Що котушка тесла здатна робити. Котушка Тесла

1

Кочнєва Л.С. (м. Перм, МБОУ "Гімназія № 17")

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

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

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

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

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

6. 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.

Про скільки нам відкриттів дивовижних

Готують просвітництва дух

І досвід, син помилок важких,

І геній, парадоксів друг,

І випадок, бог винахідник...

А.С. Пушкін

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 видів розрядів і 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 за різними технологіями, 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 схем складання 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 електромагнітної хвилі, що стоїть. 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 ім'я, що носить його. 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 з конденсатором утворює коливальний контур, який 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-E SSTC)

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 вийшов пристрій, що виробляє високу напругу при високій частоті (рис. 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 11 см. Зверху вторинної обмотки знаходиться тороїд - він необхідний для накопичення електричних зарядів.

Обидві ці установки (Рис. 2 та 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 чудові ефекти, пов'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 - свічення 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

Обладнання: котушка Тесла, товстий мідний дріт.

Мал. 4 Мал. 5

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

Досвід 2: Демонстрація розряду в люмінесцентній лампі

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

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

Досвід 3: Експеримент із папером

Обладнання: котушка Тесла, папір.

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

Досвід 4: «Дерево» із плазми

Обладнання: 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

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

Досвід 6: Розряди в руку

Обладнання: велика котушка Тесла, рука.

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.

Обладнання: велика котушка Тесла, товстий мідний дріт.

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

Обладнання: велика котушка Тесла, куля наповнена розрідженим газом.

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

Досвід 9: Демонстрація розряду в неонових та люмінісцентних лампах.

Обладнання: велика котушка Тесла, неонові та люмінісцентні лампи.

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

Досвід 10: Розряди із руки.

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

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 у дитячих іграшках та бездротових телевізійних та комп'ютерних пристроях (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.

Бібліографічне посилання

Кошкін А.А. КАТУШКА ТЕСЛА І ДОСЛІДЖЕННЯ ЇЇ МОЖЛИВОСТЕЙ // Міжнародний шкільний науковий вісник. - 2018. - № 1. - С. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (дата звернення: 30.01.2020).

Вітаю. Сьогодні я розповім про мініатюрну котушку (трансформатор) Тесла.
Відразу скажу, що іграшка вкрай цікава. Я сам виношував плани щодо її складання, але виявляється ця справа вже поставлена ​​на потік.
В огляді тестування, різні експерименти-експерименти, а також невелика доробка.
Тож прошу…

Щодо Миколи Теслиіснують різні думки. Для когось це чи не бог електрики, підкорювач вільної енергії та винахідник вічного двигуна. Інші вважають його великим містифікатором, умілим ілюзіоністом і любителем сенсацій. І ту, і іншу позицію можна поставити під сумнів, проте заперечувати величезний внесок Тесли в науку ніяк не можна. Адже він винайшов такі речі, без яких неможливо уявити наше сьогоднішнє існування, наприклад: змінний струм, генератор змінного струму, асинхронний електродвигун, радіо(так, так саме М.Тесла перший винайшов радіо, а не Попов та Марконі), дистанційне керуваннята ін.
Одним з його винаходів був резонансний трансформатор, що виробляє високу напругу високої частоти. Цей трансформатор має ім'я творця - Миколи Тесли.
Найпростіший трансформатор Тесласкладається з двох котушок - первинної та вторинної, а також електричної схеми, що створює високочастотні коливання.
Первинна котушка зазвичай містить кілька витків дроту великого діаметра або мідної трубки, а вторинна близько 1000 витків дроту меншого діаметра. На відміну від звичайних трансформаторів, тут немає феромагнітного осердя. Таким чином, взаємоіндукція між двома котушками набагато менша, ніж у трансформаторів з феромагнітним сердечником.
В оригіналі у схемі генератора використовувався газовий розрядник. Нині найчастіше використовують так званий качер Бровина.
Качер Бровина- Різновид генератора на одному транзисторі, нібито працює в позаштатному для звичайних транзисторів режимі, і демонструє таємничі властивості, що сягають досліджень Тесла і не вписуються в сучасні теорії електромагнетизму.
Очевидно, качер є напівпровідниковий розрядник (за аналогією з розрядником Тесли), у якому електричний розряд струму проходить у кристалі транзистора без утворення плазми (електричної дуги). При цьому кристал транзистора після його пробою повністю відновлюється (оскільки це оборотний лавинний пробій, на відміну від незворотного для напівпровідника теплового пробою). Але на підтвердження цього режиму роботи транзистора в качері наводяться лише непрямі твердження: ніхто крім самого Бровина роботу транзистора в качері детально не досліджував, і це лише його припущення. Наприклад, як підтвердження «качерного» режиму Бровін наводить такий факт: якою полярністю до качера не підключай осцилограф, полярність імпульсів, які він показує, все одно позитивна

Досить слів, настав час переходити до героя огляду.

Упаковка найаскетичніша - спінений поліетилен та скотч. Фото не робив, але процес розпакування є у відеоролику наприкінці огляду.

Комплектація:

Комплект складається з:
- Блоку живлення на 24В 2А;
- перехідника на євровилку;
- 2-х неонових лампочок;
- котушки (трансформатора) Тесла з генератором.

Трансформатор Тесла:

Розміри всього виробу дуже скромні: 50х50х70 мм.






Від оригінальної котушки Тесла є кілька відмінностей: первинна (з малою кількістю витків) обмотка має бути зовні вторинною, а не навпаки, як тут. Також вторинна обмотка повинна містити досить велику кількість витків як мінімум 1000, тут же всього витків близько 250.
Схема досить проста: резистор, конденсатор, світлодіод, транзистор та сам трансформатор Тесла.
Це і є трохи модифікований качер Бровина. В оригіналі у качера Бровина встановлено 2 резистори від бази транзистора. Тут один із резисторів замінений на світлодіод включений у зворотному зміщенні.

Тестування:

Включаємо та спостерігаємо світіння високовольтного розряду на вільному контакті котушки Тесла.
Також можемо бачити свічення неонових ламп з комплекту та газорозрядної «енергозберігайки». Так, для тих, хто не в курсі, лампи світяться просто так, без підключення до чогось або, просто поблизу котушки.


Світіння можна спостерігати навіть у несправної лампи розжарювання
Щоправда у процесі експериментування, колба лампи луснула.
Високовольтний розряд легко підпалює сірник:
Сірник легко підпалюється і зі зворотного боку:

Для зняття осцилограми струму споживання, я в розрив ланцюга живлення встановив 2-ваттний резистор опором 4,7 Ом. Ось що вийшло:

На першому скріншоті трансформатор працює без навантаження, на другому піднесено енергозберігаючу лампу. Видно, що загальний струм споживання не змінюється, що не скажеш про частоту коливань.
Маркером V2 відзначив нульовий потенціал і середню точку змінної складової, разом вийшло 1,7 вольта на резисторі 4,7 Ом, тобто. середній струм споживання становить
0,36А. А споживана потужність близько 8,5Вт.

Доопрацювання:

Явний недолік конструкції – дуже маленький радіатор. Декілька хвилин роботи приладу достатньо, щоб нагріти радіатор до 90 градусів.
Для поліпшення ситуації було використано великий радіатор від відеокарти. Транзистор був переміщений вниз, а світлодіод вгору плати.
З цим радіатором максимальна температура впала до 60-65 градусів.

Відеоверсія огляду:

Відеоверсія містить розпакування, досліди з різними лампами, запалювання сірників, паперу, пропалювання скла, а також «електронна гойдалка». Приємного перегляду.

Підсумки:

Почну з мінусів: неправильно вибрано розмір радіатора - він занадто малий, тому включати трансформатор можна буквально на кілька хвилин, інакше можна спалити транзистор. Або потрібно відразу збільшити радіатор.
Плюси: решта, одні суцільні плюси, від «Вау»-ефекту, до пробудження інтересу до фізики у дітей.
До покупки рекомендую однозначно.

Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.

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. Даний тип харчування 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. У цьому короткий проміжок часу створюється потужний імпульс електромагнітних хвиль. 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

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 спосіб виготовлення 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.

Нещодавно в асортименті різних магазинів з'явилися так звані плазмові лампи, що випромінюють блискавки по поверхні скляної кулі. Ці світильники швидко набули популярності, але мало хто знає, що ці прилади винайшов Нікола Тесла у 1910-х роках минулого століття. Спочатку необхідно розібратися з внутрішнім пристроєм цього дивовижного винаходу. Насправді, це звичайний трансформатор особливого типу. Він використовує у своїй роботі резонанс, що у так званих стоячих магнітних хвилях. На первинній обмотці зовсім небагато витків, він генерує іскри, що коливаються, збираючи енергію в конденсатор, а тому іскріння відбувається в певний період часу. Вторинна обмотка працює на базі прямоточної котушки з дротів. Частота коливання пари контурів повинна збігтися, що призведе до появи дуже високого змінного струму великої частоти між двома кінцями котушки на вторинній обмотці. Це і викликає візуалізацію у вигляді тих самих фіолетових блискавок.

Резонансний трансформатор часто порівнюють із звичайним маятником, де частота та амплітуда будуть безпосередньо залежні від того, з яким зусиллям штовхається вся система. Розгойдування можна робити за наявності вільних коливань, що багаторазово підвищує довжину ходу, а також збільшує час повного згасання. З котушкою тут відбувається те саме. Качається вторинна обмотка, а розгойдує її генератор. Синхронізація забезпечується первинним контуром та генератором одночасно, що дозволяє точно налаштувати систему залежно від поставленого завдання. На даний момент більшість людей знає це лише як іграшки. Але насправді ця система має реальне застосування.

Використання котушки Тесла насправді

Вихідні значення напруги часто можуть досягати неймовірних значень у кілька мільйонів вольт. Це унікальне явище у світі електрики, адже такі високі струми рідко характеризуються такими тривалими хвилями. Електрична міцність повітряного простору пробивається на велику відстань стабільними розрядами, а за великої потужності генератора довжина може досягати багатьох метрів. Подібні демонстраційні кімнати із цим дивом фізики нашої планети часто встановлюються у багатьох університетах світу. Ці явища знайшли відображення у знаменитій іграшці. Коли ми торкаємося кулі, то блискавки тягнуться до наших рук, як до об'єкта з порівняно великою провідністю. Наша кров та інші рідини організму переповнені солями та металами, що робить нас чудовим провідником.

Ще на початку минулого століття дана схема використовувалася для передачі сигналів на величезні відстані, адже розряди мають також невидиму частину. Люди почали намагатися використовувати їх для передачі радіохвиль на невеликі відстані для передачі дистанційного керування, але таке застосування було надто небезпечним для здоров'я людей. Потім проводилися численні досліди у сфері медицини. Так звана дарсонвалізація використовується досі, а самі прилади є нічим іншим, як генератором Тесла у найменшому розмірі. Струм лоскоче шкіру, але не проникає глибоко в тіло. Тонізуючий ефект від такої обробки швидко знайшов застосування в реальності, він використовується для лікування шкірних захворювань, стимулює ріст волосся, дозволяє шліфувати шрами, зменшуючи розміри вузликів.

Саме цей тип генераторів підпалює газорозрядні лампи. Вакуумні системи тестуються за допомогою цих променів на наявність тріщин у корпусах. Блискавка обов'язково тягнеться у бік дефекту.

Чи небезпечні лампи Тесла для людей?

Можна однозначно говорити, що небезпека є, тому потрібно дотримуватися інструкції на 100%. Не можна братися за руки і чіпати скло лампи, а також намагатися торкатися кулі мокрими руками. Особливо ми не рекомендуємо виготовляти подібні схеми без належного досвіду в домашніх умовах. Ви можете вивести з ладу численні електроприлади у вашій оселі, спалити проводку. Але це не найгірші наслідки. Трансформатори Тесла з напругою в мільйони вольт при помилці здатні вбити людину одним дотиком. Ефект схожий на попадання блискавки. Тому будьте вкрай обережними, особливо бережіть дітей. До 12 років покупка таких ламп настійно не рекомендується. Також купуйте ці пристрої лише від відомих виробників. Копії від китайських безіменних компаній часто б'ють струмом настільки сильно, що на руках може загорятися волосся і рукави одягу, а також оплавляються нігті. Іграшка може принести великі неприємності, будьте пильні.