Тесла трансформатор. Трансформатор Теслы: принцип работы, эффекты и применение

Как работает трансформатор Теслы. Какие эффекты можно наблюдать при его работе. Где применяется трансформатор Теслы в наше время. Почему трансформатор Теслы вызывает интерес у любителей высоких напряжений.

Принцип работы трансформатора Теслы

Трансформатор Теслы представляет собой устройство, способное генерировать высокое напряжение при высокой частоте. Его основные компоненты:

• Первичная обмотка с небольшим количеством витков
• Вторичная обмотка с большим количеством витков
• Разрядник
• Конденсатор
• Тороид на вершине вторичной обмотки

Принцип работы трансформатора Теслы основан на резонансе. Как это происходит?

1. Конденсатор заряжается от источника высокого напряжения
2. При достижении напряжения пробоя разрядника происходит разряд конденсатора через первичную обмотку
3. Во вторичной обмотке возникают резонансные колебания
4. На тороиде образуется высокое напряжение высокой частоты

За счет резонанса во вторичном контуре напряжение может достигать миллионов вольт.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Работа трансформатора Теслы сопровождается впечатляющими визуальными эффектами:

• Яркие искровые разряды длиной до нескольких метров
• Коронный разряд в виде голубоватого свечения вокруг электродов
• Стримеры — тонкие светящиеся разветвленные каналы
• Образование плазменных шаров и нитей

Почему возникают такие эффектные разряды? Это связано с ионизацией воздуха в сильном электрическом поле высокой частоты. Заряженные частицы разгоняются и сталкиваются с молекулами воздуха, вызывая их свечение.

Применение трансформатора Теслы в наши дни

Хотя трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения, он используется в некоторых областях:

• Демонстрационные и развлекательные цели в музеях науки
• Тестирование изоляции высоковольтного оборудования
• Зажигание газоразрядных ламп
• Поиск утечек в вакуумных системах
• Научные исследования в области физики плазмы

Какие перспективы применения трансформатора Теслы? Некоторые исследователи рассматривают возможность его использования для беспроводной передачи энергии на большие расстояния.

Почему трансформатор Теслы популярен среди любителей

Трансформатор Теслы вызывает большой интерес у энтузиастов высоковольтной техники по ряду причин:

• Зрелищные визуальные эффекты при работе
• Возможность самостоятельного изготовления
• Демонстрация фундаментальных законов электромагнетизма
• Ореол таинственности вокруг личности Николы Теслы

Что привлекает любителей в конструировании трансформаторов Теслы? Это сочетание технического творчества, научного эксперимента и впечатляющего зрелища.

Меры безопасности при работе с трансформатором Теслы

При эксплуатации трансформатора Теслы необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Использовать защитные очки и одежду
• Не прикасаться к работающему устройству
• Обеспечить хорошую вентиляцию помещения
• Не допускать длительного воздействия электромагнитного излучения
• Исключить наличие легковоспламеняющихся предметов вблизи установки

Какие опасности представляет трансформатор Теслы? Основные риски связаны с высоким напряжением, сильным электромагнитным полем и образованием озона при работе устройства.

Модификации классической конструкции трансформатора Теслы

Существуют различные модификации традиционного трансформатора Теслы:

• Твердотельные трансформаторы Теслы на транзисторах
• Трансформаторы с вращающимся разрядником
• Катушки с двойным резонансом
• Трансформаторы на электронных лампах

Какие преимущества дают эти модификации? Они позволяют повысить мощность, управляемость, компактность и безопасность устройства.

Мифы и заблуждения о трансформаторе Теслы

Вокруг трансформатора Теслы сложилось немало мифов:

• Утверждения о полной безопасности разрядов для человека
• Приписывание трансформатору сверхъестественных свойств
• Легенды о секретных разработках Теслы

Почему возникают подобные мифы? Это связано с недостатком научных знаний и стремлением к сенсационности. Важно критически относиться к подобным заявлениям и опираться на проверенные факты.

Заключение

Трансформатор Теслы остается одним из самых зрелищных и загадочных изобретений в истории электротехники. Хотя его практическое применение ограничено, он продолжает вдохновлять исследователей и любителей науки, демонстрируя удивительные свойства электромагнитных полей.

Трансформатор Теслы | это… Что такое Трансформатор Теслы?

Разряды с провода на терминале

Трансформа́тор Те́сла, также катушка Теслы (англ. Tesla coil) — единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Содержание 1 Описание конструкции 2 Функционирование 2.1 Заряд 2.2 Генерация 3 Модификации 4 Использование трансформатора Теслы 5 Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы 6 Неизвестные эффекты трансформатора Теслы 7 Трансформатор Теслы в культуре 8 Сравнительные особенности 9 См. также 10 Ссылки

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5—30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис, явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияют на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения (50 или 60 Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения.

Модификации

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как IGBT транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.

Использование трансформатора Теслы

Разряд трансформатора Теслы

Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи якобы не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния. Так же он использовался как орудие пыток. Мощные разряды высокой частоты почти всегда приводили к смерти.

Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

1. Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
2. Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна.

Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

На крупных купюрах сербских динаров с портретом Теслы на реверсе изображён трансформатор Теслы. 1992 и 1993

Многие люди считают, что катушки Теслы — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесла за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Теслы, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию.

Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно «заряжать» башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Теслы для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «Установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в Half-Life 2). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В игре Fallout присутствует броня Теслы, также она есть и в игре Arcanum

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре «Вивисектор» присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

Сравнительные особенности

Напряжение на выходе данного трансформатора является переменным, а ток чрезвычайно мал. Это приводит к тому, что, несмотря на потенциал в миллионы вольт, прикосновение и разряд в тело человека может быть безопасным. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — «всего» порядка 25 кВ — являются смертельно опасными. Их выходные выпрямительные ёмкости могут дать при прикосновении импульс тока величины, несовместимой с жизнью. В люстре Чижевского должны быть предусмотрены токоограничительные резисторы. Но в телевизоре их установить невозможно.

См. также

• Закон Пашена
• Плазменная лампа

Ссылки

• Tesla Downunder — любительские реализации трансформатора Теслы.
• Видеоролики экспериментов и фокусов с трансформатором Тесла
• Как сделать трансформатор Тесла (на русском языке)
• Форум Общества любителей высоких напряжений и экспериментов, связанных с высокими напряжениями, энергиями, мощными разрядами и различными экспериментами с ними в домашних условиях(рус. )
• Сайт Терри Блэйка, американского тесластроителя
• Сайт о трансформаторах Теслы(англ.)
• Симфония катушки Теслы
• Простая реализация трансформатора Теслы

Резонансный трансформатор Тесла — больше не секрет

Знакомство с трансформатором Н. Тесла.

Новомодный феномен резонансного трансформатора Николы Тесла возник не давно, а Интернет забит фотографиями и интригующими видеосъемками молний и коронарных разрядов.

Вспомним, что трансформатор первоначально был предназначен не для показательного выступления в цирке, а для передачи радиосигналов на далекие расстояния. В связи с этим предлагаю ознакомиться с его принципом работы и найти ему практическое применение.

Трансформатор Тесла состоит из двух основных частей, см. рис.1а;

1. Генерирующей части, состоящей из высоковольтного источника питания, накопительного конденсатора С1, разрядника и катушки связи L1. Частота генерации зависит от напряжения питания, емкости конденсатора С1, характеризующее время разряда, а так же промежутком между электродами разрядника;

2. Резонансной катушки индуктивности L2, заземления и сферы, см. рис. 1а.

Если вглядеться в схему этого трансформатора внимательнее, то мы увидим известную схему последовательного колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L2 с открытой емкостью С, образованной между сферой и землей. Это открытый колебательный контур, который был открыт Дж. К. Максвеллом.

Обратимся к классической теории принципа действия открытого колебательного контура:

Как известно колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Исследуем простейший колебательный контур, катушка которого состоит из одного витка, а конденсатор представляет собой две рядом расположенные металлические пластины. Подадим в разрыв индуктивности контура 1 переменное напряжение от генератора, см. рис.2а. В витке потечет переменный ток и создаст вокруг проводника магнитное поле. Это сможет подтвердить магнитный индикатор в виде витка, нагруженного лампочкой. Для того, что бы получить открытый колебательный контур, раздвинем пластины конденсатора. Мы наблюдаем, что лампа индикатора магнитного поля продолжает гореть. Чтобы лучше понять, что происходит в данном опыте, смотри рис. 2а. По витку контура 1 течёт ток проводимости, который вокруг себя создает магнитное поле Н, а между пластинами конденсатора – равный ему, так называемый, ток смещения. Несмотря на то, что между пластинами конденсатора нет тока проводимости, опыт показывает, что ток смещения создаёт такое же магнитное поле, как и ток проводимости. Первым, кто об этом догадался, был великий английский физик Дж. К. Максвелл.

В 60-х годах 19-го столетия, формулируя систему уравнений для описания электромагнитных явлений, Дж. К. Максвелл столкнулся с тем, что уравнение для магнитного поля постоянного тока и уравнение сохранения электрических зарядов переменных полей (уравнение непрерывности) несовместимы. Чтобы устранить противоречие, Максвелл, не имея на то никаких экспериментальных данных, постулировал, что магнитное поле порождается не только движением зарядов, но и изменением электрического поля, подобно тому, как электрическое поле порождается не только зарядами, но и изменением магнитного поля. Величину где — электрическая индукция, которую он добавил к плотности тока проводимости, Максвелл назвал током смещения. У электромагнитной индукции появился магнитоэлектрический аналог, а уравнения поля обрели замечательную симметрию. Так, умозрительно был открыт один из фундаментальнейших законов природы, следствием которого является существование электромагнитных волн. В последствии Г.Герц опираясь на эту теорию доказал, что электромагнитное поле излучаемое электрическим вибратором равно полю излучаемое емкостным излучателем.

Раз так, убедимся еще раз, что происходит, когда закрытый колебательный контур превращается в открытый и как можно обнаружить электрическое поле Е ? Для этого рядом с колебательным контуром поместим индикатор электрического поля, это вибратор, в разрыв которого включена лампа накаливания, она пока не горит. Постепенно раскрываем контур, и мы наблюдаем, что лампа индикатора электрического поля загорается, рис. 2б. Электрическое поле теперь не сосредоточено между пластинами конденсатора, его силовые линии идут от одной пластины к другой через открытое пространство. Таким образом, мы имеем экспериментальное подтверждение утверждения Дж. К. Максвелла, что емкостной излучатель порождает электромагнитную волну. Никола Тесла обратил на этот факт внимание, что при помощи совсем не больших излучателей можно создать достаточно эффективный прибор для излучения электромагнитной волны. Так родился резонансный трансформатор Н. Тесла. Проверим и этот факт, для чего вновь рассмотрим назначение деталей трансформатора.

И так, сфера и заземление выполняют роль пластин открытого конденсатора. Геометрические размеры сферы и технические данные катушки индуктивности определяют частоту последовательного резонанса, которая должна совпадать с частотой генерации разрядника.

Иными словами, режим последовательного резонанса позволяет трансформатору Тесла достигать таких величин напряжений, что на поверхности сферы появляется коронарный разряд и даже молнии. Весь фокус состоит в том, что коэффициент трансформации резонансного трансформатора выше соотношения витков катушек L1/L2 и значительно выше, чем в трансформаторах с ферро сердечниками. Здесь индуктивность L2, сфера и заземление, представляют из себя открытый резонансный колебательный контур. Именно по этому трансформатор Тесла называется резонансным.

Рассмотрим работу трансформатора Тесла, как последовательный колебательный контур:

— Этот контур необходимо рассматривать как обычный LC – элемент, рис. 1а.б, а так же рис. 2а, где включены последовательно индуктивность L, открытый конденсатор С и сопротивление среды Rср. Угол сдвига фаз в последовательном колебательном контуре между напряжением и током равен нулю (φ=0), если ХL = — Хс, т.е. изменения тока и напряжения в нем происходят синфазно. Это явление называется резонансом напряжений (последовательным резонансом). Следует отметить, что при понижении частоты от резонанса, ток в контуре уменьшается, а резонанс тока несет емкостной характер. При дальнейшей расстройке контура и понижении тока на 0,707, его фаза смещается на 45 градусов. При расстройке контура вверх по частоте, он приобретает индуктивный характер. Это явление часто используют в фазоинверторах.

Если мы рассмотрим схему изображенную на рис. 3, то мы сможем предоставить простые расчеты, из которых видно, что напряжение на пластинах излучателя вычисляется исходя из добротности контура Q, которая реально может находиться в пределах 20 – 50 и много выше.

Где полоса пропускания определяется добротностью контура:

Δf=fo/Q;

Тогда напряжение на пластинах излучателя будет выглядеть согласно следующей формуле:

U2= Q * U1.

В таблице 1 расчетные данные приведены для частоты 7.0 МГц не случайно, это дает возможность любому желающему коротковолновику провести радиолюбительский эксперимент в эфире. Здесь входное напряжение U1 условно взято за 100 Вольт, а добротность за 26.

Таблица 1.

f ( МГц)	L (мкГн)	ХL (Ом)	C (пФ)	— Xc (Ом)	Δf (кГц)	Q	U 1/U 2 (В. )
7	30,4	1360	17	1340	270	26	100/2600

Напряжение U2 согласно расчетам составляет 2600В, что подтверждается практической работой трансформатора Тесла. Данное утверждение приемлемо в тех случаях, когда отсутствует изменение частоты или сопротивления нагрузки данного контура. В трансформаторе Н. Тесла оба фактора постоянны.

Полоса пропускания трансформатора Тесла зависит от нагрузки, т. е., чем выше связь открытого конденсатора С (сфера-земля) со средой, тем больше нагружен контур, тем шире его полоса пропускания. Тоже происходит с контуром, нагруженным активной нагрузкой. Таким образом, площадь пластин излучателя антенны определяет его емкость С и соответственно диктует ширину полосы пропускания. Тем не менее, здесь нужно понимать, что чрезмерное увеличение полосы пропускания за счет увеличения объема излучателей приведет к снижению добротности контура и соответственно приведет к уменьшению эффективности резонансного трансформатора и всего устройства в целом.

Подводя итог, мы приходим к выводу, что излучает не индуктивность трансформатора Тесла L2, а элементы открытого конденсатора (сфера-земля рис. 1а.) являющегося частью резонансной системы. Это емкостной излучатель с двумя полюсами, который создает вокруг себя мощное и концентрированное электромагнитное излучение. Трансформатор Тесла обладает особенностью накопления энергии, что характерно только последовательному LC – контуру, где суммарное выходное напряжение значительно превосходит входное, что наглядно видно из результатов таблицы. Данное свойство давно практикуют в промышленных радиоустройствах для повышения напряжения в устройствах с большим входным сопротивлением.

Таким образом, мы можем сделать следующий вывод:

Трансформатор Тесла, это высокодобротный последовательный колебательный контур, где сфера является открытым элементом, осуществляющим связь со средой. Индуктивность L является лишь закрытым элементом и резонансным трансформатором напряжения не участвующим в излучении.

Далее в тексте, будет удобно называть емкостной излучатель диполем Тесла. Это вполне справедливо, ведь «диполь» означает di(s) дважды +polos полюс, что исключительно применимо к двухполюсным конструкциям, каковым и является резонансный трансформатор Николы Тесла с емкостной двухполюсной нагрузкой.

Внимательно изучив цели построения резонансного трансформатора Николы Тесла, невольно приходишь к выводу, что он был предназначен для передачи энергии на расстояние, но эксперимент был прерван, а потомкам остается догадываться о истинной цели этого чуда, конца 19 и начала 20 века. Не случайно Никола Тесла в своих записях оставил следующее изречение: — «Пусть будущее рассудит и оценит каждого по его трудам и достижениям. Настоящее принадлежит им, будущее, ради которого я работаю, принадлежит мне».

Резонансные элементы любого контура можно изменять в разных пределах и как с ними поступишь, так они и поведут себя. Можно увеличить индуктивность в этой конструкции и получить на поверхности сферы стримеры, коронарные разряды и даже молнии. Можно увеличить емкость и в режиме резонанса напряжений добиться максимальной отдачи сбалансированного электромагнитного поля. И все же Тесла был прав, когда отказался от металлического сердечника внутри повышающей катушки, ведь он вносил потери в том месте, где зарождалась электромагнитная волна.

Автор статьи повторил конструкцию трансформатора Тесла на частоте 7МГц. Параметры индуктивности и емкости сильно разнились, но результаты экспериментов привели к единственно правильному условию, когда ХL= -Хс стали соответствовать табличным данным (табл. 1). Интересно то, что если уменьшать излучающую емкость, то для получения резонанса приходится увеличивать индуктивность. При этом, на краях излучателя и других неровностях, появляются стримеры (от англ. Streamer). Streamer, это тускло видимая, ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая полем диполя. Это и есть резонансный трансформатор Тесла, каким мы его привыкли видеть на просторах Интернета.

Проверка принципа действия диполя Тесла на практике.

Для проведения экспериментов с трансформатором Тесла над конструкцией не пришлось долго думать, здесь помог радиолюбительский опыт. В качестве излучателей вместо сферы и земли были взяты две гофрированные алюминиевые (вентиляционные) трубы диаметром 120мм и длиной по 250 мм. Удобство применения заключалось в том, что их можно растягивать или сжимать как витки катушки, тем самым, меняя емкость контура в целом и соответственно соотношение L/С. «Трубы – емкости» располагались горизонтально на бамбуковой палке с расстоянием 100мм. Катушка индуктивности L2 (30 мкГн) проводом 2 мм, была вынесена ниже оси цилиндров на 50 см. с тем, что бы не создавать вихревых токов в сфере излучателей. Еще лучше будет, если катушку вынести за один из излучателей, располагая ее на одной оси с ними, где эл. магнитное поле минимально и имеет форму «пустой воронки». Катушка связи L1 (1 виток, 2мм), обеспечивала связь с трансивером мощностью 40 вт. Образованный, этими элементами колебательный контур был настроен в режиме последовательного резонанса, где было соблюдено правило, а именно ХL = -Хс. Катушкой L1, соответственно было настроено согласование импровизированного диполя Тесла с фидером 50 Ом. Фидер длиной 5 метров для чистоты эксперимента был обеспечен с обоих сторон ферритовыми фильтрами.

Для сравнения испытывалось три антенны:

1. диполь Тесла (L= 0.7м, КСВ=1,1),
2. разрезной укороченный диполь Герца (L = 2х0,7м, удлинительная катушка, фидер 5 метров защищенный ферритовыми фильтрами КСВ=1,0),
3. горизонтальный полуволновой диполь Герца (L = 19,3м, фидер защищен ферритовыми фильтрами КСВ=1,05).

На расстоянии 3 км. в черте города был включен передатчик с постоянной несущей сигнала.

Диполь Тесла (7 МГц) и укороченный диполь с удлиняющей катушкой, по очереди размещались возле кирпичного здания на расстоянии всего 2 метра, и на момент эксперимента находились в равных условиях на высоте (10-11м).

В режиме приема диполь Тесла превосходил укороченный диполь Герца на 2-3 балла (12-20 дБ) по шкале S-метра трансивера и более.

За тем вывешивался, за ранее настроенный, полуволновый диполь Герца. Высота подвеса 10-11 м. на расстоянии от стен в 15-20м.

По усилению диполь Тесла уступал полуволновому диполю Герца примерно на 1 балл (6-8дБ). Диаграммы направленности всех антенн совпадали. Стоит отметить, что полуволновый диполь был размещен не в идеальных условиях, а практика построения диполя Тесла требует новых навыков. Все антенны находились внутри двора (четыре здания), как в экранированном котле.

Общие выводы.

Рассматриваемый диполь Тесла на практике работает почти как полноценный полуволновый диполь Герца, он подчиняется принципам двойственности, что не идет в разрез с теорией антенн. Не смотря на свои сверх — малые размеры (0,01- 0,02λ), диполь Тесла осуществляет связь с пространством в виде емкостных пластин, сферы, цилиндров и пр.. Напряжение и ток в момент последовательного резонанса синфазны. Соответственно создают в пространстве, вокруг излучателя, синфазное поле Е и поле Н, что приводит к размышлению о том, что поле диполя Тесла в пределах излучателей уже сформировано и имеет «мини-сферу». Следует вспомнить, что у диполя Герца сферой считается то место, где поле Е и поле Н находятся в фазе, а именно на расстоянии 2-3 длины волны. Таким образом, диполь Тесла имеет все основания для практических экспериментов в радиолюбительской службе в диапазонах коротких, средних и особенно длинных волн. Думаю, что любителям длинноволновой связи (137кГц) стоит обратить на этот эксперимент особое внимание. Здесь имеется огромный потенциал проявить свою смекалку в усовершенствовании емкостного излучателя и подтвердить высказывание Г. Герца в том, что уровень излучения емкостного излучателя равен уровню излучения электрического диполя.

Примечание: Диполь Тесла относится к емкостным излучателям, не путать с полуволновым диполем Герца. Принципы их действия разнятся как, «водоплавающие от наземных», как катер от автомобиля, — мотор один, а движители разные.

UA9LBG. Сушко С.А.

---

Комментарии

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Оставьте свое мнение

Отзывы читателей — Скажите свое мнение!

Трансформатор

Тесла | Трансформатор катушки Тесла

$ 1434,00

Количество

Количество

Больше на пути

Задать вопрос

• Описание
• Документация
• Требуется
• Рекомендуется

Классический трансформатор Теслы для генерации безопасного высокочастотного высоковольтного напряжения примерно от 100 кВ. Хорошо продуманная открытая конфигурация всех компонентов облегчает демонстрацию как дизайна, так и функций. Устройство защищено от ударов благодаря работе при сверхнизком напряжении.

Комплектация:

• 1 трансформатор Тесла, базовый аппарат
• 1 ручная катушка
• 1 Вторичная катушка
• 1 Сферический электрод, короткий
• 1 Сферический электрод, длинный
• 1 Игольчатый электрод с распылителем
• 1 люминесцентная лампа
• 1 рефлектор

Технические характеристики:

• Количество витков в первичной обмотке: 2 – 10
• Количество витков во вторичных катушках: 1150
• Первичное напряжение: 20 В переменного тока
• Вторичное напряжение: >100 кВ
• Трансформатор: прибл. 330x200x120 мм³
• Вторичные катушки: прибл. 240 мм x 75 мм диам.
• Два внутренних конденсатора: C=0,022 мкФ и U=1600 DC/650 AC
• Вес: прибл. 3 кг

Документация

Руководство по продукту — Трансформатор Тесла — U8496250 [1000966] (EN)

Обязательно

 

$ 815,00

Артикул: 1000966 [U8496250]

• Безопасный онлайн-платеж с SSL
• Консультация специалиста
• Доступное финансирование
• Легкий возврат и обмен
• Возможна международная доставка

Сервисная горячая линия:
1-888-326-6335

Информация о товаре

Масса	10,91 фунта
Размеры	28 х 13 х 11 дюймов
Бренд	3Б Научная

Покупатели, купившие этот товар, также купили следующие товары:

Tesla Cybertruck оживает как трансформер 1980-х годов в этом комиксе, созданном художником.

Соведущий подкаста TransMissions и автор фанфиков для Transformers: REANIMATED , папа из Вашингтона, зарабатывает на жизнь тем, что делится своими страстными знаниями о популярном американском мультсериале о роботах 1980-х годов.

«Я фанат старой школы G1 Transformers. (G1 — это то, как человек относится к оригинальным игрушкам-трансформерам, мультфильмам, анимационным фильмам и комиксам 80-х.) — говорит мне Йоши, когда мы впервые встретились.

Как и у многих из нас, страсть вспыхнула в его молодые годы. В детстве Йоши проводил большую часть своего времени, собирая фигурки, видеокассеты, плакаты, комиксы и все, что соответствовало его зрелому и фантастическому миру автоботов и десептиконов, включая его банку с печеньем Оптимуса Прайма.

Фэндом Йоши по Трансформерам G1, а позже и по Тесле, со временем проявит себя во что-то гораздо более глубокое.

Смотри, смотри. pic.twitter.com/LVT8S7sf9b

— Йоши (@YousephTanha) 3 марта 2020 г.

Через несколько месяцев после дебюта генерального директора Илона Маска антиутопического Tesla Cybertruck Йоши обратился к знаменитому художнику комиксов Кейси Коллеру и спросил, сможет ли он воплотить Cybertruck в жизнь. как автобот первого поколения. В конце концов, Коллер, возможно, наиболее известен как иллюстратор официальной серии ТРАНСФОРМАТОРОВ и, похоже, может объединить любую концепцию с Трансформером G1.

Коллер согласился, и родился «Шаттер».

Название Shatter, игра на демонстрации «бронированного стекла» Tesla Cybertruck, похоже на все трансформеры и, по словам Йоши, имеет внутреннюю систему ремонта. «У него на правом плече электрошоковая пушка, используемая для обездвиживания и уничтожения Обманов».

Как и у всех автоботов, его имя определяет его характер. Shatter «с честью носит свое имя и, как Тесла, может учиться на ошибках», — говорит мне Йоши.

Чтобы узнать больше о процессе найма художника комиксов для создания персонализированной книги комиксов на официальном бланке, ознакомьтесь с моим прошлым интервью с Йоши.

Ниже представлена ​​серия комиксов Йоши «ТРАНСФОРМАТОРЫ», вдохновленная Tesla Roadster, Model S, Model X, Cybertruck и даже Tesla Semi.