Tesla History Coil, ako to funguje, na čo je to pre

Ten Tesla cievka Je to povstanie, ktoré funguje ako vysoký napätie a vysokofrekvenčný generátor. Vymyslel ho fyzik Nikola Tesla (1856 - 1943), ktorý ho patentoval v roku 1891.

Magnetická indukcia prinútila Tesla premýšľať o možnosti prenosu elektriny bez zásahu vodiča. Preto myšlienka vedca a vynálezcu bolo vytvoriť prístroj, ktorý slúžil na transponovanie elektriny bez použitia káblov. Použitie tohto stroja je však veľmi málo efektívne, takže sa na tento účel čoskoro opustilo.

postava 1. Demonštrácia s cievkou Tesla. Zdroj: Pixabay.

Napriek tomu sa cievky Tesla stále dajú nájsť s niektorými špecifickými aplikáciami, ako sú vysokorovné veže alebo experimenty fyziky.

[TOC]

História

Cievku vytvorila Tesla krátko po tom, čo sa objavili Hertzove experimenty. Rovnaká Tesla sa nazýva „prístroj na prenos elektriny“. Tesla chcela dokázať, že elektrina by sa mohla prenášať bez vlákien.

Vo svojom laboratóriu Colorado Springs mal Tesla k dispozícii obrovskú cievku 16 -metrov spojenú s anténou. Zariadenie sa použilo na vykonávanie experimentov s prenosom energie.

Experimentujte s cievkami Tesla.

Pri jednej príležitosti došlo k nehode spôsobenej touto cievkou, v ktorej dynamos zhorel z centrálneho umiestneného 10 kilometrov ďalej. Po poruche sa okolo okien Dinamos vyrábali elektrické oblúky.

Nič z toho odrádza Tesla, ktorá pokračovala v pokuse s mnohými dizajnmi cievok, ktoré sú dnes známe svojím menom.

Ako to funguje?

Slávna cievka Tesla je jedným z mnohých návrhov, ktoré Nikola Tesla vyrobila s cieľom prenášať elektrinu bez káblov. Pôvodné verzie boli veľkej veľkosti a používali vysoké zdroje napätia a vysokého prúdu.

Prirodzene dnes existujú oveľa menšie, kompaktné a domáce návrhy, ktoré popíšeme a vysvetlíme v nasledujúcej časti.

Obrázok 2. Základná schéma cievky Tesla. Zdroj: Self Made.

Dizajn založený na pôvodných verziách cievky Tesla je uvedený na predchádzajúcom obrázku. Elektrická schéma predchádzajúceho čísla možno rozdeliť do troch častí.

Zdroj (f)

Zdroj pozostáva z striedavého prúdového generátora a transformátora s vysokým ziskom. Výstup zdroja je zvyčajne medzi 10000 V a 30000 V.

Prvý rezonančný obvod LC 1

Skladá sa z prepínača S známeho ako „iskrová medzera“ alebo „výbuch“, ktorý uzatvára obvod, keď iskra skočí medzi jej koncami. Obvod LC 1 má tiež kondenzátor C1 a cievku L1 pripojenú v sérii.

Druhý rezonančný obvod LC 2

Obvod LC 2 pozostáva z cievky L2, ktorá má pomer približne 100 až 1 zákruty v porovnaní s cievkou L1 a kondenzátorom C2. Kondenzátor C2 sa spája s cievkou L2 cez Zem.

Cievka L2 je zvyčajne drôt valcovanie. Cievka L1, aj keď nie je uvedená v schéme, sa valí na cievke L2.

Kondenzátor C2, rovnako ako všetky kondenzátory, pozostáva z dvoch kovových dosiek. V Teslových cievkach má jedna z dosiek C2 zvyčajne tvar sférickej alebo toroidálnej kupoly a je spojená v sérii so cievkou L2.

Druhou doskou C2 je blízky prostredie, napríklad kovový podstavec dokončený v gule a uzemnenie na zatvorenie obvodu s druhým koncom L2, tiež uzemneného na zem.

Môže vám slúžiť: Kompresná skúška: Ako sa to robí, vlastnosti, príklady

Mechanizmus akcie

Ak je do prevádzky vložená cievka Tesla, zdroj vysokého napätia načíta kondenzátor C1. Keď dosiahne dostatočne vysoké napätie, spôsobí, že iskra skočí v Suiche S (iskrová medzera alebo explosor), čím sa zavrie rezonančný obvod I.

Potom sa kondenzátor C1 stiahol cez cievku L1, ktorá generuje variabilné magnetické pole. Toto variabilné magnetické pole tiež prechádza cez cievku L2 a indukuje elektromotívnu silu na cievku L2.

Pretože L2 má asi 100 kôl viac ako L1, elektrické napätie v L2 je 100 -krát väčšie ako v L1. A ako v L1, napätie je rádovo 10 tisíc voltov, potom v L2 bude 1 milión voltov.

Magnetická energia akumulovaná v L2 sa prenáša ako elektrická energia na kondenzátor C2, ktorý keď dosahuje maximálne hodnoty napätia rádovo milión voltov ionizuje vzduch, vytvára iskru a náhle vypúšťa cez zem. Sťahovanie sa vyskytuje medzi 100 a 150 krát za sekundu.

Obvod LC1 sa nazýva rezonančný, pretože akumulovaná energia v kondenzátore C1 prechádza na cievku L1 a naopak; to znamená, že dochádza k oscilácii.

To isté sa deje v LC2 rezonančnom obvode, v ktorom sa magnetická energia cievky L2 prenáša ako elektrická energia na kondenzátor C2 a naopak. To znamená, že v okruhu je striedavo spútaný prúd striedavo.

Frekvencia prírodnej oscilácie v obvode LC je

Vzájomná rezonancia a indukcia

Ak sa energia, ktorá je dodávaná do LC obvodov, vyskytne pri rovnakej frekvencii ako frekvencia kmitania prírodného obvodu, potom je prenos energie optimálny a vytvára maximálnu zosilnenie v obvodovom prúde. Tento jav spoločný pre všetky oscilačné systémy je známy ako rezonancia.

Obvody LC1 a LC2 sú magneticky spojené, ďalší jav, ktorý sa nazýva vzájomná indukcia.

Aby bol prenos energie obvodu LC1 na LC2 a naopak optimálny, musia sa zhodovať prirodzené kmitané frekvencie obidvoch obvodov a mali by sa tiež zhodovať s frekvenciou zdroja vysokého napätia.

To sa dosiahne úpravou hodnôt kapacity a indukčnosti v obidvoch obvodoch, frekvencie kmitania sa zhodujú s frekvenciou zdroja:

Ak k tomu dôjde, zdrojová energia sa efektívne prenáša do obvodu LC1 a LC1 do LC2 obvodu. V každom oscilačnom cykle sa akumulovaná elektrická a magnetická energia v každom obvode zvyšuje.

Keď je elektrické napätie v C2 dostatočne vysoké, potom sa energia uvoľní vo forme lúčov pomocou výboja C2 do zeme.

Použitie cievky Tesla

Pôvodná myšlienka Tesly vo svojich experimentoch s týmito cievkami bola vždy na nájdenie spôsobu, ako vysielať elektrinu vo veľkej vzdialenosti bez zapojenia.

Avšak malá účinnosť tejto metódy v dôsledku disperzných energetických strát prostredníctvom životného prostredia je potrebné hľadať iné prostriedky na prenos elektrickej sily energie. Dnes zapojenie pokračuje.

Môže vám slúžiť: Lenzov zákon: vzorec, rovnice, aplikácie, príkladyPlazmová lampa, ktorá pomohla vyvinúť experiment Tesla.

Mnohé z nápadov Nikola Tesla sú však stále prítomné v súčasných systémoch zapojenia. Napríklad výťahy napätia v elektrických rozvodoch, ktoré sa majú vysielať pomocou.

Napriek tomu, že nemali veľké použitie, Tesla Coils sú naďalej užitočné vo vysokonapäťovom elektrickom priemysle na testovanie izolačných systémov, veží a iných elektrických zariadení, ktoré musia bezpečne pracovať. Používajú sa tiež v rôznych reláciách na generovanie lúčov a iskier, ako aj v niektorých fyzických experimentoch.

V experimentoch s vysokým napätím s vysokými rozmermi Tesla cievok je dôležité prijať bezpečnostné opatrenia. Príkladom je použitie klietok Faraday na ochranu pozorovateľov a kovové mriežky pre umelcov, ktorí sa zúčastňujú na výstavách s týmito cievkami.

Ako si vyrobiť domácu Tesla Cievku?

Komponenty

V tejto miniatúrnej verzii cievky Tesla sa nebude používať striedavý prúd s vysokým napätím. Naopak, zdrojom energie bude batéria 9 V, ako je znázornené v schéme na obrázku 3.

Obrázok 3. Schéma na vybudovanie mini cievky Tesla. Zdroj: Self Made.

Ďalším rozdielom s pôvodnou verziou Tesla je použitie tranzistora. V našom prípade to bude 2222a, čo je nízky signálny tranzistor NPN, ale rýchla odozva alebo vysoká frekvencia.

Obvod má tiež prepínač S, 3 -laps primárnu cievku L1 a sekundárnu cievku L2 s najmenej 275 zákrut, ale môže byť tiež medzi 300 a 400 kolami.

Primárna cievka môže byť vytvorená s bežným káblom s plastovým izolátorom, ale stredná škola vyžaduje tenký kábel pokrytý izolačným lakom, ktorý sa zvyčajne používa v epopináciach. Valcovaný je možné vykonať na lepenke alebo plastovej trubici s priemerom medzi 3 a 4 cm.

Použitie tranzistora

Malo by sa pamätať na to, že v čase Nikola Tesla neexistovali žiadne tranzistory. V tomto prípade tranzistor nahrádza „iskrovú medzeru“ alebo „výbuch“ pôvodnej verzie. Tranzistor sa použije ako brána, ktorá umožňuje aktuálny priechod alebo nie. Za to je tranzistor polarizovaný nasledovne: Zberateľ c k pozitívnemu terminálu a emitentovi a do zápornej batérie.

Keď základňa b Má pozitívnu polarizáciu, potom umožňuje prechod z kolektora k odosielateľovi a inak mu bráni.

V našej schéme sa základňa spája s kladnou batériou, ale rezistencia na 22 -kilogram ohm je rozptýlená, aby sa obmedzil nadbytok prúdu, ktorý môže tranzistor spáliť.

Obvod tiež ukazuje diódu LED, ktorá môže byť červená. Jeho funkcia bude vysvetlená neskôr.

Na voľnom konci sekundárnej cievky L2 je umiestnená kovová guľa, ktorá sa dá postaviť pokrývajúca polystyrénu alebo guľôčku s hliníkovou fóliou s hliníkovou fóliou.

Tento sférit je plaket kondenzátora C, druhý plak je životné prostredie. To je známe pod názvom parazitovej kapacity.

Prevádzka Tesla mini cievky

Keď je spínač S uzavretý, tranzistorová základňa je pozitívne polarizovaná a horný koniec primárnej cievky je tiež pozitívne polarizovaný. Takže prúd, ktorý prechádza primárnou cievkou, sa náhle objaví cez zberateľ, vyjde z odosielateľa a vracia sa do zásobníka.

Môže vám slúžiť: Zrýchlenie gravitácie: Čo je to, ako sa meralo a cvičenia

Tento prúd rastie z nuly na maximálnu hodnotu vo veľmi krátkom čase, a preto indukuje elektromotívnu silu v sekundárnej cievke. To vytvára prúd, ktorý prechádza zo spodnej časti cievky L2 k spodnej časti tranzistora. Tento prúd náhle prestane pozitívnu polarizáciu základne v spôsobe, akým prúd primárne prúdi.

V niektorých verziách je LED dióda odstránená a obvod funguje. Umiestnenie však zlepší účinnosť rezu polarizácie tranzistorovej základne.

Čo sa stane, keď prúd cirkuluje?

Počas rýchleho rastového cyklu v primárnom obvode bola v sekundárnej cievke indukovaná elektromotívna sila. Pretože pomer vypaľovania medzi primárnym a sekundárnym.

Z dôvodu vyššie uvedeného je v sfére kondenzátora C intenzívne elektrické pole schopné ionizovať nízkotlakový plyn z neónovej trubice alebo fluorescenčnú žiarovku, ktorá sa blíži k gule C a zrýchľuje voľné elektróny do trubice, aby excitovali atómy, ktoré produkujú atómy, ktoré produkujú ľahké emisie.

Keď prúd náhle prestal cez cievku L1 a cievka L2 bola prepustená vzduchom obklopujúcim C smerom k zemi, cyklus bol reštartovaný.

Dôležitým bodom v tomto type obvodu je, že všetko sa deje vo veľmi krátkom čase, takže existuje vysokofrekvenčný oscilátor. V tomto type obvodu je Suicheo alebo rýchla oscilácia produkovaná tranzistorom dôležitejšia ako jav rezonancie opísaného v predchádzajúcej časti a odkazuje sa na pôvodnú verziu cievky Tesla.

Pokusy navrhnuté s Tesla Mini Coils

Akonáhle je vytvorenie cievky Tesla Mini, je možné s ňou experimentovať. Je zrejmé, že lúče a iskry pôvodných verzií nevyskytnú.

Avšak pomocou fluorescenčnej žiarovky alebo neónovej trubice môžeme pozorovať, ako kombinovaný účinok intenzívneho elektrického poľa generovaného v kondenzátore na konci cievky a vysokej oscilácie tohto poľa urobia lampu žiarovku Osvetľovať sotva sa blíži ku kondenzačnej gule.

Intenzívne pole elektriny ionizuje nízkotlakový plyn vo vnútri trubice a ponecháva voľné elektróny vo vnútri plynu. Vysoká frekvencia obvodu tak spôsobuje, že voľné elektróny vo vnútri fluorescenčnej trubice urýchľujú a excitujte fluorescenčný prášok priľnavý k vnútornej stene trubice, čo spôsobuje, že jej emituje svetlo.

Môžete sa tiež priblížiť k žiarivej LED k gule C a pozorovať, ako sa zapne, aj keď sa špendlíky LED nevhodili.

Odkazy

1. Blake, T. Teória cievok Tesla. Získané z: TB3.com.
2. Burnett, r. Prevádzka cievky Tesla. Získané z: Richieburnett.co.Uk.
3. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. Kopec MacGraw. 626-628.
4. University of Wisconsin-Madison. Tesla cievka. Získané z: zázrakov.Fyzika.Wisc.Edu.
5. Wikiwand. Tesla cievka. Získané z: Wikiwand.com.