Tesla History Coil, hvordan det fungerer, hva er det for

De Tesla Coil Det er en opprør som fungerer som en høyspennings- og høyfrekvensgenerator. Det ble oppfunnet av fysikeren Nikola Tesla (1856 - 1943), som patenterte den i 1891.

Magnetisk induksjon fikk Tesla til å tenke på muligheten for å overføre strøm uten førerinngrep. Derfor var ideen om forskeren og oppfinneren å lage et apparat som tjente til å transponere strøm uten å bruke kabler. Bruken av denne maskinen er imidlertid veldig lite effektiv, så det endte opp med å forlate snart for dette formålet.

Figur 1. Demonstrasjon med Tesla -spolen. Kilde: Pixabay.

Likevel kan Tesla -spoler fremdeles finnes med noen spesifikke applikasjoner, for eksempel høyspenningstårn eller fysikkeksperimenter.

[TOC]

Historie

Spolen ble opprettet av Tesla kort tid etter at Hertzs ​​eksperimenter kom fram. Den samme Tesla kalte "Apparat for overføring av strøm". Tesla ønsket å bevise at det kunne overføres strøm uten tråder.

I sitt Colorado Springs Laboratory hadde Tesla til disposisjon en enorm 16 -meter spole koblet til en antenne. Enheten ble brukt til å utføre energioverføringseksperimenter.

Eksperimenter med Tesla -spoler.

Ved en anledning var det en ulykke forårsaket av denne spolen der Dynamos brant fra en sentral som ligger 10 kilometer unna. Etter feilen ble elektriske buer produsert rundt Dinamos -vinduene.

Ingen av de motløs Tesla, som fortsatte å prøve med mange spoledesign, som er kjent i dag med navnet hans.

Hvordan virker det?

Den berømte Tesla -spolen er en av de mange designene som Nikola Tesla laget for å overføre strøm uten kabler. De originale versjonene var av stor størrelse og brukte høyspenning og høye strømkilder.

Naturligvis i dag er det mye mindre, kompakte og hjemmelagde design som vi vil beskrive og forklare i neste avsnitt.

Figur 2. Grunnleggende Tesla Coil -ordning. Kilde: Selvlaget.

Et design basert på de originale versjonene av Tesla -spolen er den som er vist i forrige figur. Den elektriske ordningen med forrige figur kan deles inn i tre seksjoner.

Kilde (f)

Kilden består av en vekselstrømgenerator og en høy forsterkningstransformator. Kildeutgangen er vanligvis mellom 10000 V og 30000 V.

Første resonantkrets LC 1

Den består av en S -bryter kjent som "Spark Gap" eller "Explosbor", som lukker kretsen når en gnist hopper mellom endene. LC 1 -kretsen har også en C1 -kondensator og en L1 -spole tilkoblet i serie.

Andre resonanskrets LC 2

LC 2 -kretsen består av en L2 -spole som har et forhold på omtrent 100 til 1 svinger sammenlignet med L1 -spolen og en C2 -kondensator. C2 kondensator kobles til L2 -spolen gjennom jorden.

L2 -spolen er vanligvis en tråd som ruller. L1 -spolen, selv om den ikke er vist i ordningen, rulles på L2 -spolen.

C2 kondensator, som alle kondensatorer, består av to metallplater. I Teslas spoler har en av C2 -platene vanligvis formen som en sfærisk eller toroidal kuppel og er koblet i serie med L2 -spolen.

Den andre C2 -platen er det nære miljøet, for eksempel en metall sokkel ferdig i sfære og bakken for å lukke kretsen med den andre L2 -enden, også jordet til bakken.

Det kan tjene deg: komprimeringsforsøk: hvordan det gjøres, egenskaper, eksempler

Virkningsmekanismen

Når en Tesla -spole blir satt i drift, laster høyspenningskilden C1 -kondensatoren. Når den når en tilstrekkelig høy spenning, gjør det et gnisthopp i suiche S (Spark Gap eller Explosbor), og lukker resonantkretsen I.

Deretter lastes C1 -kondensatoren lastet ned gjennom L1 -spolen som genererer et variabelt magnetfelt. Dette variable magnetfeltet krysser også L2 -spolen og induserer en elektromotorisk kraft på L2 -spolen.

Fordi L2 har omtrent 100 omganger mer enn L1, er den elektriske spenningen i L2 100 ganger større enn i L1. Og som i L1 er spenningen i størrelsesorden 10 tusen volt, så i L2 vil det være 1 million volt.

Den magnetiske energien akkumulert i L2 overføres som elektrisk kraft til C2 -kondensator. Nedlastinger forekommer mellom 100 og 150 ganger per sekund.

LC1 -kretsen kalles resonans fordi den akkumulerte energien i kondensator C1 passerer til spole L1 og omvendt; det vil si at en svingning skjer.

Det samme skjer i LC2 -resonantkretsen, der den magnetiske energien til L2 -spolen overføres som elektrisk kraft til C2 -kondensatoren og omvendt. Det vil si at i kretsen er det en tur / retur -strøm vekselvis.

Den naturlige svingningsfrekvensen i en LC -krets er

Gjensidig resonans og induksjon

Når energien som leveres til LC -kretsløp oppstår med samme frekvens som den naturlige kretssvingningsfrekvensen, er energioverføringen optimal, og produserer en maksimal forsterkning i kretsstrømmen. Dette fenomenet som er vanlig for alle oscillerende systemer er kjent som resonans.

LC1- og LC2 -kretsløp er magnetisk koblet, et annet fenomen som kalles gjensidig induksjon.

Slik at energioverføringen av LC1 -kretsen til LC2 og omvendt er optimal, må de naturlige svingningsfrekvensene til begge kretsløp sammenfalle, og de bør også sammenfalle med frekvensen av høyspenningskilden.

Dette oppnås ved å justere verdiene på kapasitet og induktans i begge kretsløp, svingningsfrekvensene sammenfaller med frekvensen av kilden:

Når dette skjer, overføres kildeenergien effektivt til LC1 og LC1 til LC2 -kretsen. I hver svingningssyklus øker den akkumulerte elektriske og magnetiske energien i hver krets.

Når den elektriske spenningen i C2 er høy nok, frigjøres energi i form av stråler ved hjelp av utslipp av C2 til bakken.

Bruk av Tesla -spolen

Teslas opprinnelige idé i sine eksperimenter med disse spolene var alltid å finne en måte å overføre strøm på stor avstand uten ledninger.

Imidlertid gjorde den lille effektiviteten til denne metoden på grunn av energitap i spredning gjennom miljøet det nødvendig å søke andre måter å overføre elektrisk kraftkraft. I dag fortsetter ledningene.

Kan tjene deg: Lenz Law: Formula, ligninger, applikasjoner, eksemplerPlasmapamp, som bidro til å utvikle Tesla -eksperimentet.

Imidlertid er mange av Nikola Teslas ideer fremdeles til stede i nåværende ledningssystemer. For eksempel spenningsheiser i elektriske transformatorstasjoner for å overføre ved hjelp av måter.

Til tross for at de ikke har bruk av stor skala, fortsetter Tesla -spoler å være nyttige i høyspennings elektrisk industri for å teste isolasjonssystemer, tårn og andre elektriske enheter som må fungere trygt. De brukes også i forskjellige show for å generere stråler og gnister, så vel som i noen fysikkeksperimenter.

I høyspenningseksperimenter med høydimensjon Tesla -spoler er det viktig å ta sikkerhetstiltak. Et eksempel er bruk av Faraday -bur for beskyttelse av observatører og metallnettdrakter for kunstnere som deltar i show med disse spolene.

Hvordan lage en hjemmelaget Tesla -spole?

Komponenter

I denne miniatyrversjonen av Tesla -spolen vil en vekselstrøm med høy spenning ikke bli brukt. Tvert imot, energikilden vil være et 9 V -batteri, som vist i ordningen i figur 3.

Figur 3. Ordning for å bygge en Tesla mini spole. Kilde: Selvlaget.

Den andre forskjellen med den opprinnelige versjonen av Tesla er bruken av en transistor. I vårt tilfelle vil det være 2222a, som er en lav signal NPN -transistor, men rask respons eller høy frekvens.

Kretsen har også en bryter S, en 3 -Laps L1 primærspole og en sekundær L2 -spole på minst 275 svinger, men den kan også være mellom 300 og 400 omganger.

Primærspolen kan bygges med en felles kabel med plastisolator, men videregående skole krever en tynn kabel dekket med isolerende lakk, som er den som vanligvis brukes i embopinater. Rullet kan gjøres på et papp eller plastrør som har mellom 3 og 4 cm i diameter.

Bruk av transistoren

Det må huskes at i Nikola Tesla -tiden var det ingen transistorer. I dette tilfellet erstatter transistoren "gnistgapet" eller "eksplosivet" av originalversjonen. Transistoren vil bli brukt som en port som tillater gjeldende passasje eller ikke. For dette er transistoren polarisert som følger: samleren c til positiv terminal og utsteder og til det negative batteriet.

Når basen b Den har positiv polarisering, så tillater den passasjen fra samleren til avsenderen, og ellers forhindrer den den.

I vårt opplegg kobles basen til batteriet positivt, men en 22 -kilo ohm -motstand er ispedd, for å begrense overskuddet av strøm som kan forbrenne transistoren.

Kretsen viser også en LED -diode som kan være rød. Funksjonen vil bli forklart senere.

I den frie enden av den sekundære spolen L2 er en metallfæritt plassert, som kan bygges som dekker en polystyrenkule eller en pin pong -ball med aluminiumsfolie.

Denne sfæritten er plaketten til en kondensator C, den andre plakaten er miljøet. Dette er det som er kjent under navnet parasittkapasitet.

Tesla Mini Coil Operation

Når S -bryteren er lukket, er transistorbasen positivt polarisert, og den øvre enden av primærspolen er også positivt polarisert. Slik at en strøm som går gjennom primærspolen, fortsetter gjennom samleren vises brått, går ut avsenderen og går tilbake til bunken.

Kan tjene deg: Akselerasjon av tyngdekraften: Hva er det, hvordan den måles og øvelser

Denne strømmen vokser fra null til en maksimal verdi på veldig kort tid, og det er derfor den induserer en elektromotorisk kraft i sekundærspolen. Dette produserer en strøm som går fra bunnen av L2 -spolen til basen av transistoren. Denne strømmen opphører brått den positive polarisasjonen av basen på den måten strømmen av primæren.

I noen versjoner fjernes LED -dioden og kretsen fungerer. Å plassere det forbedrer imidlertid effektiviteten i kuttet av polarisasjonen av transistorbasen.

Hva som skjer når strømmen sirkulerer?

I løpet av den raske nåværende vekstsyklusen i primærkretsen ble en elektromotorisk kraft indusert i sekundærspolen. Fordi skyteforholdet mellom primær og sekundær.

På grunn av det ovennevnte er det et intenst elektrisk felt i kondensatoren C som er i stand til å ionisere lavtrykksgass fra et neonrør eller en lysstoffrør som nærmer seg sfæren C og akselererer frie elektroner i røret for å begeistre atomer som produserer de lysutslipp.

Da strømmen brått opphørte gjennom L1 -spolen og L2 -spolen ble sluppet ut gjennom luften som omgir C mot bakken, ble syklusen startet på nytt.

Det viktige poenget i denne typen krets er at alt skjer på veldig kort tid, slik at det er en høyfrekvent oscillator. I denne typen kretser er suicheo eller hurtig svingning produsert av transistoren viktigere enn resonansfenomenet beskrevet i forrige seksjon og henvist til den opprinnelige versjonen av Tesla Coil.

Eksperimenter foreslått med Tesla minispoler

Når Tesla Mini -spolen er bygget, er det mulig å eksperimentere med den. Det er klart at strålene og gnistene til de originale versjonene ikke vil oppstå.

Imidlertid, ved hjelp av en lysstoffrør eller et neonrør, kan vi observere hvordan den kombinerte effekten av det intense elektriske feltet som genereres i kondensatoren i enden av spolen og den høye svingningsfrekvensen til det feltet, gjør lampen til lampen Belysning nærmer seg knapt kondensatorfære.

Det intense strømfeltet ioniserer lavtrykksgass inne i røret, og etterlater frie elektroner inne i gassen. Dermed fører den høye frekvensen av kretsen frie elektroner inne i det lysstoffrøret for å akselerere og begeistre lysstoffpulver festet til den indre veggen i røret, noe som får det til å avgi lys.

Du kan også henvende deg.

Referanser

1. Blake, t. Tesla Coil Theory. Gjenopprettet fra: TB3.com.
2. Burnett, r. Drift av Tesla -spolen. Gjenopprettet fra: Richieburnett.co.Storbritannia.
3. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. MacGraw Hill. 626-628.
4. University of Wisconsin-Madison. Tesla Coil. Gjenopprettet fra: underverker.Fysikk.Wisc.Edu.
5. Wikiwand. Tesla Coil. Gjenopprettet fra: wikiwand.com.