elektrisk strøm er ofte magisk og mystisk. Før folk vidste om elektricitet, optrådte mange naturfænomener som overnaturlige begivenheder forårsaget af vrede guder. Heldigvis kender folk i dag fysiklove, og de kan operere med dem efter deres behov uden problemer.en Tesla-spole er et resonanskredsløb sammensat af to LC-kredsløb, induktivt koblet. Med andre ord er det en transformer med et primært kredsløb og sekundære kredsløb, der kan hæve den elektriske spænding for at producere gnister., Under normale forhold kan luften betragtes som en isolator. En spænding, der påføres mellem to isolerede punkter, forårsager ikke passage af nogen elektrisk strøm. Hvis spændingen øges, kan det elektriske felt blive intens nok til at modtage energi til ioniserende andre partikler. Fænomenet forstærkes med en progressiv stigning i bevægelige ioner. En elektrisk strøm etableres med opvarmning af det område, der forårsager yderligere ionisering af luften. Der skabes en stærkt ioniseret gasformig kanal, som fungerer som en elektrisk leder, der er i stand til at opretholde en elektrisk lysbue., Gnisten har en intens glød i meget kort varighed på en zig .agsti med en detonerende lyd. Lyn er en gnist af stor intensitet. For at udløse gnisten skal det elektriske felt overstige stivhedstærsklen for det dielektriske. For standardluft er det omkring 3 kV / mm, men det falder let med fugtighed. For at producere en gnist på 10 cm skal du levere en spænding på omkring 300.000 V (300 kV).
gnistens Længde
med denne meget generelle formel kan du måle spændingen mellem to ledere ved at måle længden af gnisterne., Når der påføres en potentiel forskel mellem to elektroder, dannes et elektrisk felt:
E = v * d
hvor “V” er spændingen, og “d” er afstanden mellem elektroderne. For hvert materiale er der en værdi, kendt som brudpunktet, som repræsenterer det minimale elektriske felt, der er nødvendigt for at udløse en gnist. For at generere en gnist på 1 cm er det nødvendigt at anvende 30 kV. For at kende spændingen mellem to elektroder skal du blot multiplicere gnistens længde (i centimeter) med 30 kV ved en temperatur på 25.C med tør luft. Denne metode virker med to sfæriske elektroder., Værdien kan variere baseret på tryk og fugtighed. Som vist i Figur 1, er det virkelig svært at generere store gnister. For en gnist på 10 cm har den brug for en spænding på 300.000 V, og for en gnist på en halv meter skal du levere omkring 1.500.000 V — virkelig meget farlig.
Figur 1: graf over længden af gnist vs. spænding
det er meget imponerende, hvordan naturen kan producere meget store lynbolte på millioner af volt!
hvordan virker det?,
vi ved, at en Tesla-spole, skabt af Nikola Tesla, er en speciel resonanstransformator med to koblede spoler. En Tesla coil transformer fungerer anderledes end en traditionel transformer med en jernkerne. I en konventionel transformer genererer de to spoler en spændingsforstærkning, der afhænger af forholdet mellem antallet af drejninger. I en Tesla-spole kan gevinsten på den anden side være meget større, fordi den er proportional med: L L2/L1.
den rette balance mellem de enkelte dele tillader en kobling, der er i stand til at generere en elektromagnetisk bølge, der er egnet til at tænde en luminescenslampe., Den har en luftkerne. Dens driftsfrekvens er mellem 50 Kh.og 30 MH.. Spolen overfører energi fra den primære til den sekundære. Spændingen produceret på sekundæret øges, indtil al energi i det primære kredsløb er blevet overført til den sekundære. Systemet er baseret på en RLC-gruppe og på en sinusformet generator, som vist i figur 2. Et RLC-kredsløb er et elektrisk kredsløb bestående af en modstand (R), en induktor (L) og en kondensator (C), der er forbundet i serie. Transformeren på luft trin indgangsspændingen op 100 100 for at skabe en højspænding., Efter et par sekunder er spændingen høj nok til at affyre gnistgabet. Kondensatoren og den primære spole i den anden transformer danner derefter et resonanskredsløb. Den sekundære transformatorspole er fastgjort til en toroid, der repræsenterer kondensator forbundet til jorden. Det danner også et resonanskredsløb med samme resonansfrekvens. Energien overføres gradvist fra det første kredsløb til det andet, så stopper gnistgabet ledende, hvilket efterlader al energi i toroidkredsløbet. Når gnistgabet holder op med at lede, tager det et stykke tid, før spændingen opbygges nok til, at den brænder igen.,
figur 2: et RLC-kredsløb og grafen for dets output, inden for frekvensområdet
eksemplet på figuren består af en modstand på 10 Ω (det bestemmer circuit-faktor for kredsløb), en kondensator på 47 PF, en kondensator på og en induktor på 20 MH. For at beregne frekvensen af resonans af kredsløbet (i eksemplet er det 164.155, 78 h.) kan du bruge formlen vist i boksen., Hvis RLC-kredsløbet leveres nøjagtigt ved dets resonansfrekvens, opnår vi på induktoren en meget højere spænding end den, der påføres indgangen. Under disse forhold er kredsløbet for spændingsgeneratoren en perfekt resistiv belastning. For disse egenskaber forstår vi, at konstruktionen af spolerne ikke kan være tilfældig, men skal være resultatet af præcise og nøjagtige beregninger og formler.
generel skematisk
figur 3 viser en generel, men fuldt fungerende skematisk af en Tesla-spole., Spinterometeret og kondensatoren (tank) kan monteres i henhold til to forskellige konfigurationer. Lad os illustrere dens komponenter. Konstruktionen er ikke hård, men det kræver pleje.
figur 3: generel skematisk af Tesla-spolen
transformeren T1 øger og hæver indgangsspændingen til omkring 10 kV. Denne komponent bruges normalt til at belyse reklametegn med neon. Du kan ikke bruge en traditionel transformer., Kondensatoren C1, en leydas flaske eller en højspændingskondensator, er forbundet parallelt med transformatorens sekundære. C1 oplader og udleder dens spænding ved frekvensen af indgangsspændingen. Det er interessant at bemærke, at indgangsspændingen også kan være en DC-spænding (men uden den første transformer). Når forskellen i potentialet på C1 overstiger de grænser, der pålægges af spinterometeret, opstår der en gnist mellem dens terminaler, og en stærk strøm strømmer gennem L1, der udleder kondensatoren. Gnisten lukker kredsløbet., L1 og L2 er to komponenter i en transformer — L1 er den primære og L2 er den sekundære. På terminalerne på L2 vil en meget høj spænding være til stede. Strømmen af strømmen på spolerne afhænger af kapaciteten på C1. Du kan tilslutte flere kondensatorer parallelt. Det er meget vigtigt, at denne komponent er egnet til de anvendte spændinger. På den anden side kan du tilslutte i serie og parallelt mange kondensatorer for at opnå den ønskede driftsspænding.
konstruktion
som sagt før fungerer transformeren T1 som elevator for indgangsspændingen. Vær forsigtig, når du håndterer den., Som vist i figur 4 fremstilles primærspolen L1 med en tyk tråd viklet rundt til plaststøtte med en diameter på 25 cm. Konstruktionen af L2 er meget kedelig. Du kan bruge et langt plastrør med en diameter på 12 cm. For optimal ydeevne er det en god ide at behandle støtten med en plastmaling. Spolen består af 2.000 omdrejninger af emaljeret tråd på 0,4 mm (26 A .g).
Figur 4: Design og målinger af spoler
kondensatorer skal være valgt, og som er bygget med omhu., Du kan ikke bruge normale kondensatorer. Forskellen i potentiale er meget høj, og komponenterne kan blive ødelagt. Det kan følge projektet med en Leyden-krukke, eller du kan tilslutte mange polyesterkondensatorer i Serie/parallel for at opnå den maksimale kapacitet og spænding på mindst 15.000 V. kondensatorerne må ikke polariseres. Du kan bygge en meget effektiv kondensator ved hjælp af to aluminiumsfolie limet på en glasplade i de modsatte flader. Med dimensionerne 50 50 50 cm og en tykkelse på glas på 3 mm kan du få en kondensator på 7.378 PF., Glas har en meget høj dielektrisk konstant. Alligevel kan denne kondensator være mindre. Figur 5 viser forskellige eksempler på højspændingskondensatorer.
figur 5: forskellige eksempler på højspændingskondensatorer
spinterometeret er en meget let komponent og er meget vigtig. Det er en enhed, der bruges til at generere elektriske udladninger i luften gennem to elektroder. Den består af to kugler., Afstanden mellem terminalerne kan gradvist reduceres, indtil intensiteten af det elektriske felt overstiger luftens dielektriske stivhedsværdi, og der opstår en gnist. Du kan se et eksempel på et spinterometer i figur 6.
figur 6: eksempel på et spinterometer
under konstruktionen skal du være opmærksom på at isolere de kritiske dele af kredsløbet.
brug
når konstruktionen er færdig, kan du snart teste enheden. Vær forsigtig med enhver operation., Opsætningen skal udføres uden elektrisk forbindelse. Gnisterne kan være meget smertefulde. Når enheden er slukket, kan du justere afstanden mellem spinterometerets to kugler for at få en gnist. For at justere gnisten skal du flytte de to kugler væk omkring 5 cm fra hinanden. Gå derefter hen til elektroderne i små trin, og sluk for enheden hver gang. Effekten af gnisterne er proportional med kondensatorens kapacitet. Når du har fået gnisterne i spinterometeret, er den sekundære spole klar til at producere en særlig effekt., Fra toppen kan du producere store gnister, der nærmer sig metalgenstande til kuglen på spolen. Du skal holde dem med et langt isoleret håndtag (træ eller plast). Længden af gnisterne (elektriske buer) er proportional med spænding over den sekundære spole. Rør ikke nogen del af kredsløbet med dine hænder. En gnist på 20 cm er et meget godt resultat.
Tuning
Tesla-spolen ligner en radiomodtager. Det skal indstille sig til resonansfrekvensen for at få den bedste ydelse fra den., For at forbedre enhedens effektivitet foreslår vi følgende løsninger:
• Forøg eller reducer antallet af omdrejninger af den primære spole.
• Forøg eller reducer antallet af omdrejninger af den sekundære spole.
• Flyt de to kugler på spinterometeret nærmere eller længere væk med nogle millimeter (husk at slukke for strømmen).
• Forøg så meget som muligt kapaciteten af tanken på kondensatorer.
• Skift forbindelsen på forskellige cirkler på den primære spole, som vist i Figur 7.
• brug materialer af god kvalitet og gode komponenter.,
Figur 7: Du kan forbedre koblingen af LC kredsløb ved at ændre værdien af induktans af den primære spole med en forskellig position i den forbindelse.
konklusion
der er mange løsninger til at opbygge en Tesla-spole. Dette er sandsynligvis den nemmeste. Vær forsigtig, mens du arbejder med disse kredsløb, da spændingen er meget høj. Under driften af Tesla-spolen er der en stærk o .on lugt tilbage i luften., Til sidst kan du bygge en mindre version af enheden, og så kan du øge kraften i Tesla-spolen. I figur 8 kan du se en komplet Tesla-spole. I det kan vi skelne (fra venstre mod højre):
- transformeren (230 V til 10,000 V)
- HV kondensatoren
- spinterometeret
- de to spoler (primær og sekundær)
figur 8: en komplet Tesla-spole