 

. Демонстрация разряда в люминесцентной лампе и лампе дневного света (ЛДС).

Оборудование: трансформатор Тесла, люминесцентная  лампа, лампа дневного света.

Наблюдается разряд в люминесцентной лампе

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, АЭС, 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 вакуумных 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

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.

Тесле удалось создать знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники.

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

üлампочки, наполненные инертным газом   светятся вблизи катушки, следовательно, вокруг установки действительно существует электромагнитное поле высокой напряженности;

ü 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 я соблюдал технику безопасности… И в моём исполнении к катушке прикасаться нельзя, но существуют и другие разновидности данного генератора которые широко применяют в медицине.

Никола Тесла заложил основы новой цивилизации третьего тысячелетия, его роль нуждается в переоценке, но только будущее даст настоящее объяснение всем загадкам связанным с экспериментами великого учёного.

Приложение. Процесс постройки.

В процессе сборки было потрачено 4 года на создание данного устройства. Почему так много?  Всё просто… Во первых на момент когда загорелся идеей о создании трансформатора, знаний было недостаточно.

Во вторых данное устройство требует огромных экономических затрат, которые не доступны обычным школьникам.

В третьих при малейших ошибках выгорают достаточно редкие и дорогие компоненты 

В четвёртых цена ошибки — жизнь… Поэтому чтоб сделать тестовый пуск надо убедиться в правильности подключения всех узлов,  наличия заземления и.т.д.

Но несмотря на все трудности, проект был завершён и на данный момент отвечает таким качествам как надёжность, безопасность, стабильность.

В ходе создания итоговой установки было построено много разных промежуточных версий которые будут представлены ниже.

 

Рисунок 1 СХЕМА УСТРОЙСТВА

Рисунок 2 формулы расчета

 

 

 

 

разряд 32см в ночи

Рисунок 12 дуга с трансформатора

Рисунок 13 результат

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

Для обеспечения качественного состояния изделия необходимы знания в разных областях, которые я получал из следующих литературных произведений:

·        . Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский: Учебник по физике за 10 класс, 2010

·        Симоненко В.Д., Очинин О.П., Матяш Н.В : Учебник по технологии за 11 класс, 2005

·        Герман Л.П. (перевод Виноградова Н.И.) — англо-русский радиотехнический словарь, 1960

·        Никола Тесла: Мои изобретения, 1919

·        Никола Тесла: Эксперименты с переменными токами высокого напряжения и высокой частоты, 1892

·        Сведения из сети интернет.

Из всех этих литературных произведений я брал и использовал необходимую мне информацию, помогающую мне на всех этапах изготовления проекта.

 

 

СИСТЕМНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР TESLA

СИСТЕМНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР TESLA

Самая захватывающая часть проектирования — это, конечно же, возможность изменять параметры проекта по своему желанию, анализируя все возможности и, возможно, открывая новый необычный дизайн! Но конструкция катушки Теслы включает в себя множество вычислений, и после некоторой математической обработки пользователь обычно сдается и ищет «рецепт катушки ». Другие, возможно, решают написать программу, чтобы освободить себя от утомительных вычислений и иметь возможность исследовать различные конструкции.

Но не все строители обладают необходимыми знаниями по математике, физике, языкам программирования и так далее…   Вот почему я подумал о создании онлайн-сайта программы Tesla System, надеюсь, вам понравится !!

Дружественный интерфейс на javascript позволит вам вводить значения и получать электрические и физические параметры всей системы (первичной и вторичной).
Перед тем, как приступить к разработке, прочитайте следующее ВВЕДЕНИЕ, чтобы узнать, как использовать это приложение.

ВВЕДЕНИЕ

Сначала ( Калькулятор предварительного проектирования Теслы ) вам нужно будет ввести параметры первичного трансформатора, т.е. измените их для следующего шага: СИСТЕМНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР TESLA .

Калькулятор системы даст все параметры системы (и некоторые рекомендуемые значения), изучите его!!!

Наконец, Первичный калькулятор , удобная программа для расчета размеров первичной обмотки. Очень полезно выяснить, какое количество витков даст необходимую первичную индуктивность для синтонизации первичной обмотки.

TESLA ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПРОЕКТНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР
ВХОДЫ Выход XFRM напряжение кВ Выходной ток XFRM мА Частота сети переменного тока Гц	РЕЗУЛЬТАТЫ мощность xfmr     Вт    импеданс xfmr МВт рекомендуется 1ry. конденсатор нФ предложил 2р. диаметр    в предложил 2р. диаметр см предложил 2р. соотношение сторон
Ле Магиен 2000

• Используя предварительные проектные данные, полученные выше, теперь вы должны ввести окончательные значения ( @ = принятое значение ) в СИСТЕМНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР TESLA .

Размеры рулона могут быть указаны в дюймах или сантиметрах, но не забудьте сначала выбрать единицы измерения (по умолчанию см).
Значения должны быть введены в правые поля.

Имеется удобная таблица AWG# для второго провода, которую можно вызвать, нажав кнопку AWG# Table внутри калькулятора

ТЕСЛА СИСТЕМА    КАЛЬКУЛЯТОР
Выберите     единицы: сантиметры дюймы
введите @ Выходное напряжение XFRM:	кВ
введите @ выходной ток XFRM:	мА
введите @ Частота сети переменного тока:	Гц
введите @ 1ry cap :	нФ
введите @ 2 диаметра :
введите @ 2ry соотношение сторон:
введите @ размер 2ry AWG    :
введите @ Обороты / Единица длины для размера AWG :	витков/ед.
Выходной лист системы катушки Тесла
Le Magicien 2000

Первичная катушка Быстрый калькулятор

ПЕРВИЧНАЯ КАТУШКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬ
Выберите   Катушка   Тип цилиндрический плоский блин	Выберите  единиц сантиметры дюймы
введите @ 1 диаметр рулона:
введите @ 1 рулон высота/ширина:
введите @ 1ry катушка количество витков:
Выходной лист первичной катушки
Le Magicien 2000

Эта страница находится в разработке

---

[электронная почта защищена]

Катушка Теслы.

Руководство по проектированию, изготовлению и эксплуатации

Принцип работы

Конструкция

Я не буду подробно объяснять, потому что это уже сделали несколько человек (см. ссылки ниже). Кроме того, людям, желающим построить катушку Тесла, не требуется глубокое понимание работы катушки Тесла. Тем не менее, я предлагаю краткое описание работы катушки Тесла, которое должно помочь вам спроектировать и построить вашу катушку Тесла.

Катушка Тесла представляет собой резонансный трансформатор, содержащий первичную и вторичную LC-цепи. Две LC-цепи слабо связаны друг с другом. Питание в первичную цепь подается через трансформатор, который заряжает конденсатор. В конце концов напряжение на конденсаторе увеличится настолько, что закоротит искровой промежуток. Конденсатор будет разряжаться через искровой промежуток в первичную катушку. Энергия будет колебаться между первичным конденсатором и катушкой индуктивности на высоких частотах (обычно 100–300 кГц). Первичная катушка соединена с катушкой индуктивности во вторичной цепи, называемой вторичной катушкой. К верхней части вторичной катушки прикреплена верхняя нагрузка, которая обеспечивает емкость для вторичной LC-цепи. Когда первичная цепь колеблется, мощность индуцируется во вторичной катушке, где напряжение умножается во много раз. Поле высокого напряжения и слабого тока возникает вокруг верхней нагрузки и образует дуги разряда молнии, демонстрируя удивительную красоту. Первичная и вторичная LC-цепи должны колебаться с одинаковой частотой для достижения максимальной передачи мощности. Цепи в катушке обычно «настраиваются» на одну и ту же частоту путем регулировки индуктивности первичной катушки.

Этот защищенный авторским правом материал был незаконно использован без разрешения владельца. Пожалуйста, посетите сайт www.teslacoildesign.com для получения оригинальной и самой последней версии этого материала.

Для более подробного описания рекомендую следующие ресурсы:

Катушка Теслы Криса Герекоса
Крис написал выдающуюся статью, предлагающую очень подробное и техническое объяснение работы катушки Тесла. Он также делится своим опытом изготовления катушки Теслы «Зевс». Бумага в формате pdf.

Теория катушки Теслы Терри Блейка http://www.tb3.com/tesla/theory.html

Страница Ричарда Бернетта http://www.richieburnett.co.uk/tesla.shtml

top

Power Источник питания

Конструкция

Источник питания представляет собой высоковольтный трансформатор, используемый для зарядки первичного конденсатора. Трансформаторы неоновых вывесок (NST) являются наиболее распространенным источником питания, используемым в катушках Теслы малого и среднего размера. В остальной части руководства я буду называть трансформатор источника питания NST.

Эти расчеты будут использованы для определения оптимального размера первичного конденсатора (в следующем разделе).

NST VA = NST V _вых. × NST I _{вых. не требуется рассчитывать ватты NST, но это могут быть полезны при выборе резисторов, предохранителей, калибров проводов и т. д.}

NST Вт = ((0,6 ∕ NST VA ^0,5 ) + 1) × NST VA

Конденсатор коррекции коэффициента мощности (PFC) может быть подключен параллельно Входные клеммы NST для коррекции фазы переменного тока и повышения эффективности. Оптимальная емкость PFC находится по следующему уравнению.

Емкость PFC (мкФ) = NST ВА ∕ (2 × pi × NST F _in × (NST V _in ² )) × 1 000 000

Где:
F _в — входная частота
pi = 3,14

top

Первичная емкость

Конструкция

Первичный конденсатор используется с первичной катушкой для создания первичной LC-цепи. Конденсатор резонирующего размера может повредить NST, поэтому настоятельно рекомендуется использовать конденсатор большего размера, чем резонансный (LTR). Конденсатор LTR также будет обеспечивать наибольшую мощность через катушку Тесла. Различные первичные зазоры (статические и синхронно-поворотные) потребуют первичных конденсаторов разного размера.

Этот защищенный авторским правом материал был незаконно использован без разрешения владельца. Пожалуйста, посетите сайт www.teslacoildesign.com для получения оригинальной и самой последней версии этого материала.

Первичная резонансная емкость (нФ) = 1 ∕ (2 × pi × импеданс NST × NST F _in ) × 1 000 000 000

Первичная статическая емкость LTR (нФ) = первичная резонансная емкость × 1,618 9000 9

Первичная емкость синхронизации LTR (нФ ) = 0,83 × (NST I _из ∕ (2 × NST F _в ) ∕ NST V _из ) × 1 000 000 000

верхняя

Вторичная катушка

Конструкция

Вторичная катушка используется с верхней нагрузкой для создания вторичная LC-цепь.

Вторичная обмотка обычно должна иметь от 800 до 1200 витков. Некоторые вторичные катушки могут иметь 2000 витков. Магнитная проволока используется для намотки катушки. Между витками всегда есть небольшое пространство, поэтому уравнение предполагает, что витки катушки идеальны на 97%.

Обороты вторичной катушки = (1 ∕ (диаметр магнитного провода + 0,000001)) × высота обмотки вторичного провода × 0,97

Емкость вторичной катушки будет использоваться для расчета резонансной частоты вторичного LC-контура. Размеры катушки указаны в дюймах.

Вторичная емкость (пФ) = (0,29 × высота обмотки вторичного провода + (0,41 × (диаметр вторичной формы ∕ 2)) + (1,94 × sqrt(((диаметр вторичной формы ∕ 2) ³ ) ∕ высота обмотки вторичного провода ))

Отношение высоты к ширине должно быть примерно 5:1 для малых катушек Тесла, 4:1 для катушек Тесла среднего размера и примерно 3:1 для больших катушек Тесла. и большой

Этот защищенный авторским правом материал был незаконно использован без разрешения владельца. Пожалуйста, посетите сайт www.teslacoildesign.com для получения оригинальной и самой последней версии этого материала.

Соотношение высоты и ширины вторичной обмотки = высота обмотки вторичного провода ∕ диаметр формы вторичной обмотки

Длина вторичной обмотки используется для расчета веса проволоки. В прошлом считалось, что длина провода вторичной катушки должна соответствовать длине четверти волны резонансной частоты катушки Теслы. Однако с тех пор было установлено, что в этом нет необходимости.

Длина провода вторичной катушки (футы) = (витки вторичной катушки × (диаметр вторичной формы × пи)) ∕ 12

Магнитный провод обычно продается на вес, поэтому важно знать требуемый вес провода.

Вес провода вторичной катушки (фунты) = pi × ((диаметр оголенного вторичного провода ∕ 2) ² ) × длина провода вторичной катушки × 3,86

Индуктивность вторичной катушки будет использоваться для расчета резонанса вторичной LC-цепи частота.

Вторичная индуктивность (мГн) = ((((Оборотов вторичной катушки ² ) × ((Диаметр вторичной формы ∕ 2) ² )) ∕ ((9 × (Диаметр вторичной формы ∕ 2)) + (10 × Высота намотки вторичного провода)))) × 0,001

верх

Верхняя нагрузка

Конструкция

Верхняя нагрузка используется со вторичной катушкой для создания вторичной LC-цепи. Обычно используется тороидальная или сферическая форма. Диаметр кольца относится к кольцу в форме тороида. Общий диаметр относится к наибольшей длине от края до края тороидальной формы. Я нашел несколько уравнений для различных размеров верхней нагрузки. В любом случае, не зная, какое из них является наиболее точным, я использую среднее значение всех уравнений.

Для больших или малых тороидов с диаметром кольца < 3 дюймов или диаметром кольца > 20 дюймов используйте среднее значение трех расчетов емкости тороида.

Тороидальная емкость 1 (пФ) = ((1 + (0,2781 − диаметр кольца ∕ (общий диаметр)) × 2,8 × sqrt((pi × (общий диаметр × диаметр кольца)) ∕ 4))

Тороидальная емкость 2 (pf) = (1,28 − диаметр кольца ∕ общий диаметр) × sqrt(2 × pi × диаметр кольца × (общий диаметр − диаметр кольца))

Тороидальная емкость 3 (pf) = 4,43927641749 × ((0,5 × (диаметр кольца × (общий диаметр − диаметр кольца))) ^0,5 )

Емкость тороида (пФ) = (емкость тороида 1 + емкость тороида 2 + емкость тороида 3) ∕ 3

Кольцо диаметр между 3″ и 6″

Тороидальная емкость, нижняя = 1,6079 × общий диаметр ^0,8419

Тороидальная емкость, верхняя = 2,0233 × общий диаметр ^0,8085

Тороидальная Емкость (пФ) = (((Диаметр кольца − 3) ∕ 3 ) × (верхняя емкость тороида − нижняя емкость тороида)) + нижняя емкость тороида

Диаметр кольца от 6 до 12 дюймов

Нижняя емкость тороида = 2,0233 × общий диаметр ^0,8085

Верхняя емкость тороида = 2,0586 × общий диаметр ^0,8365

Тороидальная емкость (пФ) = (((Диаметр кольца − 6) ∕ 6) × (Емкость тороида, верхняя – Емкость тороида, нижняя)) + Емкость тороида, нижняя

Диаметр кольца от 12 до 20 дюймов

Емкость тороида, нижняя = 2,0586 × Общий диаметр ^0,8365

Тороидальная емкость, верхняя = 2,2628 × общий диаметр ^0,8339

Тороидальная емкость (пФ) = (((Диаметр кольца − 12) ∕ 12) × (тороидальная емкость, верхняя − тороидальная емкость, нижняя)) + тороидальная емкость, нижняя 90 009

Маленький Катушки Тесла могут использовать верхнюю нагрузку в форме сферы.

Емкость сферы (пф) = 2,83915 × (диаметр сферы ∕ 2)

Диаметр сферы = окружность ∕ пи

Полная вторичная емкость включает емкость во вторичной обмотке и емкость верхней нагрузки. Если вы используете несколько верхних нагрузок, добавьте их емкости, чтобы рассчитать общую вторичную емкость. Суммарная вторичная емкость будет использоваться для расчета вторичной резонансной частоты.

Суммарная вторичная емкость = емкость вторичной катушки + емкость верхней нагрузки

Резонансная частота вторичной LC-цепи будет использоваться для расчета величины индуктивности первичной катушки, необходимой для настройки катушки Тесла.

Вторичная резонансная частота (кГц) = 1 ∕ (2 × pi × sqrt((Вторичная индуктивность × 0,001) × (Общая вторичная емкость × 0,000001)))

Первичная катушка используется с первичным конденсатором для создания первичной LC-цепи. Первичная катушка также отвечает за передачу мощности на вторичную катушку.

Во-первых, мы должны определить индуктивность, необходимую для настройки катушки Тесла. После того, как индуктивность рассчитана для каждого витка первичной обмотки, мы можем использовать значение «Необходимая первичная индуктивность», чтобы указать правильный виток, где мы должны отводить первичную обмотку. Также будет указано минимальное количество витков, необходимое в первичной обмотке. Разумеется, первичная катушка должна иметь несколько дополнительных витков — на всякий случай.

Требуемая первичная индуктивность (Гн) = 1 ∕ (4 × пи ² × (Вторичный F _рез × 1000) ² × Первичная емкость × 0,000000001)

Где:
F _res – частота вторичного резонанса

Следующие уравнения позволяют рассчитать размеры первичной катушки и индуктивность катушки на каждом витке. К сожалению, вам может понадобиться выполнить эти уравнения несколько раз, чтобы определить индуктивность на каждом витке. Конечно, программа TeslaMap может быстро и легко рассчитать размеры и индуктивность катушки до 100 витков.

Гипотенуза первичной обмотки = (диаметр провода первичной обмотки + расстояние между проводами первичной обмотки) × витки

Смежная сторона первичной обмотки = гипотенуза первичной обмотки × cos(toRadians (угол наклона первичной обмотки))

Диаметр первичной обмотки = (прилегающая первичная обмотка Сторона × 2) + диаметр центрального отверстия первичной катушки

Высота первичной катушки = диаметр провода первичной катушки + прилегающая сторона первичной катушки × tan(toRadians (угол наклона первичной катушки))

Длина провода первичной катушки (футы) = (диаметр первичной катушки × пи) ∕ 12

Средний радиус обмотки первичной обмотки = (диаметр центрального отверстия первичной обмотки ∕ 2) + (гипотенуза первичной обмотки ∕ 2) ∕ (( 8 × средний радиус обмотки первичной катушки) + (11 × гипотенуза первичной катушки))

Радиус обмотки первичной катушки = (диаметр центрального отверстия первичной катушки ∕ 2) + (диаметр провода первичной катушки ∕ 2)

Индуктивность спирали первичной катушки = ( (витки × радиус намотки первичной обмотки) ² ) ∕ ((9 × радиус обмотки первичной катушки) + (10 × высота первичной катушки))

Индуктивность катушки конической формы определяется путем расчета индуктивности плоской и спиральной катушек и использования среднего две катушки, взвешенные по углу наклона.

Процент угла = 0,01 × (Угол наклона первичной катушки × (100/90)

Инвертированный процент угла = (100 − (Процент угла × 100)) × 0,01 × Угловой процент) + (Плоская индуктивность первичной катушки × Угловой процент инвертированный)

top

Образец конструкции

Конструкция

Это довольно типичная конструкция катушки Тесла с использованием статического искрового разрядника, которая должна быть хорошей отправной точкой для катушки Тесла малого и среднего размера. Эта конструкция должна создавать дуги более 2 футов при указанной входной мощности.

Параметр конструкции	Значение (стандартное)	Значение (метрика)
NST Входное напряжение	120 В	240 В
NST Входная частота	60 Гц	50 Гц
NST Выходное напряжение	15 кВ	15 кВ
NST Выходной ток	30 мА	30 мА
НСТ Вт	463 Вт	463 Вт
Первичная емкость (MMC)	9 нФ	9 нФ
Диаметр провода первичной катушки	0,25 дюйма (трубка)	6 мм (трубка)
Расстояние между проводами первичной обмотки	0,25 дюйма	6 мм
Диаметр центрального отверстия первичной обмотки	6 в	15 см
Угол наклона первичной катушки	0 градусов (прямо)	0 градусов (прямо)
Калибр провода магнита вторичной катушки	24AWG	0,5 мм
Груз вторичного провода	1,37 фунта	612 г
Высота обмотки вторичной обмотки	22 в	56 см
Диаметр вторичной обмотки	4,4 дюйма	11 см
Витки вторичной обмотки	972	972
Отношение высоты к ширине вторичной обмотки	5:1	5:1
Диаметр тороидального кольца	4 в	11 см
Общий диаметр тороида	16 в	40 см

При указанном выше источнике питания (15 кВ) и использовании статического разрядника первичная емкость (MMC) должна составлять около 8,6 нФ (рассчитано с помощью программы TeslaMap).