Tesla historikspole, hur det fungerar, vad är det för

De Teslaspolen Det är en försäkring som fungerar som en högspänning och högfrekvensgenerator. Det uppfanns av fysikern Nikola Tesla (1856 - 1943), som patenterade det 1891.

Magnetinduktion fick Tesla att tänka på möjligheten att överföra el utan förarens ingripande. Därför var tanken på forskaren och uppfinnaren att skapa en apparat som tjänade till att transponera el utan att använda kablar. Användningen av denna maskin är emellertid mycket liten, så den slutade snart överge för detta ändamål.

Figur 1. Demonstration med Tesla -spolen. Källa: Pixabay.

Trots detta kan Tesla -spolar fortfarande hittas med vissa specifika applikationer, till exempel högspänningstorn eller fysikexperiment.

[TOC]

Historia

Spolen skapades av Tesla strax efter att Hertzs ​​experiment kom fram. Samma Tesla kallade "Apparat för att överföra el". Tesla ville bevisa att el kunde överföras utan trådar.

I sitt Colorado Springs -laboratorium hade Tesla till sitt förfogande en enorm meter spole ansluten till en antenn. Enheten användes för att utföra energiöverföringsexperiment.

Experimentera med Tesla -spolar.

Vid ett tillfälle var det en olycka orsakad av denna spole där dynamos brände från en central belägen 10 kilometer bort. Efter felet producerades elektriska bågar runt dinamosfönstren.

Ingen av den avskräckta Tesla, som fortsatte att försöka med många spole -mönster, som är kända idag med hans namn.

Hur fungerar det?

Den berömda Tesla -spolen är en av de många mönster som Nikola Tesla gjorde för att överföra el utan kablar. De ursprungliga versionerna var av stor storlek och använde högspänning och högströmskällor.

Naturligtvis idag finns det mycket mindre, kompakta och hemlagade mönster som vi kommer att beskriva och förklara i nästa avsnitt.

figur 2. Grundläggande Tesla Coil -schema. Källa: Självgjord.

En design baserad på de ursprungliga versionerna av Tesla -spolen är den som visas i föregående figur. Det elektriska schemat för den föregående siffran kan delas upp i tre sektioner.

Källa f)

Källan består av en växlande strömgenerator och en hög förstärkningstransformator. Källutgången är vanligtvis mellan 10000 V och 30000 V.

First Resonant Circuit LC 1

Den består av en S -switch som kallas "Spark Gap" eller "Explosor", som stänger kretsen när en gnista hoppar mellan dess ändar. LC 1 -kretsen har också en C1 -kondensator och en L1 -spole ansluten i serie.

Second Resonant Circuit LC 2

LC 2 -kretsen består av en L2 -spole som har ett förhållande på cirka 100 till 1 varv jämfört med L1 -spolen och en C2 -kondensator. C2 -kondensor ansluter till L2 -spolen genom jorden.

L2 -spolen är vanligtvis en trådrullning. L1 -spolen, även om den inte visas i schemat, rullas på L2 -spolen.

C2 -kondensor, som alla kondensatorer, består av två metallplattor. I Teslas spolar har en av C2 -plattorna vanligtvis formen av en sfärisk eller toroidal kupol och är ansluten i serie med L2 -spolen.

Den andra C2 -plattan är den nära miljön, till exempel en metallpedestal som är klar i sfär och mark för att stänga kretsen med den andra L2 -änden, också jordad till marken.

Det kan tjäna dig: Komprimeringsförsök: Hur det görs, egenskaper, exempel

Handlingsmekanism

När en Tesla -spole tas i drift laddar högspänningskällan C1 -kondensorn. När den når en tillräckligt hög spänning gör det ett gnisthopp i Suiche S (gnistgap eller explosor) och stänger resonantkretsen i.

Sedan laddas C1 -kondensatorn ned genom L1 -spolen som genererar ett variabelt magnetfält. Detta variabla magnetfält korsar också L2 -spolen och inducerar en elektromotivkraft på L2 -spolen.

Eftersom L2 har cirka 100 varv mer än L1 är den elektriska spänningen i L2 100 gånger större än i L1. Och som i L1 är spänningen i storleksordningen 10 tusen volt, då kommer den i L2 att vara 1 miljon volt.

Den magnetiska energin som ackumuleras i L2 överförs som elektrisk kraft till C2 -kondensatorn, som när den når maximala spänningsvärden för beställningen av miljoner volt joniserar luften, producerar en gnista och släpper plötsligt genom jorden. Nedladdningar förekommer mellan 100 och 150 gånger per sekund.

LC1 -kretsen kallas resonant eftersom den ackumulerade energin i kondensorn C1 passerar till spolen L1 och vice versa; det vill säga att en svängning inträffar.

Detsamma händer i LC2 -resonanskretsen, där den magnetiska energin i L2 -spolen överförs som elektrisk kraft till C2 -kondensatorn och vice versa. Det vill säga, i kretsen finns en tur och returström växelvis.

Den naturliga svängningsfrekvensen i en LC -krets är

Ömsesidig resonans och induktion

När energin som levereras till LC -kretsarna sker vid samma frekvens som den naturliga kretsens oscillationsfrekvens, är energiöverföringen optimal, vilket ger en maximal amplifiering i kretsströmmen. Detta fenomen som är gemensamt för alla oscillerande system kallas resonans.

LC1- och LC2 -kretsar är magnetiskt kopplade, ett annat fenomen som kallas ömsesidig induktion.

Så att energiöverföringen av LC1 -kretsen till LC2 och vice versa är optimal, måste de naturliga svängningsfrekvenserna för båda kretsarna sammanfalla, och de bör också sammanfalla med frekvensen för högspänningskällan.

Detta uppnås genom att justera värdena på kapacitet och induktans i båda kretsarna, svängningsfrekvenserna sammanfaller med källans frekvens:

När detta inträffar överförs källenergin effektivt till LC1 och LC1 till LC2 -kretsen. I varje svängningscykel ökar den ackumulerade elektriska och magnetiska energin i varje krets.

När den elektriska spänningen i C2 är tillräckligt hög, släpps energi i form av strålar med hjälp av utsläpp av C2 till mark.

Användning av Tesla -spolen

Teslas ursprungliga idé i sina experiment med dessa spolar var alltid att hitta ett sätt att överföra el på ett stort avstånd utan ledningar.

Den lilla effektiviteten hos denna metod på grund av spridningsenergiförluster genom miljön gjorde emellertid nödvändig att söka andra medel för att överföra elektrisk kraftkraft. Idag fortsätter ledningarna.

Kan tjäna dig: Lenz Law: Formel, Ekvationer, applikationer, exempelPlasmalampa, som hjälpte till att utveckla Tesla -experimentet.

Många av Nikola Teslas idéer finns dock fortfarande i nuvarande ledningssystem. Till exempel spänningshissar i elektriska transformatorstationer att överföra med medel.

Trots att de inte har stor -skala användning fortsätter Tesla -spolarna att vara användbara i den högspänningselektriska industrin för att testa isoleringssystem, torn och andra elektriska enheter som måste fungera säkert. De används också i olika shower för att generera strålar och gnistor, liksom i vissa fysikexperiment.

I högspänningsexperiment med tesla -spolar med hög dimension är det viktigt att vidta säkerhetsåtgärder. Ett exempel är användningen av Faraday -burar för att skydda observatörer och metallnätdräkter för konstnärer som deltar i utställningar med dessa spolar.

Hur man gör en hemlagad Tesla -spole?

Komponenter

I denna miniatyrversion av Tesla -spolen kommer en växlingsström med hög spänningar inte att användas inte. Tvärtom, energikällan kommer att vara ett 9 V -batteri, som visas i schemat i figur 3.

Figur 3. Schema för att bygga en Tesla mini -spole. Källa: Självgjord.

Den andra skillnaden med den ursprungliga versionen av Tesla är användningen av en transistor. I vårt fall kommer det att vara 2222A, vilket är en låg signal NPN -transistor men snabb respons eller hög frekvens.

Kretsen har också en switch S, en 3 -laps L1 primärspole och en sekundär L2 -spole på minst 275 varv, men den kan också vara mellan 300 och 400 varv.

Den primära spolen kan byggas med en gemensam kabel med plastisolator, men gymnasiet kräver en tunn kabel täckt med isolerande lack, vilket är den som vanligtvis används i empinaterna. Det rullade kan göras på en kartong eller plaströr som har mellan 3 och 4 cm i diameter.

Användning av transistorn

Det bör komma ihåg att under Nikola Tesla -tiden fanns det inga transistorer. I detta fall ersätter transistorn "Spark Gap" eller "Explosor" för den ursprungliga versionen. Transistorn kommer att användas som en grind som tillåter den aktuella passagen eller inte. För detta är transistorn polariserad enligt följande: The Collector c till positiv terminal och emittenten och till det negativa batteriet.

När basen b Den har positiv polarisering, sedan tillåter den passagen från samlaren till avsändaren, och annars förhindrar den den.

I vårt schema ansluter basen till batteriets positiva, men en 22 -kilo ohm -motstånd är isär för att begränsa överskottet av ström som kan bränna transistorn.

Kretsen visar också en LED -diod som kan vara röd. Dess funktion kommer att förklaras senare.

I den fria änden av den sekundära spolen L2 placeras en metallfärit, som kan byggas som täcker en polystyrenboll eller en stiftpongkula med aluminiumfolie.

Denna sfärit är placken för en kondensator C, den andra plack är miljön. Detta är vad som är känt med namnet på parasitkapaciteten.

Tesla Mini Coil -operation

När S -omkopplaren är stängd är transistorbasen positivt polariserad och den övre änden av den primära spolen är också positivt polariserad. Så att en ström som passerar genom den primära spolen, fortsätter genom samlaren dyker upp plötsligt, går ut i avsändaren och återvänder till stacken.

Kan tjäna dig: Acceleration of Gravity: Vad är det, hur det mäts och övningar

Denna ström växer från noll till ett maximivärde på mycket kort tid, varför den inducerar en elektromotivkraft i sekundärspolen. Detta producerar en ström som går från botten av L2 -spolen till basen på transistorn. Denna nuvarande upphör plötsligt den positiva polariseringen av basen på det sätt som strömmen flödar av det primära.

I vissa versioner tas LED -dioden bort och kretsen fungerar. Att placera det förbättrar emellertid effektiviteten i snittet av polarisationen av transistorbasen.

Vad händer när den nuvarande cirkulerar?

Under den snabba nuvarande tillväxtcykeln i primärkretsen inducerades en elektromotivkraft i den sekundära spolen. Eftersom skjutförhållandet mellan primär och sekundär.

På grund av ovanstående finns det ett intensivt elektriskt fält i sfären för kondensator C som kan jonisera lågtrycksgas från ett neonrör eller en fluorescerande lampa som närmar sig sfären C och accelererar fria elektroner i röret för att väcka atomer som producerar lättutsläpp.

När strömmen upphörde plötsligt genom L1 -spolen och L2 -spolen släpptes genom luften som omger C mot marken, startades cykeln.

Den viktiga punkten i denna typ av krets är att allt händer på mycket kort tid, så att det finns en högfrekvent oscillator. I denna typ av krets är Suicheo eller snabb oscillation som produceras av transistorn viktigare än resonansfenomenet som beskrivs i föregående avsnitt och hänvisas till den ursprungliga versionen av Tesla Coil.

Experiment som föreslås med Tesla mini -spolar

När Tesla Mini -spolen är byggd är det möjligt att experimentera med den. Uppenbarligen kommer strålarna och gnistorna i de ursprungliga versionerna inte att inträffa.

Men med hjälp av en fluorescerande glödlampa eller ett neonrör kan vi observera hur den kombinerade effekten av det intensiva elektriska fältet som genereras i kondensatorn i slutet av spolen och den höga svängningsfrekvensen för det fältet, göra lampan lampan till lampan Belyser knappt närmar sig kondensorsfären.

Det intensiva elektricitetsfältet joniserar lågtrycksgas inuti röret och lämnar fria elektroner inuti gasen. Således orsakar kretsens höga frekvens fria elektroner inuti det fluorescerande röret för att accelerera och väcka fluorescerande pulver vidhäftat vid rörets innervägg, vilket får den att avge ljus.

Du kan också närma dig en lysande LED till C -sfären och observera hur den slås på även när LED -stiften inte har anslutit sig.

Referenser

1. Blake, T. Tesla spolteori. Återhämtat sig från: tb3.com.
2. Burnett, R. Drift av Tesla -spolen. Återhämtat sig från: Richieburnett.co.Storbritannien.
3. Tippens, s. 2011. Fysik: koncept och applikationer. Sjunde upplagan. Macgraw Hill. 626-628.
4. University of Wisconsin-Madison. Teslaspolen. Återhämtat sig från: underverk.Fysik.Vagga.Edu.
5. Wikiwand. Teslaspolen. Återhämtat sig från: wikiwand.com.