テスラコイルで何ができるのか。テスラコイル

25.08.2023

サロン

コチネヴァ L.S. （ペルミ、MBOU「体育館No.17」）

1. ピシュタロ V. ニコラ・テスラ。マスクの中の肖像画。 – M: ABC クラシック、2010 年。

2. Rzhonsnitsky B.N. ニコラ・テスラ。素晴らしい人々の人生。伝記シリーズ。第 12 号。 – M: ヤングガード、1959 年。

3. フェイギン・O・ニコラ・テスラ：偉大な発明家の遺産。 – M.: アルピナノンフィクション、2012 年。

4. テスラと彼の発明。 http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20。

5. ツヴェラヴァ G.K. ニコラ・テスラ、1856-1943。 - レニングラード。科学。 1974年。

6. ウィキペディア https://ru.wikipedia.org/wiki/?%D0?%A2?%D0?%B5?%D1?%81?%D0?%BB?%D0?%B0,_?%D0 ?%9D?%D0?%B8?%D0?%BA?%D0?%BE?%D0?%BB?%D0?%B0。

7. ニコラ・テスラ：伝記 http://www.people.su/107683。

ああ、私たちはどれほど素晴らしい発見をしたことでしょう

悟りの精神を整える

そして経験、困難な間違いの息子、

そして天才、パラドックスの友人、

そして偶然、発明者なる神よ…

として。プーシキン

トピックの関連性

実験物理学は科学の発展において非常に重要です。百回聞くより一度見たほうがいい。実験が自然界の現象の本質を理解するための強力な推進力であることに異論を唱える人はいないでしょう。

今日、エネルギーを遠隔に伝送すること、特にエネルギーを無線で伝送することは緊急の課題となっている。ここでは、偉大な科学者ニコラテスラのアイデアを思い出すことができます。彼は 1900 年代にこれらの問題に取り組み、有名な共振変圧器であるテスラコイルを構築することで目覚ましい成功を収めました。そこで私は、これらの実験を繰り返すことで、この問題を自分で解決することにしました。

研究活動の目的

トランジスタ技術 (クラス E SSTC) と真空管技術 (VTTC) を使用して動作するテスラコイルを組み立てます

さまざまな種類の放電の形成を観察し、それらがどれほど危険であるかを調べてください。

テスラコイルを使用してエネルギーをワイヤレスで転送

テスラコイルによって生成される電磁場の特性を研究する

テスラコイルの実用的な応用を探る

研究テーマ

異なる技術、磁場、およびこれらのコイルによって生成される放電を使用して組み立てられた 2 つのテスラコイル。

研究手法：

経験的：高周波放電の観察、研究、実験。

理論: テスラコイルの設計、文献の分析、およびコイルを組み立てるための可能な電気回路。

研究段階

理論的な部分。研究課題に関する文献を調べます。

実践的な部分。テスラ変圧器を製造し、構築した装置で実験を行います。

理論部分

ニコラ・テスラの発明

ニコラ・テスラは、電気工学および無線工学の分野の発明家、エンジニア、物理学者です。オーストリア＝ハンガリー帝国で生まれ育ち、その後は主にフランスとアメリカで活動しました。

彼はエーテルの存在の支持者としても知られています。彼の数多くの実験が知られており、その目的はテクノロジーで使用できる特別な物質の形態としてのエーテルの存在を示すことでした。磁束密度の測定単位は、N. テスラにちなんで名付けられました。現代の伝記作家はテスラを「20世紀を発明した男」であり、現代電気の「守護聖人」とみなした。テスラの初期の研究は現代の電気工学への道を切り開き、彼の初期の発見は革新的でした。

1882 年 2 月、テスラは、後に回転磁界として知られる現象を電気モーターに利用する方法を発見しました。テスラは自由時間に非同期電気モーターのモデルの作成に取り組み、1883 年にストラスブール市庁舎でエンジンの動作をデモンストレーションしました。

1885 年、ニコラは 24 種類のエジソン機械、新しい整流子と調整器を導入し、性能が大幅に向上しました。

1888 年から 1895 年にかけて、テスラは研究室で磁場と高周波の研究に従事しました。この数年間が最も実り豊かな時期であり、彼が発明したほとんどの特許を取得したのはこの時でした。

1896 年末、テスラは 48 km の距離にわたる無線信号伝送を達成しました。

テスラはコロラドスプリングスに小さな研究所を設立しました。雷雨を研究するために、テスラは特別な装置を設計しました。それは変圧器であり、その一次巻線の一端は接地され、もう一端は上方に延びるロッド上の金属ボールに接続されました。記録装置に接続された高感度の自動調整装置が二次巻線に接続されました。この装置により、ニコラテスラは、地球の大気中の雷放電によって引き起こされる定在電磁波の影響を含む、地球の電位の変化を研究することができました。観察により、発明者は長距離を無線で送電する可能性について考えるようになりました。

テスラの次の実験は、定常電磁波を独立して生成する可能性を探ることを目的としていました。一次巻線は変圧器の巨大なベースに巻かれていました。二次巻線は 60 メートルのマストに接続され、直径 1 メートルの銅ボールで終わりました。一次コイルに数千ボルトの交流電圧を流すと、二次コイルには数百万ボルトの電圧と最大15万ヘルツの周波数の電流が発生します。

実験中、金属球から発せられる稲妻のような放電が記録されました。一部の放電の長さは約4.5メートルに達し、最大24キロメートル離れたところで雷鳴が聞こえた。

実験に基づいて、テスラは、この装置によって定在波が生成され、送信機から球状に伝播し、地球上の正反対の地点、アムステルダム島とセントポール島の近くのどこかで強度が増加して収束したと結論付けました。インド洋。

1917 年、テスラは潜水艦の無線探知装置の動作原理を提案しました。

彼の最も有名な発明の 1 つは、テスラ変圧器 (コイル) です。

テスラコイルとしても知られるテスラ変圧器は、ニコラテスラによって発明され、彼の名前が付けられた装置です。高電圧、高周波を発生する共振トランスです。この装置は、1896 年 9 月 22 日に「高周波および電位の電流を生成する装置」として特許を取得しました。

最も単純なテスラ変圧器は、一次コイルと二次コイルの 2 つのコイル、スパークギャップ、コンデンサ、トロイド、端子で構成されています。

通常、一次コイルには大きな直径のワイヤまたは銅管が数回巻かれ、二次コイルには通常、より小さな直径のワイヤが約 1000 回巻かれます。一次コイルはコンデンサとともに、非線形要素であるスパークギャップを含む発振回路を形成します。

二次コイルも発振回路を形成します。ここでコンデンサの役割は主にトロイドの静電容量とコイル自体の巻線間静電容量によって行われます。二次巻線は、電気的破壊を防ぐために、エポキシ樹脂またはワニスの層でコーティングされることがよくあります。

したがって、テスラ変圧器は接続された 2 つの発振回路で構成されており、これがその顕著な特性を決定し、従来の変圧器との主な違いです。

スパークギャップの電極間で絶縁破壊電圧に達すると、ガスの雪崩のような電気絶縁破壊が発生します。コンデンサはスパークギャップを通ってコイルに放電されます。したがって、1次コイルとコンデンサで構成される発振回路の回路は火花ギャップを介して閉じたままとなり、その中で高周波振動が発生します。二次回路で共振発振が発生し、端子に高電圧が発生します。

どのタイプのテスラ変圧器でも、変圧器の主要要素である一次回路と二次回路は変わりません。ただし、その部品の 1 つである高周波発振発生器は、異なる設計にすることができます。

実践編

テスラコイル (クラスE SSTC)

共振トランスは、共通の鉄心を持たない 2 つのコイルで構成されます。これは、結合係数を低くするために必要です。一次巻線には太いワイヤが数回巻かれています。二次巻線には 500 ～ 1500 ターンが巻かれます。この設計により、テスラコイルの変圧比は、一次巻線の巻数に対する二次巻線の巻数の比よりも 10 ～ 50 倍大きくなります。この場合、一次側と二次側の発振回路間で共振が発生する条件が整わなければなりません。このような変圧器の出力電圧は数百万ボルトを超える場合があります。この状況により、一度に長さが数メートルに達することもある壮大な放電が確実に発生します。インターネットでは、高周波および電圧源を製造するためのさまざまなオプションを見つけることができます。私はその中から一つの制度を選びました。

上の図（図1）に基づいて自分で組み立てました。直径80 mmのプラスチック（配管）パイプからフレームに巻かれたコイル。一次巻線には 7 ターンのみが含まれており、直径 1 mm の単芯銅線 MGTF が使用されました。二次巻線には、直径 0.15 mm の巻線が約 1000 回巻かれています。二次巻線はきちんと巻かれ、回していきます。その結果、高周波数で高電圧を生成するデバイスが完成しました（図2）。

大型テスラコイル (VTTC)

このコイルは、自己発振回路を使用した gu-81m 発電機五極管に基づいて組み立てられています。ランプグリッド電流の自励式。

図 (図 3) からわかるように、ランプは三極管として接続されています。すべてのグリッドは相互接続されています。コンデンサ C1 とダイオード VD1 は半波長ダブラーを形成します。ランプの動作モードを調整するには、抵抗器 R1 とコンデンサ C3 が必要です。コイル L2 はグリッド電流を励起するために必要です。一次発振回路はコンデンサ C2 とコイル L1 で構成されます。二次発振回路は、コイル L3 とそれ自体の巻線間容量によって形成されます。直径 16 cm のフレームの一次巻線には 40 ターンが含まれており、共振を調整するために 30、32、34、36、38 ターンのタップが付いています。二次巻線は直径 11 cm のフレームに約 900 回巻かれており、二次巻線の上には電荷の蓄積に必要なトロイドがあります。

これらの設備 (図 2 と図 3) は両方とも、高周波、高電圧電流とその生成方法をデモンストレーションすることを目的としています。コイルは、電流をワイヤレスで伝送するために使用することもできます。作業中には、私が作成したテスラコイルの動作と機能をデモンストレーションします。

テスラコイルを使った実験

完成したテスラコイルを使用してさまざまな興味深い実験を行うことができますが、安全規則に従う必要があります。実験を行うには、配線が非常に信頼性が高く、コイルの近くに物体がなく、緊急時に装置の電源をオフにできる必要があります。

動作中、テスラコイルはさまざまな種類のガス放電の形成に関連した美しい効果を生み出します。通常、人々はこれらの印象的で美しい現象を見るためにこれらのリールを収集します。

テスラコイルはいくつかの種類の放電を発生させることができます。

スパークは、コイルと何らかの物体との間の火花放電であり、自然雷と同様に、ガスチャネルの急激な拡張により特徴的な衝撃音を生成しますが、規模は小さいです。

ストリーマは、イオン化したガス原子とそこから分離された自由電子を含む、薄暗く輝く細い分岐チャネルです。地面には流れずにコイル端子から直接空中に流れます。ストリーマとは、目に見える空気のイオン化です。それらの。変圧器の高電圧を形成するイオンの輝き。

コロナ放電は、高電圧電界における空気イオンの輝きです。表面の曲率が強い構造物の高電圧部分の周囲に、美しい青みがかった輝きを生み出します。

アーク放電 - 接地された物体が変圧器の端子に近づくと、変圧器の電力が十分であるときに発生します。端末との間にアークが点灯します。

放電端子に塗布される化学薬品によっては、放電の色が変化する場合があります。たとえば、ナトリウムは放電の青みがかった色をオレンジ色に、ホウ素は緑色に、マンガンは青色に、リチウムは深紅色に変化します。

これらのコイルを使用すると、非常に興味深く、美しく、壮大な実験を数多く行うことができます。それでは始めましょう:

実験 1: ガス放電のデモンストレーション。ストリーマ、スパーク、アーク放電

装置：テスラコイル、太い銅線。

米。 4 図 5

コイルをオンにすると、端子から長さ5～7mmの放電が始まります。

実験2：蛍光灯内での放電の実証

設備：テスラコイル、蛍光灯（蛍光灯）。

設置場所から最大 1 m の距離で蛍光灯の輝きが観察されます。

実験３：紙の実験

使用機材：テスラコイル、紙。

紙が排出されるとすぐにストリーマが表面を覆い、数秒後に紙が点灯します。

実験4：プラズマでできた「木」

装置: テスラコイル、細いより線。

事前に絶縁体を剥がしたワイヤーからワイヤーを分岐させ、それを端子にねじ込むと、プラズマの「ツリー」が得られます。

実験 5: 大型テスラコイルでのガス放電のデモンストレーション。ストリーマ、スパーク、アーク放電

コイルをオンにすると、長さ 45 ～ 50 cm の端子から放電が始まり、物体がトロイドに近づくとアークが点灯します。

実験6: 腕への衝撃

装備：大型テスラコイル、ハンド。

ストリーマーに手を近づけると、痛みを伴わずに分泌物が手に当たり始めます。

実験 7: テスラコイルの磁場内にある物体からのガス放出のデモンストレーション。

装置: 大型テスラコイル、太い銅線。

銅線が (端子を取り外した状態で) テスラコイルのフィールドに導入されると、線からトロイドに向かって放電が発生します。

実験 8: テスラコイルの磁場内で希ガスが充填されたボール内での放電のデモンストレーション

装置: 大型テスラコイル、希ガスが充填されたボール。

ボールがテスラコイルのフィールドに持ち込まれると、ボール内の放電が点灯します。

実験9: ネオンランプと蛍光灯での放電のデモンストレーション。

設備：大型テスラコイル、ネオンランプ、蛍光灯。

ランプがテスラコイルのフィールドに導入されると、ネオンランプや蛍光灯の内部で放電が最大 1.5 m の距離で点灯します。

体験10：手から分泌物が出る。

装備: 大型テスラコイル、フォイルの指先を持つ手。

テスラコイルのフィールドに手を（端子を外した状態で）近づけると、指先からトロイドに向かって放電が現れます。

結論

設定した目標はすべて達成されました。 2 つのコイルを構築し、それらを使用して次の仮説を証明しました。

テスラコイルは、さまざまな種類の実際の放電を生成できます。

テスラコイルによって生成される放電は人体にとって安全であり、感電による損傷を引き起こすことはありません。高電圧出力コイルに金属片や手で触れることもできます。 100万ボルトの高周波電圧源に触れても、なぜ何も起こらないのでしょうか? 高周波電流が流れると、いわゆる表皮効果が観察されるためです。電荷は導体の端に沿ってのみ流れ、コアには触れません。

電流は皮膚を通って流れ、内臓には触れません。このため、これらの稲妻に触れても安全です。

テスラコイルは、電磁場を生成することでエネルギーをワイヤレスで送信できます。

このフィールドのエネルギーは、希ガスから人間に至るまで、このフィールド内のあらゆる物体に伝達できます。

ニコラ・テスラのアイデアの現代的応用

交流は、長距離に電力を送電する主な方法です。

発電機は、タービン型発電所（水力発電所、原子力発電所、火力発電所）で電気を生み出す主要な要素です。

AC 電気モーターは、ニコラテスラによって最初に作成され、現代のあらゆる工作機械、電車、電気自動車、路面電車、トロリーバスで使用されています。

ラジコンロボット工学は、子供のおもちゃやワイヤレステレビやコンピュータ機器（コントロールパネル）だけでなく、軍事分野、民間分野、軍、民事、国内および対外安全保障の問題でも広く普及している。国など

ワイヤレス充電器は携帯電話の充電にすでに使用されています。

テスラが開発した交流は、長距離に電力を送電するための主要な方法です。

エンターテイメントやショーなどの目的で使用します。

映画やコンピューターゲームでは、エピソードはテスラ変圧器のデモンストレーションに基づいています。

20 世紀初頭、テスラ変圧器は医療分野でも広く使用されました。患者は、皮膚表面の薄い層を流れる微弱な高周波電流で治療を受けましたが、この電流は内臓に害を及ぼすことなく、「強壮」と「治癒」効果をもたらしました。

ガス放電ランプの点火や真空システムの漏れの検出に使用されます。

テスラコイルには広範な実用的用途がないというのは誤った考えです。その主な用途は、エンターテイメントやショーなどのエンターテイメントおよびメディア分野です。同時に、上記の例で証明されているように、コイル自体、またはコイルの動作原理を使用するデバイスは私たちの生活の中で非常に一般的です。

書誌リンク

コシュキン A.A. テスラコイルとその機能の研究 // インターナショナルスクールの科学速報。 – 2018. – No. 1. – P. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (アクセス日: 01/30/2020)。

こんにちは。今日は小型テスラコイル（トランス）についてお話します。
このおもちゃは非常に興味深いものだとすぐに言います。私自身も組み立てる予定でしたが、この件はすでにオンになっていることが判明しました。
レビューには、テスト、さまざまな実験、および軽微な改善が含まれます。
だからお願い...

について ニコラ・テスラさまざまな意見があります。一部の人にとって、彼はほとんど電気の神、フリーエネルギーの征服者、永久運動の発明者です。他の人は、彼を偉大な神秘主義者、熟練した幻想主義者、そして感覚の愛好家だと考えています。どちらの立場にも疑問の余地はありますが、科学に対するテスラの多大な貢献を否定することはできません。結局のところ、彼は、それなしでは私たちの現在の存在を想像することが不可能なようなものを発明しました。たとえば、次のようなものです。 交流、オルタネーター、非同期モーター、ラジオ(はい、最初にラジオを発明したのはポポフやマルコーニではなく、N. テスラでした)、 リモコンや。。など。
彼の発明の 1 つは、高周波数で高電圧を生成する共振変圧器でした。この変圧器には、その作者であるニコラ・テスラの名前が付いています。
最も単純な テスラ変圧器一次コイルと二次コイルの 2 つのコイルと、高周波振動を生み出す電気回路で構成されます。
通常、一次コイルには大きな直径のワイヤまたは銅管が数回巻かれ、二次コイルには通常、より小さな直径のワイヤが約 1000 回巻かれます。従来のトランスとは異なり、強磁性コアがありません。したがって、2 つのコイル間の相互インダクタンスは、強磁性コアを備えた変圧器の相互インダクタンスよりもはるかに小さくなります。
オリジナルでは、ガススパークギャップが発電機回路に使用されていました。現在では、いわゆる Brovin kacher が最もよく使われています。
カッヘル・ブロヴィナ- 単一トランジスタによる発電機の一種で、従来のトランジスタでは非標準モードで動作すると考えられており、テスラの研究に遡り、現代の電磁気理論には当てはまらない不思議な特性を示しています。
明らかに、ケッチャーは半導体スパークギャップ (テスラスパークギャップと同様) であり、そこでは電流の放電がプラズマ (電気アーク) を形成せずにトランジスタ結晶を通過します。この場合、トランジスタの結晶は破壊後に完全に回復します（これは、半導体にとって不可逆的な熱破壊とは対照的に、可逆的なアバランシェ降伏であるため）。しかし、カメラ内のトランジスタのこの動作モードを証明するには、間接的な記述のみが与えられます。ブロビン自身以外にカメラ内のトランジスタの動作を詳細に研究した人は誰もおらず、これらは彼の仮定にすぎません。たとえば、「ケーチャー」モードの確認として、ブロビンは次の事実を挙げています。オシロスコープをケーチャーにどの極性で接続しても、表示されるパルスの極性は依然として正です。

言葉は十分です。レビューの主人公に移りましょう。

包装は最も禁欲的なものです - 発泡ポリエチレンとテープです。写真は撮りませんでしたが、開封プロセスはレビューの最後にあるビデオでご覧いただけます。

装置：

セット内容は次のとおりです。
- 電源 24V 2A;
- ユーロプラグ用アダプター;
- ネオンライト2個;
- テスラコイル（変圧器）と発電機。

テスラ変圧器:

製品全体の寸法は50x50x70 mmと非常に控えめです。

オリジナルのテスラコイルとはいくつかの違いがあります。一次 (巻数が少ない) 巻線は二次巻線の外側に配置する必要があり、ここのようにその逆はできません。また、二次巻線には少なくとも 1000 というかなり多くの巻数が含まれている必要がありますが、ここでは合計で約 250 巻となっています。
回路は非常に単純です: 抵抗、コンデンサ、LED、トランジスタ、そしてテスラ変圧器自体です。

これは Brovin Kacher を少し修正したものです。オリジナルでは、Brovin ドライバーにはトランジスタのベースから 2 つの抵抗が取り付けられています。ここでは、抵抗の 1 つが逆バイアスで点灯する LED に置き換えられています。

テスト:

電源を入れて、テスラコイルの自由接点での高電圧放電の輝きを観察します。

キットのネオンランプの輝きやガス放電「省エネ装置」も確認できます。そう、知らない人のために言っておきますが、ランプは何にも接続せずにコイルの近くでそのまま光ります。

故障した白熱灯でも発光が観察できる

確かに、実験中に電球が破裂しました。
高電圧の放電によりマッチに簡単に点火されます。

マッチは裏側から簡単に点火できます。

消費電流のオシログラムを記録するために、電源回路のブレークに抵抗値 4.7 オームの 2 ワットの抵抗を取り付けました。何が起こったかは次のとおりです。

最初のスクリーンショットでは、変圧器は無負荷で動作しており、2 番目のスクリーンショットでは、省エネランプが配置されています。発振周波数については言えませんが、総消費電流は変化していないことがわかります。
マーカー V2 I でゼロ電位と可変成分の中点をマークすると、合計結果は 4.7 オームの抵抗で 1.7 ボルトになりました。平均消費電流は
0.36A。消費電力は約8.5Wです。

リビジョン：

明らかな設計上の欠陥は、ラジエーターが非常に小さいことです。デバイスを数分間操作すると、ラジエーターが90度まで加熱されます。
この状況を改善するために、ビデオカードの大型ラジエーターが使用されました。トランジスタは下に移動され、LED は基板の上部に移動されました。

このラジエーターを使用すると、最高温度は60〜65度に下がりました。

レビューのビデオバージョン:

ビデオバージョンには、開梱、さまざまなランプの実験、マッチ、紙、ガラスの燃焼、および「電子スイング」が含まれています。見るのを楽しむ。

結果：

欠点から始めます。ラジエーターのサイズが間違って選択されました。小さすぎるため、ほんの数分間変圧器をオンにすることができます。そうしないと、トランジスタが焼損する可能性があります。または、ラジエーターをすぐに拡大する必要があります。
長所: 「すごい」効果から子供の物理への興味を呼び起こすまで、その他すべて、継続的な利点だけです。
ぜひ購入することをお勧めします。

ストアよりレビューを書くために提供された商品です。レビューはサイトルールの第 18 条に従って公開されました。

トランス（コイル） Tesla（テスラコイル、TC）は高周波を昇圧するものです 共振変圧器- 同じ共振周波数に同調された 2 つの発振回路。でインターネット上では、この珍しいデバイスの鮮やかな実装例がたくさん見つかります。

強磁性コアを持たず、細いワイヤーを何回も巻いてその上にトーラスを乗せたコイルが本物の稲妻を発し、驚く観客を感動させます。

私たちの原始的な理解における電気工学の観点から見ると、テスラ変圧器は一次巻線と二次巻線であり、二次巻線の共振周波数で一次巻線に電力を供給する最も単純な回路ですが、出力電圧は数百倍に増加します。。信じがたいことですが、誰でも自分の目で見ることができます。

テスラ変圧器はどのように機能しますか?

コイル テスラ発明者のニコラにちなんで名付けられました テスラ（1891年頃）。この発明の歴史は、19 世紀の終わりに始まります。このとき、米国で活動していた優秀な実験科学者ニコラテスラは、電線を使わずに電気エネルギーを長距離伝送する方法を学ぶという課題を自らに課したところです。高周波および高電位の電流を生成する装置は、1896 年にテスラによって特許を取得しました。

テスラコイルにはいくつかの種類がありますが、それらにはすべて共通の特徴があります。

Tesla Transformer は、同じようなことをしたい人にとって素晴らしいおもちゃです。この装置は、その巨大な放電のパワーで他の人を驚かせてやみません。さらに、トランスを構築するプロセス自体は非常にエキサイティングです。これほど多くの物理的効果が 1 つの単純な設計に組み合わされることはめったにありません。

テスラ自体は非常に単純であるという事実にもかかわらず、テスラを設計しようとする人の多くは、テスラ変圧器がどのように機能するかを理解していません。

テスラ変圧器の動作原理は、従来の変圧器の動作原理と似ています。ボディトランスは、一次巻線 (Lp) と二次巻線 (Ls) の 2 つの巻線で構成されています (これらは「一次巻線」と「二次巻線」と呼ばれることが多いです)。交流電圧が一次巻線に印加され、磁界が生成されます。この磁場の助けにより、エネルギーは一次巻線から二次巻線に伝達されます。

テスラ変圧器の電圧変動

テスラには 3 つの主な特徴があります。

二次回路の共振周波数、
一次巻線と二次巻線の結合係数、
二次回路の品質係数。

結合係数は、エネルギーが一次巻線から二次巻線に伝達される速さを決定し、品質係数は、発振回路がエネルギーをどれだけ長く保持できるかを決定します。

テスラ変圧器の主要部品と構造

テスラ変圧器の設計

トロイド

Toroid - 3 つの機能を実行します。

1 つ目は共振周波数を下げることです。パワー半導体は高周波数ではうまく動作しないため、これは SSTC と DRSSTC にとって重要です。

2 つ目は、ストリーマが形成される前のエネルギーの蓄積です。

実際、ストリーマは、変圧器の高電圧場によって生成される目に見える空気のイオン化 (イオンの輝き) です。

トロイドが大きいほど、より多くのエネルギーが蓄積され、空気が突破された瞬間に、トロイドはこのエネルギーをストリーマーに放出して、エネルギーを増加させます。連続的にポンピングされるテスラでこの現象を利用するには、チョッパーが使用されます。

3 番目は、テスラの二次巻線からストリーマを反発する静電場の形成です。この機能の一部は二次巻線自体によって実行されますが、トロイドがそれをうまく支援します。ストリーマが二次側への最短経路をたどらないのは、まさにストリーマの静電反発のためです。

パルス励起テスラ (SGTC、DRSSTC、チョッパーテスラ) は、toroidoa の使用から最も恩恵を受けます。トロイドの典型的な外径は、セカンダリの直径の 2 倍です。

トロイドは通常、アルミニウム波形で作られていますが、他にも多くの技術が利用可能です

二次巻線はテスラの主要部分です

テスラ巻線の長さと巻線直径の一般的な比率は 4:1 ～ 5:1 です。

テスラを巻くためのワイヤの直径は、通常、二次側に 800 ～ 1200 回巻かれるように選択されます。

注意！

細いワイヤを二次側に巻きすぎないでください。二次側のコイルは可能な限り互いに近づけて配置する必要があります。

傷や巻きの剥がれを防ぐために、二次巻線は通常ワニスでコーティングされています。ほとんどの場合、これにはエポキシ樹脂とポリウレタンワニスが使用されます。非常に薄い層でワニスを塗る必要があります。通常、少なくとも 3 ～ 5 層のワニスの薄い層が二次層に塗布されます。

二次巻線は空気ダクト (白色) または最悪の下水道 (灰色) の PVC パイプに巻かれます。これらのパイプはホームセンターで入手できます。

保護リング

保護リングは、ストリーマが一次巻線に入った場合でも電子機器に損傷を与えないように設計されています。ストリーマの長さが二次巻線の長さよりも長い場合、この部品はテスラに取り付けられます。これは、銅線のオープンターンです (ほとんどの場合、テスラ変圧器の一次巻線が作られているものよりも少し太いです)。保護リングは、別のワイヤを使用して共通アースに接地されます。

一次巻線

一次巻線 - 通常、エアコン用の銅パイプで作られます。大電流を流すためには、抵抗が非常に小さくなければなりません。チューブの厚さは通常目で選択され、ほとんどの場合、6 mm のチューブが選択されます。また、より大きな断面積のワイヤが一次ワイヤとして使用されます。

二次巻線に対して、所望の結合係数が得られるように設定されます。

多くの場合、一次回路が共振するテスラの建築要素の役割を果たします。一次側への接続点は可動式になっており、その移動により一次側回路の共振周波数が変化します。

一次巻線は通常、円筒形、平板形、または円錐形に作られます。通常、SGTC ではフラットプライマリ、SGTC と DRSSTC では円錐形、SSTC、DRSSTC、VTTC では円筒形が使用されます。

接地

奇妙なことに、接地もテスラの非常に重要な部分です。よく「ストリーマーはどこへ行くのですか?」という質問をされます。 - ストリーマーが地面にぶつかる！

ストリーマーは写真の青で示された電流を閉じます

したがって、接地が不十分な場合、ストリーマーは行き場を失い、空中に噴出する代わりにテスラに衝突する (電流を短絡する) 必要があります。

したがって、質問するとき、テスラを接地する必要がありますか？

テスラのアース接続は必須です。

一次巻線のないテスラ変圧器もあります。これらは、二次側の「グランド」端に直接電力を供給します。この給電方法を「ベースフィード」といいます。

別のテスラトランスをベースフィード電源として使用する場合もあり、この電源供給方法は「マグニファイア」と呼ばれます。

いわゆる双極テスラがありますが、それらは放電が空中で発生するのではなく、二次巻線の両端の間で発生する点で異なります。したがって、電流経路は容易に短絡でき、接地は必要ありません。

制御方法に応じて、最も一般的なタイプのテスラコイルを次に示します。

SGTC (SGTC、スパークギャップテスラコイル) - スパークギャップ上のテスラトランス。これは古典的なデザインで、同様のスキームがもともとテスラ自身によって使用されていました。ここではスイッチング素子としてスパークギャップが使用されています。低電力設計では、避雷器は一定の距離に配置された 2 本の太いワイヤで構成されますが、より強力な設計では、モーターを使用した複雑な回転式避雷器が使用されます。このタイプの変圧器は、長いストリーマ長だけが必要であり、効率は重要ではない場合に作成されます。
VTTC (VTTC、真空管テスラコイル) – 真空管上のテスラトランス。ここでは、GU-81 などの強力なラジオ管がスイッチング素子として使用されています。このような変圧器は連続モードで動作し、かなり濃い放電を生成できます。このタイプの電源は、ストリーマの典型的な外観から「トーチコイル」と呼ばれる高周波コイルを構築するために最もよく使用されます。
SSTC（SSTC、ソリッドステートテスラコイル）は、半導体を主要素子として使用したテスラトランスです。通常、これらは IGBT または MOSFET トランジスタです。このタイプの変圧器は連続モードで動作できます。このようなコイルによって作成されるストリーマの外観は大きく異なる場合があります。このタイプの Tesla 変圧器は制御が容易で、たとえば音楽を再生できます。
DRSSTC（デュアル共振ソリッドステートテスラコイル）は2つの共振回路を備えたテスラトランスで、SSTCと同様に半導体がキーとして使用されています。 DRSSTC は、制御と構成が最も難しいタイプの Tesla 変圧器です。

テスラ変圧器をより効率的かつ効果的に動作させるために、DRSSTC トポロジ回路が使用されます。これにより、一次回路自体で強力な共振が達成され、二次回路でもそれに応じて明るい画像、より長く太い稲妻 (ストリーマ) が得られます。。

テスラコイルによる効果の種類

アーク放電 – 多くの場合に発生します。これは真空管トランスでは一般的です。
コロナ放電は、電圧が増加した電界における空気イオンの輝きであり、高電圧のデバイスの要素の周囲に美しい青みがかった輝きを形成し、大きな表面曲率を持ちます。
スパークは火花放電とも呼ばれます。それは端末から地面、または接地された物体に、明るい枝分かれした縞の束の形で流れ、すぐに消えたり変化したりします。
ストリーマは、イオン化したガス原子と自由電子を含む、細くてかすかに光る分岐チャネルです。それらは地中には入らず、空中に流れ出ます。ストリーマは、高電圧変圧器のフィールドによって生成される空気のイオン化です。

テスラコイルの動作にはパチパチという電流音が伴います。ストリーマーはスパークチャンネルに変わることができます。これには、電流とエネルギーの大幅な増加が伴います。ストリーマ流路が急速に膨張し、圧力が急激に上昇し、衝撃波が発生します。このような波の組み合わせは、火花のパチパチとした音のようなものです。

テスラ変圧器の実用化

テスラ変圧器の出力電圧は時々数百万ボルトに達し、長さ数メートルにわたる重大な空中放電が発生します。したがって、このようなエフェクトはデモンストレーションショーを作成するために使用されます。

テスラコイルは前世紀初頭に医学で実用化されました。患者は低出力の高周波電流で治療されました。このような電流は皮膚の表面を流れ、人体に害を与えることなく治癒と強壮効果をもたらします。ただし、強力な高周波電流は悪影響を及ぼします。

テスラ変圧器は、建物、船、戦車内の電子機器を迅速に破壊するための軍事機器に使用されています。この場合、電磁波の強力なパルスが短時間生成されます。その結果、半径数十メートル以内でトランジスタ、超小型回路、その他の電子部品が焼損します。このデバイスは完全に静かに動作します。このようなデバイスの動作中の電流周波数が 1 THz に達する可能性があるという証拠があります。

実際には、このような変圧器は、真空中の漏れを探すだけでなく、ガス放電ランプを点火するために使用されることもあります。

テスラコイル効果は、映画制作やコンピューターゲームで使用されることがあります。

現在、テスラコイルは日常生活において広く実用化されていません。

テスラ変圧器の新製品

現時点では、科学者テスラが扱った問題は依然として重要です。これらの問題を考慮することで、学生や研究所のエンジニアは科学的問題をより広範囲に見て、内容を構造化して一般化し、固定観念を放棄することができます。テスラの見解は、今日のテクノロジーと科学だけでなく、新しい発明の取り組みや生産における新しいテクノロジーの使用にも当てはまります。私たちの未来は、テスラによって発見された現象と影響の説明を提供するでしょう。彼は 3000 年間にわたって現代文明の基礎を築きました。

トランジスタ上のテスラトランス回路

テスラの変圧器回路は信じられないほどシンプルに見え、次のもので構成されています。

少なくとも 6 mm² の断面積を持つワイヤで作られた一次コイル、約 5 ～ 7 回の巻き。
誘電体上に巻かれた二次コイルは、直径最大 0.3 mm のワイヤで、700 ～ 1000 回巻かれます。
アレスタ。
コンデンサー。
スパークグローエミッター。

テスラ変圧器と他のすべてのデバイスの主な違いは、コアとして合金鉄を使用していないこと、およびデバイスの出力は、電源の出力に関係なく、空気の電気強度によってのみ制限されることです。デバイスの本質と動作原理は、いくつかの方法で実装できる発振回路を作成することです。

スパークギャップに基づいて構築された周波数発振発生器。
真空管発振発生器。
トランジスタについて。

ビデオ: テスラ変圧器の定在波、共振、変圧比

ビデオ: DIY TESLA 変圧器

ビデオ: テスラ変圧器

ロシアで最も強力なテスラ変圧器の 1 つを組み立て、発売するプロセスを段階的に説明します。コンストラクター: ブロトナー・ボリス

多くの人は、物理学者のニコラ・テスラが優れた発明家であり、時代を大きく先取りしていたことを聞いたことがあるでしょう。残念ながら、さまざまな理由から、彼の発明のほとんどは日の目を見ることはありませんでした。しかし、最も物議を醸したものの 1 つであるテスラコイルは今日まで生き残り、医療、軍事産業、ライトショーなどで応用されています。

つまり、テスラコイル (CT) は、高周波電流を生成する共振トランスです。軍が実験でコイルの出力を1THzにしたという情報があります。

巨大なテスラコイル

ここで、次の疑問を提起する価値があります。なぜテスラはそれを発明したのでしょうか? 記録によると、その科学者は無線電力伝送技術に取り組んでいた。この質問は全人類にとって非常に重要です。理論的には、エーテルの助けを借りて、互いに数キロメートル離れた 2 つの強力な CT が送電できるようになります。これを行うには、同じ周波数に同調する必要があります。 CTは一種の永久機関になる可能性があるという意見もあります。

この技術の導入により、現在利用可能な原子力発電所、火力発電所、水力発電所などがすべて不要になります。人類は固形化石を燃やしたり、放射能汚染の危険にさらされたり、河床を封鎖したりする必要がなくなる。しかし、なぜ誰もこの技術を開発しないのかという疑問に対する答えは陰謀論者たちの中に残っている。

卓上テスラコイル、本日お土産として販売

動作原理

今日、多くの家庭用電気技師は、テスラ変圧器の動作原理を必ずしも理解していないため、CT を組み立てようとしていますが、それが失敗の原因です。実際、CT は従来の変圧器とそれほど変わりません。

一次巻線と二次巻線の 2 つの巻線があります。外部電源からの交流電圧が一次巻線に印加されると、磁界、または発振回路とも呼ばれる磁界がその周囲に生成されます。電荷がスパークギャップを通過すると、エネルギーが磁場を通って二次巻線に流れ始め、そこで 2 番目の発振回路が形成されます。回路に蓄積されたエネルギーの一部は電圧で表されます。その値は輪郭の形成時間に正比例します。

したがって、CT には 2 つの相互接続された発振回路があり、これが従来の変圧器と比較したときの特徴です。それらの相互作用により電離効果が生じ、ストリーマ (稲妻放電) が見られるのはこのためです。

コイル装置

テスラ変圧器は、その図を以下に示しますが、2 つのコイル、トロイド、保護リング、そしてもちろん接地で構成されています。

卓上CTスケッチ

各要素を個別に考慮する必要があります。

一次コイルは一番下にあります。電源が供給されます。接地する必要があります。低抵抗金属製。
二次コイル。巻線には約800ターンのエナメル銅線を使用しています。こうすることでコイルが解けたり傷がついたりすることはありません。
トロイド。この要素は共振周波数を低下させ、エネルギーを蓄積し、作業場を増加させます。
保護リング。銅線の開ループです。ストリーマの長さが二次巻線の長さよりも長い場合に設定します。
接地接地されていないコイルをオンにすると、ストリーマ (電流の放電) が空中に飛び出すことはありませんが、閉じたリングが形成されます。

CT図面

セルフプロデュース

したがって、ダミー用のテスラコイルを自分の手で作る最も簡単な方法です。インターネット上では良質なスマートフォンの価格を超える金額が散見されますが、実はコンセントを使わずにランプ点灯を楽しめる12V変圧器はガレージのゴミの山から組み立てることができます。

結局何が起こるべきなのでしょうか？

エナメル銅線が必要になります。エナメルネイルが見つからない場合は、通常のマニキュアも必要になります。線径は0.1～0.3mmまで対応可能です。ターン数を維持するには、約 200 メートル必要になります。直径4〜7 cmの通常のPVCパイプに巻き付けることができ、高さは15〜30 cmです。また、D13007などのトランジスタ、一対の抵抗とワイヤも購入する必要があります。トランジスタを冷却するコンピュータークーラーを入手すると良いでしょう。

これで組み立てを開始できます。

パイプを30cmカットします。
ワイヤーを巻きつけます。ターンはできるだけ互いに近くに配置する必要があります。ワイヤーがエナメルでコーティングされていない場合は、端にニスを塗ります。パイプの上部からワイヤーの端を壁に通し、設置されたパイプの上に2 cm突き出るように持ち上げます。
プラットフォームを作ります。通常のボール紙ボードで十分です。
最初のコイルを作ることができます。 6 mmの銅パイプを3回転半に曲げてフレームに固定する必要があります。チューブの直径が小さい場合は、巻き数を増やす必要があります。その直径は 2 番目のコイルよりも 3 cm 大きくなければなりません。フレームに取り付けます。すぐに 2 番目のコイルを取り付けます。
トロイドを作成するにはいくつかの方法があります。銅管も使用可能です。ただし、ワイヤーの突き出た端に固定するために、通常のアルミニウム波形と金属クロスバーを使用する方が簡単です。ワイヤーが薄すぎてトロイドを保持できない場合は、下の写真のように釘を使用できます。
保護リングも忘れずに。ただし、一次回路の一端が接地されている場合は、それを放棄することができます。
設計の準備ができたら、回路に従ってトランジスタを接続し、ラジエーターまたはクーラーに取り付けてから、電源を供給する必要があり、設置が完了します。

最初のコイルは写真のように平らにすることができます

多くの人は、取り付けに電力を供給するために通常の Duracell クラウンを使用しています。

DIY テスラ変圧器、簡単な回路

コイル計算

CT の計算は通常、工業用サイズの変圧器の製造中に実行されます。家庭での実験の場合は、上記の推奨事項を使用するだけで十分です。

計算自体により、最初のコイルの巻数、各コイルのインダクタンス、回路の静電容量、そして最も重要なことに、トランスの必要な動作周波数とトランスの静電容量に応じて、二次コイルの最適な巻数がわかります。コンデンサー。

CT計算例

セキュリティ対策

CT を収集したら、起動する前にいくつかの予防措置を講じる必要があります。まず、変圧器を接続する予定の部屋の配線を確認する必要があります。次に、巻線の絶縁を確認します。

最も簡単な予防策も覚えておく価値があります。二次巻線の電圧は平均700Aで、15Aはすでに人にとって致命的です。さらに、コイルの動作領域に入ると燃え尽きる可能性があるため、すべての電気製品を片付ける価値があります。

CT は当時の革命的な発見でしたが、今日では過小評価されています。現在、テスラ変圧器は、家庭の電気技師の娯楽と光のショーでのみ使用されています。入手可能な材料を使ってコイルを自分で作ることができます。 PVC パイプ、数百メートルの銅線、数メートルの銅パイプ、トランジスタ、およびいくつかの抵抗が必要です。

少し前までは、ガラス球の表面で稲妻を発する、いわゆるプラズマランプがさまざまな店の品揃えに登場しました。これらのランプはすぐに人気を博しましたが、これらの装置が前世紀の 1910 年代にニコラテスラによって発明されたことを知っている人はほとんどいません。まず、この驚くべき発明の内部構造を理解する必要があります。実際、これは特殊なタイプの普通の変圧器です。彼は、いわゆる定在磁気波で発生する共鳴を作品に利用しています。一次巻線の巻数は非常に少なく、コンデンサにエネルギーを集めて振動火花を発生させるため、一定時間内に火花が発生します。二次巻線は、ワイヤの直流コイルに基づいて動作します。一対の回路の発振周波数は一致する必要があり、これにより、二次巻線のコイルの両端間に高周波の非常に高い交流が発生します。これにより、非常に紫色の稲妻の形で視覚化が引き起こされます。

共振トランスは、周波数と振幅がシステム全体を押す力に直接依存する従来の振り子とよく比較されます。自由振動が存在する状態でスイングを行うことができるため、ストローク長が大幅に増加し、完全な減衰時間も長くなります。ここのコイルでも同じことが起こります。二次巻線が振動し、発電機もそれを振動させます。同期は一次回路と発電機によって同時に行われるため、当面のタスクに応じてシステムを微調整できます。現時点では、ほとんどの人はそれをおもちゃとしてしか知りません。しかし実際には、このシステムには実際の応用例があります。

実生活でのテスラコイルの使用

出力電圧は、多くの場合、数百万ボルトという信じられないほどの値に達することがあります。このような大電流がこれほど長い波を特徴とすることはめったにないため、これは電気の世界では独特の現象です。空域の電力強度は安定した放電で長距離に到達し、発電機の出力が高いとその長さは数メートルに達することがあります。この地球物理学の奇跡を再現した同様のデモンストレーションルームが、世界中の多くの大学に設置されています。これらの現象は有名なおもちゃに反映されています。比較的導電性の高い物体に関しては、ボールに触れると稲妻が手に引き寄せられます。私たちの血液やその他の体液には塩分や金属が豊富に含まれているため、私たちは優れた伝導体となります。

前世紀の初めには、放電には目に見えない部分もあるため、この方式は長距離に信号を送信するために使用されました。人々は、リモコンを送信するために短距離に電波を送信するためにそれらを使用しようとし始めましたが、そのような使用は人々の健康にとって危険すぎました。その後、医学の分野で数多くの実験が行われました。いわゆるダーソンバリゼーションは現在でも使用されており、デバイス自体は最小サイズのテスラ発電機にすぎません。電流は皮膚をくすぐりますが、体の奥まで浸透しません。この治療法の強壮効果はすぐに現実に応用され、皮膚病の治療、発毛の促進、傷跡の平滑化、結節のサイズの縮小などに使用されています。

ガス放電ランプを点火するのはこのタイプの発電機です。真空システムは、これらのビームを使用してハウジングの亀裂がテストされます。雷は間違いなく欠陥に向かって引き寄せられます。

テスラランプは人にとって危険ですか?

危険があることは間違いないので、添付の指示に100％従う必要があります。手をつないだり、ランプのガラスに触れたり、濡れた手でボールに触れたりしないでください。自宅で適切な経験がなければ、このような回路を作成することは特に強くお勧めしません。家の中の多くの電化製品が損傷したり、配線が焼けたりする可能性があります。しかし、これらは最悪の結果ではありません。数百万ボルトの電圧を持つテスラ変圧器は、一歩間違えばワンタッチで人を殺す可能性があります。その効果は雷に打たれたのと同じです。したがって、特に子供の世話には細心の注意を払ってください。 12 歳未満の場合、このようなランプの購入は強くお勧めできません。また、これらのデバイスは信頼できるメーカーからのみ購入してください。無名の中国企業のコピー製品は、髪の毛や袖に火がついたり、爪が溶けたりするほどの強烈な感電を与えることがよくあります。おもちゃは大きなトラブルを引き起こす可能性がありますので、注意してください。