Котушка тесла теорія. Трансформатор Тесла з Китаю

Котушка Тесла є високочастотним резонансним трансформатором без феромагнітного сердечника, за допомогою якого можна отримати високу напругу на вторинній обмотці. Під дією високої напругиу повітрі відбувається електричний пробій, подібно до розряду блискавки. Пристрій винайдено Миколою Теслою, і носить його ім'я.

На кшталт коммутирующего елемента первинного контуру, котушки Тесла поділяються на іскрові (SGTC – Spark gap Tesla coil), транзисторні (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). Я розглядатиму тільки іскрові котушки, які є найпростішими та найпоширенішими. За способом заряду контурного конденсатора, іскрові котушки поділяються на 2 типи: ACSGTC - Spark gap Tesla coil, а також DCSGTC - Spark gap Tesla coil. У першому варіанті заряд конденсатора здійснюється змінною напругою, у другому використовується резонансний заряд з підведенням постійної напруги.


Сама котушка є конструкцією з двох обмоток і тора. Вторинна циліндрична обмотка, намотується на діелектричній трубі мідним обмотувальним проводом, в один шар виток до витка, і має зазвичай 500-1500 витків. Оптимальне співвідношення діаметра та довжини обмотки дорівнює 1:3,5 – 1:6. Для збільшення електричної та механічної міцності обмотку покривають епоксидним клеєм або поліуретановим лаком. Зазвичай розміри вторинної обмотки визначають, виходячи з потужності джерела живлення, тобто високовольтного трансформатора. Визначивши діаметр обмотки, оптимального співвідношення знаходять довжину. Далі підбирають діаметр обмотувального дроту, так щоб кількість витків приблизно дорівнювала загальноприйнятому значенню. Як діелектрична труба зазвичай застосовують каналізаційні пластикові труби, але можна виготовити і саморобну трубу, за допомогою листів креслярського ватману і епоксидного клею. Тут і далі йдеться про середні котушки, потужністю від 1 кВт та діаметром вторинної обмотки від 10 см.

На верхній кінець труби вторинної обмотки встановлюють порожнистий тор, що проводить, зазвичай виконаний з алюмінієвої гофрованої труби для відведення гарячих газів. В основному діаметр труби підбирають рівним діаметру вторинної обмотки. Діаметр тора зазвичай становить 05-09 від довжини вторинної обмотки. Тор має електричну ємність, що визначається його геометричними розмірами, і виступає у ролі конденсатора.

Первинна обмотка розташовується біля нижньої основи вторинної обмотки і має спіральну плоску або конічну форму. Зазвичай складається з 5-20 витків товстого мідного чи алюмінієвого дроту. В обмотці протікають високочастотні струми, внаслідок чого скін-ефект може мати значний вплив. Через високої частотиСтрум розподіляється переважно в поверхневому шарі провідника, тим самим зменшується ефективна площа поперечного перерізу провідника, що призводить до збільшення активного опору та зменшення амплітуди електромагнітних коливань. Тому найкращим варіантомдля виготовлення первинної обмотки буде порожня мідна трубка, або широка плоска стрічка. Над первинною обмоткою по зовнішньому діаметру іноді встановлюють незамкнене захисне кільце (Strike Ring) з того ж провідника і заземлюють. Кільце призначене для запобігання попаданню розрядів у первинну обмотку. Розрив необхідний для виключення протікання струму по кільцю, інакше магнітне поле, створене індукційним струмом, послаблюватиме магнітне поле первинної та вторинної обмотки. Від захисного кільця можна відмовитись, якщо заземлити один кінець первинної обмотки, при цьому попадання розряду не завдасть шкоди компонентам котушки.

Коефіцієнт зв'язку між обмотками залежить від їхнього взаємного розташування, що ближче, тим більше коефіцієнт. Для іскрових котушок типове значення коефіцієнта дорівнює K = 0,1-0,3. Від нього залежить напруга на вторинній обмотці, що більше коефіцієнт зв'язку, то більше вписувалося напруга. Але збільшувати коефіцієнт зв'язку вище норми не рекомендується, оскільки між обмотками почнуть проскакувати розряди, що ушкоджують вторинну обмотку.


На схемі представлений найпростіший варіант котушки Тесла типу ACSGTC.
Принцип дії котушки Тесла ґрунтується на явищі резонансу двох індуктивно пов'язаних коливальних контурів. Первинний коливальний контурскладається з конденсатора С1, первинної обмотки L1 і комутується розрядником, в результаті чого утворюється замкнутий контур. Вторинний коливальний контур утворений вторинною обмоткою L2 і конденсатором С2 (тор, що володіє ємністю), нижній кінець обмотки обов'язково заземляється. При збігу власної частоти первинного коливального контуру з частотою вторинного коливального контуру відбувається різке зростання амплітуди напруги і струму у вторинному ланцюзі. При досить високій напрузі відбувається електричний пробій повітря у вигляді розряду, що виходить із тора. При цьому важливо розуміти, що є замкнутим вторинним контуром. Струм вторинного контуру тече по вторинній обмотці L2 і конденсатору С2 (тор), далі повітрям і землею (оскільки обмотка заземлена), замкнутий контур можна описати наступним чином: земля-обмотка-тор-розряд-земля. Таким чином, захоплюючі електричні розряди є частиною контурного струму. При великому опорі заземлення розряди, що виходять з тора будуть бити прямо по вторинній обмотці, що не є добре, тому потрібно робити якісне заземлення.

Після того, як розміри вторинної обмотки та тора визначені, можна порахувати власну частоту коливань вторинного контуру. Тут треба враховувати, що вторинна обмотка, крім індуктивності, має деяку ємність через чималі розміри, яку треба враховувати при розрахунку, ємність обмотки необхідно скласти з ємністю тора. Далі треба прикинути параметри котушки L1і конденсатора C1первинного контуру, так щоб власна частота первинного контуру була близька до частоти вторинного контуру. Місткість конденсатора первинного контуру зазвичай становить 25-100 нФ, виходячи з цього, розраховують кількість витків первинної обмотки, в середньому має вийти 5-20 витків. При виготовленні обмотки необхідно збільшити кількість витків порівняно з розрахунковим значенням для наступного налаштування котушки в резонанс. Розрахувати всі ці параметри можна за стандартними формулами з підручника фізики, також у мережі є книги з розрахунку індуктивності різних котушок. Існують і спеціальні програмикалькулятори для розрахунку всіх параметрів майбутньої котушки Тесла.

Налаштування здійснюється шляхом зміни індуктивності первинної обмотки, тобто один кінець обмотки приєднано до схеми, а інший нікуди не підключається. Другий контакт виконують у вигляді затиску, який можна перекидати з одного витка на інший, тим самим використовується не вся обмотка, а тільки її частина відповідно змінюється індуктивність, і власна частота первинного контуру. Налаштування виконують під час попередніх запусків котушки, про резонанс судять по довжині розрядів, що видаються. Існує також метод холодного налаштування резонансу за допомогою ВЧ генератора та осцилографа або ВЧ вольтметра, при цьому запускати котушку не треба. Необхідно взяти на замітку, що електричний розряд має ємність, внаслідок чого власна частота вторинного контуру може трохи зменшуватися під час роботи котушки. Заземлення також може впливати на частоту вторинного контуру.

Розрядник є комутуючим елементом у первинному коливальному контурі. При електричному пробої розрядника під дією високої напруги, в ньому утворюється дуга, яка замикає ланцюг первинного контуру, і в ньому виникають високочастотні коливання, що затухають, протягом яких напруга на конденсаторі С1 поступово зменшується. Після того, як дуга гасне, контурний конденсатор С1 знову починає заряджатися від джерела живлення, при наступному пробою розрядника починається новий цикл коливань.

Розрядник поділяється на два типи: статичний і обертовий. Статичний розрядник являє собою два близько розташованих електрода, відстань між якими регулюють так, щоб електричний пробій між ними відбувався в той час, коли конденсатор С1 заряджений до найбільшої напруги, або трохи менше максимуму. Орієнтовна відстань між електродами визначають, виходячи з електричної міцності повітря, яка становить близько 3 кВ/мм за стандартних умов навколишнього середовища, а також залежить від форми електродів. Для змінної напруги мережі, частота спрацьовувань статичного розрядника (BPS – beats per second) складе 100Гц.

Розрядник, що обертається (RSG – Rotary spark gap) виконується на основі електродвигуна, на вал якого насаджений диск з електродами, з кожного боку диска встановлюються статичні електроди, таким чином, при обертанні диска, між статичними електродами будуть пролітати всі електроди диска. Відстань між електродами роблять мінімальною. У такому варіанті можна регулювати частоту комутацій у широких межах керуючи електродвигуном, що дає більше можливостей з налаштування та керування котушкою. Корпус двигуна необхідно заземлити для захисту обмотки двигуна від пробою при попаданні високовольтного розряду.

Як контурний конденсатор С1 застосовують конденсаторні зборки (MMC – Multi Mini Capacitor) з послідовно і паралельно з'єднаних високовольтних високочастотних конденсаторів. Зазвичай застосовують керамічні конденсатори типу КВІ-3, а також плівкові К78-2. Останнім часом намічено перехід на паперові конденсатори типу К75-25, які непогано показали себе у роботі. Номінальна напруга конденсаторного складання для надійності повинна бути в 1,5-2 рази більша за амплітудну напругу джерела живлення. Для захисту конденсаторів від перенапруги (високочастотні імпульси) встановлюють повітряний розрядник паралельно до всієї збірки. Розрядник може являти собою два невеликі електроди.

Як джерело живлення для зарядки конденсаторів використовується високовольтний трансформатор Т1 або кілька послідовно або паралельно з'єднаних трансформаторів. В основному початківці тіслабудівники використовують трансформатор з мікрохвильової печі(MOT – Microwave Oven Transformer), вихідна змінна напруга якого становить ~2,2 кВ, потужність близько 800 Вт. Залежно від номінальної напруги контурного конденсатора, МОП з'єднують послідовно від 2 до 4 штук. Застосування лише одного трансформатора не доцільно, тому що через невелику вихідну напругу зазор у розряднику буде дуже малим, результатом будуть нестабільні результати роботи котушки. Моти мають недоліки у вигляді слабкої електроміцності, не розраховані для роботи в тривалому режимі, сильно гріються при великому навантаженні, тому часто виходять з ладу. Більш розумно використовувати спеціальні масляні трансформатори типу ЗМ, ЗМУ, ЗМГ, які мають вихідна напруга 6,3 кВ, 10 кВ, та потужність 4 кВт, 10 кВт. Можна також виготовити саморобний високовольтний трансформатор. При роботі з високовольтними трансформаторами не слід забувати про техніку безпеки, висока напруга небезпечна для життя, корпус трансформатора необхідно заземлити. При необхідності послідовно з первинною обмоткою трансформатора можна встановити автотрансформатор для регулювання напруги зарядки контурного конденсатора. Потужність автотрансформатора повинна бути не меншою за потужність трансформатора T1.

Дросель Lд ланцюга живлення необхідний обмеження струму короткого замикання трансформатора при пробое розрядника. Найчастіше дросель знаходиться в ланцюзі вторинної обмотки трансформатора T1. Внаслідок високої напруги, необхідна індуктивність дроселя може набувати великих значень від одиниць до десятків Генрі. У такому варіанті він повинен мати достатню електроміцність. З таким же успіхом дросель можна встановити послідовно з первинною обмоткою трансформатора, відповідно тут не потрібна висока електроміцність, необхідна індуктивність на порядок нижче і становить десятки, сотні мілігенрі. Діаметр обмотувального дроту повинен бути не меншим за діаметр дроту первинної обмотки трансформатора. Індуктивність дроселя розраховують із формули залежності індуктивного опору від частоти змінного струму.

Фільтр низьких частот (ФНЧ) призначений для виключення проникнення високочастотних імпульсів первинного контуру в ланцюг дроселя та вторинної обмотки трансформатора, тобто для їх захисту. Фільтр може бути Г-подібним або П-подібним. Частоту зрізу фільтра вибирають на порядок менше резонансної частоти коливальних контурів котушки, але при цьому частота зрізу повинна бути набагато більшою за частоту спрацьовування розрядника.


При резонансному заряді контурного конденсатора (тип котушки – DCSGTC) використовують постійну напругу, на відміну від ACSGTC. Напруга вторинної обмотки трансформатора T1 випрямляють за допомогою діодного моста і згладжують конденсатором Св. Ємність конденсатора повинна бути на порядок більша за ємність контурного конденсатора С1, для зменшення пульсацій постійної напруги. Величина ємності зазвичай становить 1-5 мкФ, номінальну напругу для надійності вибирають в 1,5-2 рази більше за амплітудну випрямлену напругу. Замість одного конденсатора можна використовувати конденсаторні зборки, бажано не забуваючи про резистори, що вирівнюють, при послідовному з'єднанні декількох конденсаторів.

В якості діодів моста застосовують послідовно з'єднані високовольтні діодні стовпи типу КЦ201 та ін. Номінальний струм діодних стовпів повинен бути більшим за номінальний струм вторинної обмотки трансформатора. Зворотна напруга діодних стовпів залежить від схеми випрямлення, з міркувань надійності зворотна напруга діодів повинна бути в 2 рази більша за амплітудне значення напруги. Можливе виготовлення саморобних діодних стовпів шляхом послідовного з'єднання звичайних випрямляючих діодів (наприклад 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), із застосуванням резисторів, що вирівнюють.
Замість стандартної схеми випрямлення та згладжування можна зібрати подвоювач напруги з двох діодних стовпів та двох конденсаторів.

Принцип роботи схеми резонансного заряду ґрунтується на явищі самоіндукції дроселя Lд, а також застосування діода відсічення VDо. У момент часу, коли конденсатор C1 розряджений, через дросель починає текти струм, зростаючи за синусоїдальним законом, при цьому в дроселі накопичується енергія у вигляді магнітного поля, а конденсатор при цьому заряджається, накопичуючи енергію у вигляді електричного поля. Напруга на конденсаторі зростає до напруги джерела живлення, причому через дросель тече максимальний струм, і падіння напруги на ньому дорівнює нулю. При цьому струм не може припинитися миттєво і продовжує текти в тому ж напрямку через наявність самоіндукції дроселя. Заряджання конденсатора продовжується до подвоєного значення напруги джерела живлення. Діод відсічки необхідний для запобігання перетіканню енергії від конденсатора назад у джерело живлення, так як між конденсатором і джерелом живлення з'являється різниця потенціалів, що дорівнює напрузі джерела живлення. Насправді напруга на конденсаторі не досягає подвоєного значення, через падіння напруги на діодному стовпі.

Застосування резонансного заряду дозволяє більш ефективно та рівномірно передавати енергію на первинний контур, при цьому для отримання однакового результату (за довжиною розряду), для DCSGTC потрібна менша потужність джерела живлення (трансформатор Т1), ніж для ACSGTC. Розряди набувають характерного плавного вигину, внаслідок стабільного напруги живлення, на відміну від ACSGTC, де чергове зближення електродів в RSG може припадати за часом на будь-яку ділянку синусоїдальної напруги, включаючи потрапляння на нульову або низьку напругу і як наслідок змінна довжина розряду (рваний розряд).

Нижче на зображенні представлені формули для розрахунку параметрів котушки Тесла:

Пропоную ознайомитися з моїм досвідом будівництва.

162 роки тому народився Нікола Тесла — вчений та винахідник, ім'я якого овіяне легендами. Йому приписують винахід першого, бездротової передачіелектрики та навіть «променів смерті». Але і реальні, вивчені та підтверджені винаходи Тесли вражають: він зробив величезний внесок у вивчення електрики, радіохвиль та магнітних полів.

Головним відкриттям Тесли залишається змінний струм. Звичайно, геніальний серб не винайшов його (як іноді пишуть у популярних статтях), а лише знайшов йому практичне застосування. Принагідно він сконструював двигун і генератор змінного струму, «нащадки» яких використовуються досі.

Компоненти можна розмістити на друкованій платіабо методом навісного монтажу – на МДФ чи картоні.

І кілька слів про техніку безпеки.Незважаючи на те, що розряди котушки Тесла не завдають людині шкоди внаслідок так званого «скін-ефекту» (струм проходить по поверхні шкіри), важливо дотримуватись електробезпеки при її збиранні та випробуваннях. Не рекомендується і знаходитися поряд з котушкою, що працює, занадто довго: високовольтне поле може негативно вплинути на самопочуття.

А тепер перейдемо до збирання пристрою. Харчування ми вже розібрали вище, а ось п'ять способів, як і з чого спорудити корпус, котушки та тороїд.

Спосіб перший: "на флейті водостічних труб"

Ось що вам знадобиться.

  • Вимикач.
  • Резистор на 22 ком.
  • Транзистор 2N2222A.
  • Конектор для "крони".
  • Труба ПВХ d=20 мм, відрізок завдовжки 85 мм.
  • Батарейка "крона" 9V.
  • Мідний дріт перерізом 0,5 мм.
  • Провід в ізоляції ПВХ перетином 1 мм, відрізок завдовжки 15-20 см.
  • Обрізок фанери або ламінату розміром приблизно 20х20 см.

Порядок складання тут майже такий самий, як у попередніх моделях.

1. Почнемо з котушки L2. Намотайте мідний дріт на трубу в один шар, виток до витка, відступивши від країв приблизно на 0,5 см. Перший і останній виток зафіксуйте паперовим скотчем, щоб намотування не злітало.

2. Прикріпіть трубу-котушку на основу з фанери або ламінату за допомогою термоклею. Також закріпіть вимикач, транзистор і конектор для крони.

3. Робимо котушку L1. Ізольований провід двічі обмотайте навколо котушки і також зафіксуйте термоклеєм.

4. З'єднайте схему в ланцюг:

♦ нижній кінець дроту вторинної (довгої) котушки — до середнього контакту транзистора;

♦ резистор — також до середнього контакту транзистора;

♦ верхній кінець дроту первинної (короткої) котушки — до резистора;

♦ нижній кінець дроту первинної обмотки — до правого контакту транзистора;

♦ контакт резистора з проводом первинної обмотки – до контакту вимикача;

♦ червоний провід конектора «крони» (+) — до середнього контакту вимикача;

♦ чорний провід конектора «крони» (-) — до лівого контакту транзистора.

Після того як ви встановите батарею в конектор і натиснете вимикач, котушка запрацює. Вона не даватиме видимі розряди через низьку робочу напругу, але зможе запалити флуоресцентну лампу у вашій руці.

Бонус: гігантська котушка заввишки три метри

Цей «рецепт» розробили та випробували користувач «Хабра» zerglabs та його команда. Вони створили котушку висотою близько трьох метрів із розрахунковою потужністю приблизно 30-40 кВт. Ентузіасти обрали різновид котушки Тесла, відому як DRSSTC - Dual Resonant Solid State Tesla Coil. Вона має особливу «музикальність»: видає звуки, висотою яких можна керувати за допомогою midi-пульта.

Команда використала:

  • Мідний провід 1,6 мм.
  • Каналізаційну ПВХ-трубу d=30 мм, відрізок завдовжки 180 см.
  • Мідну трубку діаметром 22 мм.
  • Алюмінієві труби d=50 мм.
  • Фанеру та склотекстоліт для деталей каркасу.

Процес складання:

1. Як і попередні майстри, zerglabs та його «співучасники» спочатку обмотали трубу мідним дротом, щоб зробити вторинний контур. Її закріпили на підставці із фанери.

2. Вторинний контур зробили з мідної трубки, яку поклали у підставку з пазами. Шість витків, діаметр 22 мм.

3. Команда спорудила особливий тороїд, зручний для транспортування. Він складається з фанерних елементів та загнутих алюмінієвих труб і в зібраному вигляді схожий на скелетований пончик. Як пояснює zerglabs, поле «обтягує» тороїд, тому його можна робити не суцільним.

4. Складання електричної частини. У силовому інверторі для великих котушок Тесла часто використовуються IGBT-модулі. Для гігантської котушки команда взяла два модулі CM600DU-24NFH (600 ампер безперервного струму, 1200 вольт), з'єднавши їх за схемою "міст". Модулі скріпили мідними шинами та забезпечили електролітичними та плівковими конденсаторами. У автоматику, що управляє, вбудували автоматичний пускач (велике силове реле) і кілька силових резисторів, щоб при включенні котушка не вибивала запобіжники мережі.

У конструкцію також увійшла батарея конденсаторів: п'ять штук загальною ємністю близько 1,2 мкФ і максимальною напругою 20 кіловольт. Їх поєднали за допомогою мідних пластин.

Складна та секретна частина гігантської котушки – драйвер, що модулює частоту коливань. Він дозволяє керувати розрядами, у тому числі для того, щоб грати на котушках мелодії. Але його схема – інтелектуальна власність розробників.

Про те, що фізик Нікола Тесла був геніальним винахідником і значно випередив свій час, багато хто чув. На жаль, з низки причин більшість його винаходів так і не побачили світ. Але одне з неоднозначних – котушка Тесла, збереглося до наших часів і знайшло застосування в медицині, військовій галузі та світлових шоу.

Якщо дуже коротко, то котушка Тесла (КТ) – це резонансний трансформатор, який створює високочастотний струм. Є інформація, що у своїх експериментах військові довели котушку до потужності 1 ТГц.

Величезна котушка Тесла

Тут варто порушити таке питання – навіщо Тесла її винайшов? Згідно з записами, вчений працював над технологією бездротової передачі електроенергії. Питання вкрай актуальне для всього людства. Теоретично за допомогою ефіру дві потужні КТ, розміщені в парі кілометрів один від одного, зможуть передавати електрику. Для цього вони мають бути налаштовані на однакову частоту. Також є думка, що КТ може стати свого роду вічним двигуном.

Використання даної технології зробить всі наявні сьогодні АЕС, ТЕС, ГЕС та інші просто непотрібними. Людству не доведеться спалювати тверді копалини, наражатися на ризик радіаційного зараження, перекривати русла річок. Але відповідь на запитання, чому ніхто не розвиває цю технологію, Залишається за конспірологами.

Настільна котушка Тесла, що продається сьогодні як сувенір

Принцип роботи

Сьогодні багато домашніх електриків намагаються зібрати КТ, при цьому не завжди розуміючи принцип роботи трансформатора Тесла, через що терплять фіаско. Насправді КТ недалеко втекла від звичайного трансформатора.

Є дві обмотки – первинна та вторинна. Коли до первинної обмотці підводять змінну напругу від зовнішнього джерела, навколо неї створюється магнітне поле або, як його називають, коливальний контур. Коли заряд проб'є розрядник, через магнітне поле енергія почне перетікати до вторинної обмотки, де утворюватиметься другий коливальний контур. Частина енергії, що накопичується в контурі, буде представлена ​​напругою. Її величина буде прямо пропорційна часу утворення контуру.

Таким чином, КТ є два пов'язаних між собою коливальних контуру, що і є визначальною характеристикою при порівнянні зі звичайними трансформаторами. Їхня взаємодія створює іонізуючий ефект, через що ми бачимо стримери (розряди блискавок).

Пристрій котушки

Трансформатор Тесла, схема якого буде представлена ​​нижче, складається з двох котушок, тороїда, захисного кільця і, звичайно, заземлення.

Ескіз настільний КТ

Необхідно розглянути кожен елемент окремо:

  • первинна котушка розташовується у самому низу. До неї підводиться харчування. Вона обов'язково заземлюється. Виготовляється з металу з малим опором;
  • вторинна котушка. Для обмотки використовують емальований мідний дріт приблизно на 800 витків. Таким чином витки не розплетуться і не подряпаються;
  • тороїд. Цей елемент зменшує резонансну частоту, накопичує енергію та збільшує робоче поле.
  • захисне кільце. Уявляє собою незамкнений виток мідного дроту. Встановлюється, якщо довжина стримеру більша за довжину вторинної обмотки;
  • заземлення. Якщо увімкнути незаземлену котушку, стримери (розряди струму) не битиму в повітря, а створять замкнене кільце.

Креслення КТ

Самостійне виготовлення

Отже, найпростіший спосібвиготовлення котушки Тесла для чайників своїми руками. Часто в інтернеті можна побачити суми, що перевищують вартість непоганого смартфона, але насправді трансформатор на 12V, який дасть можливість насолодитися включенням світильника без використання розетки, можна зібрати з купи гаражного мотлоху.

Що має вийти в результаті

Знадобиться мідний емальований дріт. Якщо емальованої не знайти, то додатково знадобиться звичайний лак для нігтів. Діаметр дроту може бути від 0,1 до 0,3 мм. Щоб дотримати кількість витків знадобиться близько 200 метрів. Намотати можна на звичайну ПВХ-трубу діаметром від 4 до 7 см. Висота від 15 до 30 см. Також доведеться придбати транзистор, наприклад, D13007, пара резисторів і проводів. Непогано було б придбати кулер від комп'ютера, який охолоджуватиме транзистор.

Тепер можна приступити до збирання:

  1. відрізати 30 см труби;
  2. намотати на неї дріт. Витки повинні бути якомога щільнішими один до одного. Якщо дріт не покритий емаллю, покрити наприкінці лаком. Зверху труби кінець дроту просмикнути через стінку і вивести нагору так, щоб він стирчав на 2 см вище за поставлену трубу.;
  3. виготовити платформу. Підійде звичайна плита із ДСП;
  4. можна робити першу котушку. Потрібно взяти мідну трубу 6 мм, вигнути в три з половиною витка і закріпити на каркасі. Якщо діаметр трубки менше, то витків має бути більшим. Її діаметр має бути на 3 см більше другої котушки. Закріпити на каркасі. Тут же закріпити другу котушку;
  5. способів виготовлення тороїда досить багато. Можна використовувати мідні трубки. Але простіше взяти звичайну алюмінієву гофру і металеву перекладину для кріплення на кінці дроту, що випирає. Якщо дріт занадто кволий, щоб утримати тороїд, можна використовувати цвях, як на малюнку нижче;
  6. не варто забувати про захисне кільце. Хоча якщо кінець первинного контуру заземлити, від нього можна відмовитися;
  7. коли конструкція готова, транзистор з'єднується за схемою, кріпиться до радіатора або кулера, далі потрібно підвести живлення та монтаж закінчено.

Першу котушку можна зробити плоскою, як на картинці

Як живлення установки багато хто використовують звичайну крону Дюрасель.

Трансформатор Тесла своїми руками, найпростіша схема

Розрахунок котушки

Розрахунок КТ зазвичай проводиться під час виготовлення трансформатора промислової величини. Для домашніх експериментів достатньо використовувати наведені вище рекомендації.

Сам розрахунок підкаже оптимальну кількість витків для вторинної котушки в залежності від витків першої, індуктивність кожної котушки, ємність контурів і, найважливіше, необхідну робочу частоту трансформатора та ємність конденсатора.

Приклад розрахунку КТ

Заходи безпеки

Зібравши КТ, перед запуском потрібно вжити деяких запобіжних заходів. По-перше, потрібно перевірити проводку у приміщенні, де планується підключення трансформатора. По-друге, перевірити ізоляцію обмоток.

Також варто пам'ятати, про найпростіші запобіжні заходи. Напруга вторинної обмотки в середньому дорівнює 700А, 15А для людини вже смертельно. Додатково варто подалі прибрати всі електроприлади, потрапивши в зону роботи котушки, вони з ймовірністю згорять.

КТ – це революційне відкриття свого часу, недооцінене у наші дні. Сьогодні трансформатор Тесла служить лише для розваги домашніх електриків та у світлових уявленнях. Зробити котушку можна самостійно із підручних засобів. Знадобляться ПВХ труба, кілька сотень метрів мідного дроту, пара метрів мідних труб, транзистор та пара резисторів.

Трансформатор (котушка) Тесла (Tesla Coil, TC) - це високочастотний підвищує. резонансний трансформатор— два коливальні контури, налаштовані на однакову резонансну частоту. Умережі можна знайти безліч прикладів яскравих реалізацій цього незвичайного пристрою.

Котушка без феромагнітного сердечника, що складається з безлічі витків тонкого дроту, увінчана тором, випромінює справжні блискавки, вражаючи здивованих глядачів.

З погляду електротехніки в нашому примітивному розумінні, трансформатор Тесла - це первинна та вторинна обмотка, найпростіша схема, яка забезпечує харчування первинної обмотки на резонансній частоті вторинної обмотки, але вихідна напруга зростає у сотні разів. У це важко повірити, але кожен може переконатись у цьому сам.

Як працює трансформатор тесла

Котушка Тесланазвано так на честь її винахідника Миколи Тесла(близько 1891 року).Історія цього винаходу починається з кінця 19 століття, коли геніальний вчений-експериментатор Нікола Тесла, працюючи в США, лише поставив перед собою завдання навчитися передавати електричну енергію на великі відстані без дротів. Апарат для отримання струмів високої частоти та високого потенціалу був запатентований Теслою у 1896 році.

Незважаючи на те, що існує кілька видів котушок тесла, у них є спільні риси.

Трансформатор Тесла – чудова іграшка для тих, хто хоче зробити щось таке собі. Цей пристрій не перестає вражати оточуючих міццю своїх величезних розрядів. Більше того, сам процес конструювання трансформатора дуже цікавий - не часто так багато фізичних ефектів поєднуються в одній нескладній конструкції.

Незважаючи на те, що сама по собі Тесла дуже проста, багато хто з тих, хто намагається її сконструювати, не розуміє як працює трансформатор Тесла.

Принцип дії трансформатора Тесла схожий на роботу звичайного. Трансформатор Тіла складається з двох обмоток – первинної (Lp) та вторинної (Ls) (їх частіше називають “первинка” та “вторинка”). До первинної обмотки підводиться змінна напруга і створює магнітне поле. За допомогою цього поля енергія з первинної обмотки передається у вторинну.


коливання напруги у трансформаторі Тесла

Тесла має три основні характеристики:

  1. резонансною частотою вторинного контуру,
  2. коефіцієнтом зв'язку первинної та вторинної обмоток,
  3. добротністю вторинного контуру.

Коефіцієнт зв'язку визначає, наскільки швидко енергія з первинної обмотки передається у вторинну, а добротність – наскільки довго коливальний контур може зберігати енергію.

Основні деталі та конструкції трансформатора Тесла


Конструкція трансформатора тесла

Тороїд

Тороїд – виконує три функції.

Перша – зменшення резонансної частоти – це актуально для SSTC та DRSSTC, оскільки силові напівпровідники погано працюють на високих частотах.

Друга – накопичення енергії перед утворенням стримеру.

Стрімер - це, насправді, видима іонізація повітря (світіння іонів), створювана ВВ-полем трансформатора.

Чим більше тороїд, тим більше в ньому накопичено енергії і, в момент, коли повітря пробивається, тороїд віддає цю енергію в стрімер, таким чином, збільшуючи його. Для того, щоб отримати вигоду з цього явища в теслах з безперервним накачуванням енергії, використовують переривник.

Третя – формування електростатичного поля, яке відштовхує стример від вторинної обмотки плотника. Від частини цю функцію виконує сама вторинна обмотка, але тороїд може їй добре допомогти. Саме внаслідок електростатичного відштовхування стримеру, він не б'є найкоротшим шляхом у вторинку.

Від використання тороїдо найбільше виграють тесла з імпульсним накачуванням - SGTC, DRSSTC і тесла з переривниками. Типовий зовнішній діаметр тороїда – два діаметри вторинки.

Тороїди зазвичай виготовляють з алюмінієвої гофри, хоча є безліч інших технологій,

Вторинна обмотка – основна деталь Тесла

Типове відношення довжини обмотки плотки до її діаметра намотування 4:1 – 5:1.

Діаметр дроту для намотування плотника зазвичай вибирають так, щоб на вторинному поміщалося 800-1200 витків.

УВАГА!

Не варто мотати надто багато витків на вторинні тонким проводом. Витки на вторинному ринку потрібно розташовувати якомога щільніше один до одного.

Для захисту від подряпин і від розлазу витків, вторинні обмотки зазвичай покривають лаками. Найчастіше для цього застосовуються епоксидна смола та поліуретановий лак. Лакування варто дуже тонкими шарами. Зазвичай, на вторинку наносять мінімум 3-5 тонких шарів лаку.

Мотають вторинну обмотку на повітроводних (білих) або, що гірше, каналізаційних (сірих) трубах ПВХ. Знайти ці труби можна у будь-якому будівельному магазині.

Захисне кільце

Захисне кільце - призначене для того, щоб стрімер, потрапивши в первинну обмотку, не вивів електроніку з ладу. Ця деталь встановлюється на плоті, якщо довжина стримеру більша за довжину вторинної обмотки. Являє собою незамкнутий виток мідного дроту (найчастіше трохи товщі, ніж той з якого виготовляється первинна обмотка трансформатора тесла). Захисне кільце заземляється на загальне заземлення окремим дротом.

Первинна обмотка

Первинна обмотка – виготовляється з мідної труби для кондиціонерів. Повинна мати дуже маленький опір для того, щоб по ній можна було пропускати великий струм. Товщину трубки зазвичай вибирають на око, в переважній більшості випадків вибір падає на 6 мм трубку. Також як первинку використовують дроти більшого перерізу.

Щодо вторинної обмотки встановлюється те щоб забезпечити потрібний коефіцієнт зв'язку.

Часто відіграє роль будовного елемента у тих теслах, де первинний контур є резонансним. Точку підключення до первинці роблять рухомою та її переміщенням змінюють резонансну частоту первинного контуру.

Первинні обмотки зазвичай роблять циліндричними, плоскими або конічними. Зазвичай, плоскі первинки використовуються в SGTC, конічні - SGTC і DRSSTC, а циліндричні - SSTC, DRSSTC і VTTC.


Заземлення

Заземлення - як не дивно, теж дуже важлива деталь плотника. Дуже часто запитують – куди ж б'ють стримери? - стримери б'ють у землю!

Стрімери замикають струм, показаний на картинці синім кольором

Таким чином, якщо заземлення буде погане, стрімерам буде нікуди подітися і їм доведеться бити в плоті (замикати свій струм), замість вивергатися в повітря.

Тому запитуючи, чи обов'язково заземлювати плоть?

Заземлення для плотника – обов'язково.

Існують трансформатори Тесла без первинної обмотки. Вони харчування подається прямо на “земляний” кінець вторинної. Такий метод харчування називається "бейзфід" (basefeed).

Іноді як джерело бейзфідного живлення використовується інший трансформатор Тесла, такий метод харчування називають "магніферним" (Magnifier).

Існують так звані біполярні тесла, вони відрізняються тим, що розряд відбувається не в повітря, а між двома кінцями вторинної обмотки. Таким чином, шлях струму легко може замкнутися і заземлення не потрібне.

Ось найпоширеніші типи котушок Тесла в залежності від способу керування ними:

  1. SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil) – трансформатор Тесла на іскровому проміжку. Це класична конструкція, подібну схему спочатку застосовував сам Тесла. Як комутуючий елемент тут використовується розрядник. У конструкціях малої потужності розрядник являє собою два шматки товстого дроту, розташованих на деякій відстані, а в більш потужних застосовуються складні розрядники, що обертаються з використанням двигунів. Трансформатори цього типу виготовляють, якщо потрібна лише велика довжина стримеру, і не важлива ефективність.
  2. VTTC (VTTC, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор Тесла на електронній лампі. Як комутуючий елемент тут використовується потужна радіолампа, наприклад ГУ-81. Такі трансформатори можуть працювати в безперервному режимі та робити досить товсті розряди. Цей типхарчування найчастіше використовують для побудови високочастотних котушок, які через типовий вид своїх стримерів отримали назву "факельники".
  3. SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) - трансформатор Тесла, в якому як ключовий елемент застосовуються напівпровідники. Зазвичай це IGBT чи MOSFET транзистори. Цей тип трансформаторів може працювати у безперервному режимі. Зовнішній вигляд стримерів, створюваних такою котушкою може бути різним. Цим типом трансформаторів Тесла простіше керувати, наприклад, можна грати на них музику.
  4. DRSSTC (ДРССТЦ, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла з двома резонансними контурами, тут як ключі використовуються, як і в SSTC, напівпровідники. ДРССТЦ – найбільш складний в управлінні та налаштуванні тип трансформаторів Тесла.

Для отримання більш ефективної та ефектної роботи трансформатора Тесла застосовують саме схеми топології DRSSTC, коли потужний резонанс досягається і в первинному контурі, а у вторинному відповідно - яскравіша картина, більш довгі і товсті блискавки (стримери).

Види ефектів від котушки Тесла

  • Дуговий розряд – виникає у багатьох випадках. Він характерний лампових трансформаторів.
    Коронний розряд є свіченням повітряних іонів в електричному полі підвищеної напруги, утворює блакитнувате красиве свічення навколо елементів пристрою з високою напругою, а також має велику кривизну поверхні.
  • Спарк інакше називають іскровим розрядом. Він протікає від терміналу на землю, або на заземлений предмет у вигляді пучка яскравих розгалужених смужок, що швидко зникають або змінюються.
  • Стрімери - це тонкі слабко розгалужувані канали, що містять іонізовані атоми газу і вільні електрони. Вони не йдуть у землю, а протікають у повітря. Стримером називають іонізацію повітря, що утворюється полем трансформатора високої напруги.

Дія котушки Тесла супроводжується тріском електричного струму. Стрімери можуть перетворюватися на іскрові канали. Це супроводжується великим збільшенням струму та енергії. Канал стримеру швидко розширюється, тиск різко підвищується, тому утворюється ударна хвиля. Сукупність таких хвиль подібний до тріску іскор.

Практичне застосування трансформатор тесла

Величина напруги на виході трансформатора Тесла іноді досягає мільйонів вольт, що формує значні повітряні електричні розряди завдовжки кілька метрів. Тому такі ефекти застосовують як створення показових шоу.

Котушка Тесла знайшла практичне застосування в медицині на початку минулого століття. Хворих обробляли малопотужними струмами високої частоти. Такі струми протікають по поверхні шкіри, надають оздоровлюючий та тонізуючий вплив, не завдаючи при цьому жодної шкоди організму людини. Однак потужні струми високої частоти негативно впливають.

Трансформатор Тесла застосовується у військовій техніці для оперативного знищення електронної техніки у будівлі, на кораблі, танку. При цьому на короткий проміжок часу створюється потужний імпульселектромагнітні хвилі. В результаті в радіусі кількох десятків метрів згоряють транзистори, мікросхеми та інші електронні компоненти. Цей пристрій діє абсолютно безшумно. Існують такі дані, що частота струму при функціонуванні такого пристрою може досягати 1 ТГц.

Іноді практично такий трансформатор застосовується для розпалювання газорозрядних ламп, і навіть пошуку течі у вакуумі.

Ефекти котушки Тесла іноді використовують у зйомках фільмів, комп'ютерних іграх.

В даний час котушка Тесла не знайшла широкого застосування на практиці у побуті.

Нове у трансформаторах тесла

В даний час залишаються актуальними питання, якими займався вчений Тесла. Розгляд цих проблемних питань дає можливість студентам та інженерам інститутів поглянути на проблеми науки ширше, структурувати та узагальнювати матеріал, відмовитись від шаблонних думок. Погляди Тесла актуальні сьогодні не тільки в техніці та науці, але й для робіт у нових винаходах, застосування нових технологій на виробництві. Наше майбутнє дасть пояснення явищам та ефектам, відкритим Теслою. Він заклав для третього тисячоліття основи цивілізації.

схема трансформатора тесла на транзисторі

Схема трансформатора тесла виглядає неймовірно просто і складається з:

  1. первинної котушки, виконаної з дроту перетином не менше 6 мм², близько 5-7 витків;
  2. вторинної котушки, намотаної на діелектрик, це провід діаметром до 0,3 мм, 700-1000 витків;
  3. розрядника;
  4. конденсатора;
  5. випромінювача іскрового свічення.

Головна відмінність трансформатора Тесла від усіх інших приладів - у ньому не застосовуються феросплави як осердя, а потужність приладу, незалежно від потужності джерела живлення, обмежена лише електричною міцністю повітря. Суть та принцип дії приладу у створенні коливального контуру, який може реалізовуватись кількома методами:

  1. Генератор коливань частоти побудований на основі розрядника, іскрового проміжку.
  2. Генератор коливання ламп.
  3. На транзисторах.

Відео: Стоячі хвилі в Трансформаторі Тесла, резонанс, коефіцієнт трансформації

Відео: Трансформатор ТЕСЛА своїми руками

Відео: Трансформатор Тесла

Покрокове пояснення процесу складання та запуску одного з найпотужніших трансформаторів Тесла в Росії. Конструктор: Блотнер Борис

Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версіяроботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF

Про скільки нам відкриттів дивнихГотують освіти духІ досвід, син помилок важких,І геній, парадоксів друг,І випадок, бог винахідник...

А.С. Пушкін

Вступ

Актуальність теми

Експериментальна фізика має значення у розвитку науки. Краще один раз побачити, ніж сто разів почути. Ніхто не буде сперечатися з тим, що експеримент - це потужний імпульс розуміння сутності явищ у природі.

У наш час гостро стоїть питання передачі енергії на відстань, зокрема передача енергії бездротовим способом. Тут можна згадати ідеї великого вченого Миколи Тесла, який займався цими питаннями ще в 1900-х роках і досягнув великого успіху, побудувавши свій знаменитий резонансний трансформатор - котушку Тесла. Ось і я вирішив розібратися у цьому питанні самостійно, спробувавши повторити ці експерименти.

Цілі дослідницької роботи

Зібрати котушки Тесла, що діють, за транзисторною технологією (Class-E SSTC) і за ламповою технологією (VTTC)

Поспостерігати за освітою різних видіврозрядів та з'ясувати, наскільки вони небезпечні.

Передати енергію бездротовим способом за допомогою котушки Тесла

Вивчити властивості електромагнітного поля, що генерується котушкою

Вивчити практичне застосування котушки Тесла

Предмет дослідження:

Дві котушки Тесла, зібрані по різним технологіям, поля та розряди, що генеруються цими котушками.

Методи дослідження:

Емпіричні: нагляд високочастотних електричних розрядів, дослідження, експеримент.

Теоретичні: конструювання котушки Тесла, аналіз літератури та можливих електричних схемскладання котушки.

Етапи дослідження:

Теоретична частина. Вивчення літератури з проблем дослідження.

Практична частина. Виготовлення трансформаторів Тесла та проведення дослідів із побудованим обладнанням.

Теоретична частина

Винаходи Миколи Тесла

Нікола Тесла - винахідник в галузі електротехніки та радіотехніки, інженер, фізик. Народився і виріс в Австро-Угорщині, в наступні роки в основному працював у Франції та США.

Також він відомий як прихильник існування ефіру: відомі численні його досліди та експерименти, метою яких було показати наявність ефіру як особливої ​​форми матерії, що піддається використанню у техніці. Іменем Н. Тесла названа одиниця виміру щільності магнітного потоку. Сучасники-біографи вважали Тесла «людиною, яка винайшла XX століття» та «святим заступником» сучасної електрики. Ранні роботи Тесла проклали шлях до сучасної електротехніки, його відкриття раннього періоду мали інноваційне значення.

У лютому 1882 року Тесла придумав, як можна було б використовувати в електродвигуні явище, яке пізніше отримало назву магнітного поля, що обертається. У вільний час Тесла працював над виготовленням моделі асинхронного електродвигуна, а в 1883 демонстрував роботу двигуна в мерії Страсбурга.

У 1885 році Нікола представив 24 різновиди машини Едісона, новий комутатор і регулятор, які значно покращують експлуатаційні характеристики.

У 1888—1895 роках Тесла займався дослідженнями магнітних полів та високих частот у своїй лабораторії. Ці роки були найпліднішими, саме тоді він запатентував більшість своїх винаходів.

Наприкінці 1896 року Тесла досяг передачі радіосигналу з відривом 48 км.

У Колорадо Спрінгс Тесла організував невелику лабораторію. Для вивчення гроз Тесла сконструював спеціальний пристрій, що є трансформатором, один кінець первинної обмотки якого був заземлений, а другий з'єднувався з металевою кулею на стрижні, що висувається вгору. До вторинної обмотки підключався чутливий пристрій, що самоналаштовується, з'єднаний з записуючим приладом. Цей пристрій дозволив Ніколі Тесле вивчати зміни потенціалу Землі, в тому числі і ефект електромагнітних хвиль, що стоять, викликаний грозовими розрядами в земній атмосфері. Спостереження навели винахідника на думку можливість передачі електроенергії без проводів великі відстані.

Наступний експеримент Тесла направив на дослідження можливості самостійного створення стояків електромагнітної хвилі. На величезну основу трансформатора були намотані витки первинної обмотки. Вторинна обмотка з'єднувалася з 60-метровою щоглою і закінчувалася мідною кулею метрового діаметру. При пропусканні через первинну котушку змінної напруги кілька тисяч вольт у вторинній котушці виникав струм з напругою кілька мільйонів вольт і частотою до 150 тисяч герц.

При проведенні експерименту було зафіксовано грозоподібні розряди, що виходять від металевої кулі. Довжина деяких розрядів досягала майже 4,5 метрів, а грім було чути на відстані до 24 км.

На підставі експерименту Тесла зробив висновок про те, що пристрій дозволив йому генерувати стоячі хвилі, які сферично поширювалися від передавача, а потім із зростаючою інтенсивністю сходилися в діаметрально протилежній точці земної кулі, десь біля островів Амстердам і Сен-Поль в Індійському океані.

В 1917 Тесла запропонував принцип дії пристрою для радіовиявлення підводних човнів.

Одним з його найзнаменитіших винаходів є трансформатор (котушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, а також котушка Тесла - пристрій, винайдений Миколою Тесла і носить його ім'я. Є резонансним трансформатором, що виробляє високу напругу високої частоти. Прилад був запатентований 22 вересня 1896 як «Апарат для виробництва електричних струмів високої частоти та потенціалу».

Найпростіший трансформатор Тесла складається з двох котушок - первинної та вторинної, а також розрядника, конденсаторів, тороїда та терміналу.

Первинна котушка зазвичай містить кілька витків дроту великого діаметра або мідної трубки, а вторинна близько 1000 витків дроту меншого діаметра. Первинна котушка разом із конденсатором утворює коливальний контур, у якому включений нелінійний елемент — розрядник.

Вторинна котушка також утворює коливальний контур, де роль конденсатора переважно виконують ємність тороїда і власна міжвиткова ємність самої котушки. Вторинну обмотку часто покривають шаром епоксидної смоли або лаку для запобігання електричному пробою.

Таким чином, трансформатор Тесла є двома пов'язаними коливальними контурами, що і визначає його чудові властивості і є головною його відмінністю від звичайних трансформаторів.

Після досягнення між електродами розрядника напруги пробою, у ньому виникає лавиноподібний електричний пробій газу. Конденсатор розряджається через розрядник на котушку. Тому ланцюг коливального контуру, що складається з первинної котушки і конденсатора, залишається замкненим через розрядник, і в ньому виникають високочастотні коливання. У вторинному ланцюзі виникають резонансні коливання, що призводить до появи на терміналі високої напруги.

У всіх типах трансформаторів Тесла основний елемент трансформатора – первинний та вторинний контури – залишається незмінним. Однак одна з його частин – генератор високочастотних коливань може мати різну конструкцію.

Практична частина.

Котушка Тесла (Class-ESSTC)

Резонансний трансформатор складається з двох котушок, які не мають загального залізного сердечника, - це потрібно для створення низького коефіцієнта зв'язку. На первинній обмотці знаходиться кілька витків товстого дроту. На вторинну обмотку намотують від 500 до 1500 витків. За рахунок такої конструкції котушка Тесла має такий коефіцієнт трансформації, який у 10-50 разів більше, ніж відношення кількості витків на вторинній обмотці до кількості витків на первинній. При цьому повинна дотримуватися умов виникнення резонансу між первинним і вторинним коливальними контурами. Напруга на виході такого трансформатора може перевищувати кілька мільйонів Вольт. Саме ця обставина і забезпечує виникнення видовищних розрядів, довжина яких може досягати одразу кількох метрів. В Інтернеті можна знайти різні варіанти виготовлення джерел високої частоти та напруги. Я вибрав одну із схем.

Установку я збирав сам на основі вищезгаданої схеми (Рис.1). Котушка намотана на каркасі від пластмасової (сантехнічної) труби з діаметром 80 мм. Первинна обмотка містить лише 7 витків, провід діаметром 1 мм, був використаний одножильний мідний провід МГТФ. Вторинна обмотка містить близько 1000 витків обмотувального дроту діаметром 0,15 мм. Вторинна обмотка мотається акуратно, виток до витка. В результаті вийшло пристрій, що виробляє високу напругу при високій частоті. (Мал.2)

Велика котушка Тесла (VTTC)

Ця котушка зібрана з урахуванням генераторного пентода гу-81м за автогенераторной схемою, тобто. із самозбудженням струму сітки лампи.

Як очевидно за схемою (Рис.3), лампа підключена як тріод, тобто. всі сітки об'єднані між собою. Конденсатор C1 та діод VD1 утворюють однонапівперіодний подвоювач. Резистор R1 та конденсатор C3 потрібні для регулювання режиму роботи лампи. Котушка L2 потрібна для збудження струму сітки. Первинний коливальний контур утворюється з конденсатора C2 та котушки L1. Вторинний коливальний контур утворений котушкою L3 та її власною міжвитковою ємністю. Первинна обмотка на каркасі діаметром 16 см містить 40 витків з відведеннями від 30, 32, 34, 36 та 38 витків, для підстроювання резонансу. Вторинна обмотка містить близько 900 витків на каркасі діаметром 11см. Зверху вторинної обмотки знаходиться тороїд, він необхідний для накопичення електричних зарядів.

Обидві ці установки (Рис.2 і Рис.3) призначені для демонстрації високочастотних струмів високої напруги та способів їх створення. Також котушки можуть бути використані для бездротової передачі електричного струму. У ході роботи я продемонструю дію та можливості виготовлених мною котушок Тесла.

Експериментальні досліди застосування котушки Тесла

З готовою котушкою Тесла можна провести низку цікавих дослідів, проте необхідно дотримуватись правил безпеки . Для проведення дослідів має бути дуже надійне проведення, поблизу котушки не повинно бути предметів, має бути можливість аварійно знеструмити обладнання.

Під час роботи котушка Тесла створює гарні ефектипов'язані з утворенням різних видів газових розрядів Зазвичай люди збирають ці котушки для того, щоб подивитися на ці вражаючі, гарні явища.

Котушка Тесла може створювати кілька видів розрядів:

-Спарки- це іскрові розряди між котушкою, і будь-яким предметом, що виробляє характерну бавовну, через різке розширення газового каналу, як при природній блискавці, але в меншому масштабі.

-Стрімери -тонкі розгалужені канали, що тьмяно світяться, містять іонізовані атоми газу і відщеплені від них вільні електрони. Протікає від терміналу котушки прямо у повітря, не йдучи в землю. Стрімер – це видима іонізація повітря. Тобто. світіння іонів, що утворює високу напругу трансформатора.

-Коронний розряд- Світіння іонів повітря в електричному полі високої напруги. Створює красиве блакитне свічення навколо високовольтних частин конструкції з сильною кривизною поверхні.

-Дуговий розряд- утворюється за достатньої потужності трансформатора, якщо його терміналу близько піднести заземлений предмет. Між ним і терміналом спалахує дуга.

Деякі хімічні речовини, нанесені на розрядний термінал, здатні змінювати колір розряду. Наприклад, натрій змінює блакитний колір розряду на помаранчевий, бір - на зелений, марганець - на синій, а літій - на малинове забарвлення.

За допомогою цих котушок можна провести низку досить цікавих, красивих та ефектних експериментів. Тож почнемо:

Досвід 1: Демонстрація газових розрядів. Стример, спарк, дуговий розряд

Устаткування: котушка Тесла, товстий мідний дріт.

Рис.4 та Рис.5

При включенні котушки з терміналу починає виходити розряд, який у довжину 5-7мм

Досвід 2: Демонстрація розряду в люмінесцентної лампи

УстаткуванняКабіна: котушка Тесла, люмінесцентна лампа (лампа денного світла).

мал.6 мал.7

Спостерігається свічення у люмінесцентній лампі на відстані до 1 м. від установки.

Досвід 3: Експеримент із папером

Устаткування: котушка Тесла, папір.

мал.8 мал.9

При внесенні паперу в розряд, стример швидко охоплює її поверхню і через кілька секунд папір спалахує.

Досвід 4: «Дерево» із плазми

Устаткування: котушка Тесла, тонкий багатожильний провід.

Розгалужуємо жили у заздалегідь зачищеного від ізоляції дроту, і, прикручуємо до терміналу, в результаті отримуємо дерево з плазми.

Досвід 5: Демонстрація газових розрядів на великій котушці Тесла. Стример, спарк, дуговий розряд

Устаткування

Рис.11 Рис.12 Рис.13

При включенні котушки з терміналу починає виходити розряд, який у довжину 45-50см, при піднесенні предмета до тороїду - загоряється дуга

Досвід 6: Розряди в руку

Устаткування: велика котушка Тесла, рука.

Рис.14 Рис.15

При піднесенні руки до стрімера розряди починають бити в руку, не завдаючи болю.

Досвід 7: Демонстрація газових розрядів із предмета, що знаходиться у полі котушки Тесла.

Устаткування: велика котушка Тесла, товстий мідний дріт.

Рис.16 Рис.17

Мал.18 Мал.19

При внесенні мідного дроту в полі котушки Тесла (з прибраним терміналом) відбувається поява розряду з дроту у бік тороїда.

Досвід 8: Демонстрація розряду в кулі, наповненої розрідженим газом, у полі котушки Тесла

Устаткування: велика котушка Тесла, куля наповнена розрідженим газом.

Мал.20 Мал.21

Рис.22 Рис.23

При внесенні кулі у поле котушки Тесла спалахує розряд усередині кулі.

Досвід 9: Демонстрація розряду в неонових та люмінісцентних лампах.

Устаткування: велика котушка Тесла, неонові та люмінісцентні лампи.

Рис.24 Рис.25

При внесенні лампи в поле котушки Тесла спалахує розряд усередині неонових та люмінісцентних ламп на відстані до 1,5 м.

Досвід 10: Розряди з руки

Устаткування: велика котушка Тесла, рука з напальчниками із фольги.

мал.26 мал.27 мал.28

При внесенні руки в поле котушки Тесла (з прибраним терміналом) відбувається поява розряду з напальчників у бік тороїда.

Висновок

Усі цілі виконані. Я побудував дві котушки і на їх прикладі довів такі гіпотези:

Котушка Тесла може генерувати реальні електричні розряди різних видів.

Розряди, створювані котушкою тесла, безпечні для людини і не можуть завдати їй шкоди шляхом удару електричним струмом. До вихідної котушки високої напруги можна навіть торкнутися шматком металу чи рукою. Чому при дотику до джерела напруги 1000000 У високої частоти з людиною нічого не трапляється? Тому що при перебігу високої частоти спостерігається так званий скін-ефект, тобто. заряди течуть лише з обох боків провідника, не чіпаючи серцевину.

Струм протікає по шкірі, і не стосується внутрішніх органів. Саме тому можна безпечно торкатися цих блискавок.

Котушка Тесла може передавати енергію без дротів шляхом створення електромагнітного поля.

Енергія цього поля може передаватися як у будь-які предмети у цьому полі, від розріджених газів, до людини.

Сучасне застосування ідей Миколи Тесла:

Змінний струм є основним способом передачі електроенергії великі відстані.

Електрогенератори є основними елементами у генерації електроенергії на електростанціях турбінного типу (ГЕС, АЕС, ТЕС).

Електродвигуни змінного струму, вперше створені Миколою Тесла, використовуються у всіх сучасних верстатах, електропоїздах, електромобілях, трамваях, тролейбусах.

Радіокерована робототехніка набула широкого поширення не тільки в дитячих іграшках та бездротових телевізійних та комп'ютерні пристрої(пульти управління), а й у військовій сфері, у цивільній сфері, у питаннях військової, цивільної та внутрішньої, а також зовнішньої безпеки країн тощо.

Бездротові зарядні пристрої вже використовуються для заряджання мобільних телефонів.

Змінний струм, вперше отриманий Тесла, є основним способом передачі електроенергії на великі відстані

Використання в розважальних цілях та шоу.

У фільмах епізоди будуються на демонстрації трансформатора Тесла у комп'ютерних іграх.

На початку XX століття трансформатор Тесла знайшов популярне використання в медицині. Пацієнтів обробляли слабкими високочастотними струмами, які протікаючи тонким шаром поверхні шкіри, не завдавали шкоди внутрішнім органам, надаючи при цьому «тонізуючий» і «оздоровлюючий» вплив.

Він використовується для запалювання газорозрядних ламп і для пошуку течій у вакуумних системах.

Помилкова думка, що котушки Тесла не мають широкого практичного застосування. Основне їх використання посідає розважально-медійну сферу розваг та шоу. При цьому самі котушки або пристрої, що використовують принципи роботи котушок, досить поширені в нашому житті, про що свідчать наведені вище приклади.

Література

    Піштало Ст.Нікола Тесла. Портрет серед масок. - М: Абетка-класика, 2010

    Ржонсніцький Б. Н.Нікола Тесла. Життя чудових людей. Серія біографій Випуск 12. – М: Молода гвардія, 1959.

    Фейгін О. Нікола Тесла: Спадщина великого винахідника. - М: Альпіна нон-фікшн, 2012.

    Тесла та його винаходи. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

    Цверава Г. К. Нікола Тесла, 1856-1943. – Ленінград. Наука. 1974.

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

7. Нікола Тесла: біографія http://www.people.su/107683



Завантаження...
Top