elektrische stroom is vaak magisch en mysterieus. Voordat mensen wisten van elektriciteit, verschenen veel natuurlijke fenomenen als bovennatuurlijke gebeurtenissen veroorzaakt door boze goden. Gelukkig kennen mensen vandaag de dag fysica wetten, en ze kunnen werken met hen op basis van hun behoeften zonder problemen.
een Tesla-spoel is een resonantiekring bestaande uit twee LC-circuits, inductief gekoppeld. Met andere woorden, het is een transformator met een primair circuit en secundaire circuits die de elektrische spanning kunnen verhogen om vonken te produceren., Onder normale omstandigheden kan de lucht worden beschouwd als een isolator. Een spanning tussen twee geïsoleerde punten veroorzaakt geen doorgang van elektrische stroom. Als de spanning wordt verhoogd, kan het elektrische veld intens genoeg worden om de energie te ontvangen voor het ioniseren van andere deeltjes. Het fenomeen wordt versterkt met een progressieve toename van bewegende ionen. Een elektrische stroom wordt vastgesteld met verwarming van het gebied dat verdere ionisatie van de lucht veroorzaakt. Een sterk geïoniseerd gasvormig kanaal wordt gecreëerd, dat fungeert als een elektrische geleider, in staat om een elektrische boog te onderhouden., De vonk heeft een intense gloed in een zeer korte duur op een zigzagpad, met een detonerend geluid. Bliksem is een vonk van grote intensiteit. Om de vonk te activeren, moet het elektrische veld de starheidsdrempel van de diëlektrische overschrijden. Voor standaard lucht, het is ongeveer 3 kV / mm, maar het vermindert gemakkelijk met vochtigheid. Om een vonk van 10 cm te produceren, moet u een spanning van ongeveer 300.000 V (300 kV) leveren.
lengte van de vonk
Met deze zeer algemene formule kunt u de spanning tussen twee geleiders meten door de lengte van de vonken te meten., Wanneer een potentiaalverschil tussen twee elektroden wordt toegepast, wordt een elektrisch veld gevormd:
E = V * d
waarbij “V” de spanning is en “d” de afstand tussen de elektroden. Voor elk materiaal is er een waarde, bekend als het breekpunt, die het minimale elektrische veld dat nodig is om een vonk te activeren vertegenwoordigt. Om een vonk van 1 cm te genereren, is het noodzakelijk om 30 kV toe te passen. Om de spanning tussen twee elektroden te kennen, vermenigvuldigt u eenvoudig de lengte van de vonk (in centimeters) met 30 kV, bij een temperatuur van 25°C met droge lucht. Deze methode werkt met twee sferische elektroden., De waarde kan variëren op basis van druk en vochtigheid. Zoals weergegeven in Figuur 1, is het echt moeilijk om grote vonken te genereren. Voor een vonk van 10 cm heeft hij een spanning van 300.000 V nodig, en voor een vonk van een halve meter moet je ongeveer 1.500.000 V leveren — echt heel gevaarlijk.
figuur 1: grafiek van de lengte van de vonk vs. spanning
Het is zeer indrukwekkend hoe de natuur zeer grote bliksemschichten van miljoenen volt kan produceren!
Hoe werkt het?,we weten dat een Tesla-spoel, gemaakt door Nikola Tesla, een speciale resonantetransformator is met twee gekoppelde spoelen. Een Tesla spoel transformator werkt anders dan een traditionele transformator met een ijzeren kern. In een conventionele transformator genereren de twee spoelen een spanningsversterking, die afhankelijk is van de verhouding van het aantal windingen. In een Tesla spoel, aan de andere kant, kan de winst veel groter zijn omdat deze evenredig is aan: √L2/L1.
de juiste balans tussen de afzonderlijke delen maakt een koppeling mogelijk die een elektromagnetische golf kan genereren die geschikt is om een luminescentielamp te verlichten., Het heeft een luchtkern. De werkfrequentie ligt tussen 50 KHz en 30 MHz. De spoel brengt energie van de primaire naar de secundaire. De spanning op de secundaire neemt toe totdat alle energie van het primaire circuit is overgebracht naar de secundaire. Het systeem is gebaseerd op een RLC-groep en op een sinusoïdale generator, zoals weergegeven in Figuur 2. Een RLC-circuit is een elektrisch circuit bestaande uit een weerstand (R), een inductor (L) en een condensator (C), die in serie is aangesloten. De transformator op lucht stappen de ingangsspanning omhoog 100× om een hoge spanning te creëren., Na een paar seconden is de spanning hoog genoeg om de vonkspleet af te vuren. De condensator en de primaire spoel van de tweede transformator vormen dan een resonantiekring. De secundaire transformator spoel is bevestigd aan een toroïde, die condensator aangesloten op de grond. Het vormt ook een resonantiekring met dezelfde resonantiefrequentie. De energie wordt geleidelijk overgebracht van het eerste circuit naar het tweede, dan stopt de vonkspleet geleidend, waardoor alle energie in het toroid circuit. Zodra de vonkspleet stopt met uitvoeren, duurt het even voordat de spanning genoeg opbouwt om opnieuw te kunnen vuren.,
Figuur 2: een RLC-circuit en de grafiek van zijn output, in het domein van frequentie
het voorbeeld van de figuur bestaat uit een weerstand van 10 Ω (het bepaalt de Q-factor van circuit), een condensator van 47 pF, en een inductor van 20 MH. Om de frequentie van resonantie van het circuit te berekenen (in het voorbeeld is het 164.155, 78 Hz) kunt u de formule gebruiken die in het vak wordt getoond., Als het RLC circuit precies op zijn resonantiefrequentie wordt geleverd, op de inductor, verkrijgen we een veel hogere spanning dan die welke op de ingang wordt toegepast. In deze omstandigheden is het circuit voor de spanningsgenerator een perfect resistieve belasting. Voor deze kenmerken begrijpen we dat de constructie van de spoelen niet willekeurig kan zijn, maar het resultaat moet zijn van nauwkeurige en nauwkeurige calculus en formules.
algemeen schema
Figuur 3 toont een algemeen maar volledig werkend schema van een Tesla-spoel., De spinometer en de condensator (tank) kunnen volgens twee verschillende configuraties worden gemonteerd. Laten we de componenten illustreren. De constructie is niet moeilijk, maar het vereist zorg.
Figuur 3: algemeen schema van de tesla-spoel
De transformator T1 verhoogt en verhoogt de ingangsspanning tot ongeveer 10 kV. Dit onderdeel wordt meestal gebruikt om reclameborden met neon te verlichten. Je kunt geen traditionele transformator gebruiken., De condensator C1, een Leyda ‘ s fles of een hoogspanningscondensator, is parallel verbonden met de secundaire van de transformator. C1 laadt zijn spanning op met de frequentie van de ingangsspanning. Het is interessant om op te merken dat de ingangsspanning ook een gelijkspanning kan zijn (maar zonder de eerste transformator). Wanneer het verschil van de potentiaal op C1 de grenzen overschrijdt die door de spinometer worden opgelegd, treedt een vonk op tussen zijn terminals en een sterke stroom door L1 stroomt, die de condensator ontlaadt. De vonk sluit het circuit., L1 en L2 zijn twee componenten van een transformator — L1 is de primaire en L2 is de secundaire. Op de aansluitingen van L2 zal een zeer hoge spanning aanwezig zijn. Het vermogen van de stroom op de spoelen hangt af van de capaciteit van C1. U kunt meerdere condensatoren parallel aansluiten. Het is erg belangrijk dat dit onderdeel geschikt is voor de gebruikte spanningen. Aan de andere kant kunt u in serie en parallel vele condensatoren aansluiten om de gevraagde bedrijfsspanning te verkrijgen.
constructie
zoals eerder gezegd werkt de transformator T1 als lift van de ingangsspanning. Wees voorzichtig bij het hanteren., Zoals afgebeeld in Figuur 4, wordt de primaire spoel L1 gemaakt met een dikke draad omwikkeld op plastic steun met een diameter van 25 cm. De constructie van L2 is erg vervelend. U kunt gebruik maken van een lange plastic buis met een diameter van 12 cm. Voor optimale prestaties is het een goed idee om de steun te behandelen met een plastic verf. De spoel bestaat uit 2000 windingen van geëmailleerde draad van 0,4 mm (26 AWG).
Figuur 4: Ontwerp en metingen van de spoelen
De condensatoren moeten met zorg worden gekozen en gebouwd., Je kunt geen normale condensatoren gebruiken. Het verschil in potentie is zeer groot en de componenten kunnen worden vernietigd. Het kan het project van een LEIDENE pot volgen of u kunt vele polyester condensatoren in Serie/parallel aan elkaar verbinden om de maximale hoeveelheid capaciteit en spanning van minstens 15.000 V te verkrijgen.de condensatoren mogen niet gepolariseerd zijn. U kunt een zeer efficiënte condensator bouwen met behulp van twee aluminiumfolie gelijmd op een glasplaat, in de tegenoverliggende zijden. Met de afmetingen van 50 × 50 cm, en een dikte van glas van 3 mm, kunt u een condensator van 7,378 pF te krijgen., Glas heeft een zeer hoge diëlektrische constante. Hoe dan ook, deze condensator kan kleiner zijn. Figuur 5 toont verschillende voorbeelden van hoogspanningscondensatoren.
Figuur 5: verschillende voorbeelden van hoogspanningscondensatoren
De spinterometer is een zeer eenvoudig onderdeel en is zeer belangrijk. Het is een apparaat dat wordt gebruikt om elektrische ontladingen in de lucht te genereren door middel van twee elektroden. Het bestaat uit twee bollen., De afstand tussen de terminals kan geleidelijk worden verminderd totdat de intensiteit van het elektrische veld de diëlektrische stijfheid van de lucht overschrijdt en een vonk optreedt. U kunt een voorbeeld van een spinometer zien in Figuur 6.
Figuur 6: voorbeeld van een spinterometer
tijdens de bouw, let op om de kritieke delen van het circuit te isoleren.
gebruik
Wanneer de constructie is voltooid, kunt u het apparaat snel testen. Wees voorzichtig met eventuele operaties., De installatie moet worden uitgevoerd zonder elektrische aansluiting. De vonken kunnen heel pijnlijk zijn. Wanneer het apparaat is uitgeschakeld, kunt u de afstand tussen de twee bollen van de spinometer aanpassen om een vonk te krijgen. Om de vonk aan te passen, verplaats je de twee bollen ongeveer 5 cm uit elkaar. Benader vervolgens de elektroden in kleine stappen en schakel het apparaat elke keer uit. Het vermogen van de vonken is evenredig met de capaciteit van de condensator. Zodra u de vonken in de spinometer krijgt, is de secundaire spoel klaar om een speciaal effect te produceren., Vanaf de top, kunt u grote vonken produceren, naderen metalen objecten om de bol op de spoel. U moet ze houden met een lange geïsoleerde handgreep (Hout of kunststof). De lengte van de vonken (elektrische bogen) is evenredig met de spanning over de secundaire spoel. Raak geen enkel deel van het circuit aan met je handen. Een vonk van 20 cm is een zeer goed resultaat.
Tuning
De Tesla-spoel is vergelijkbaar met een radio-ontvanger. Het moet afstemmen op de resonantiefrequentie om de beste uitvoeringen ervan te krijgen., Om de efficiëntie van het apparaat te verbeteren, stellen we de volgende oplossingen voor:
• verhoog of verlaag het aantal windingen van de primaire spoel.
* verhoog of verlaag het aantal windingen van de secundaire spoel.
• beweeg de twee bollen van de spinometer ertussen enkele millimeters dichterbij of verder weg (vergeet niet de stroom uit te schakelen).
• verhoog de capaciteit van de condensatortank zoveel mogelijk.
* Verander de verbinding op verschillende cirkels op de primaire spoel, zoals weergegeven in Figuur 7.
* Gebruik materialen van goede kwaliteit en goede componenten.,
Figuur 7: U kunt de koppeling van de LC-kring verbeteren door de waarde van de inductantie van de primaire spoel te veranderen met een andere positie van de verbinding.
conclusie
er zijn veel oplossingen om een Tesla coil te bouwen. Dit is waarschijnlijk de makkelijkste. Wees voorzichtig terwijl je met deze circuits werkt, want de spanning is erg hoog. Tijdens de werking van de tesla-spoel blijft een sterke ozongeur achter in de lucht., Uiteindelijk kunt u een kleinere versie van het apparaat te bouwen en dan kunt u het vermogen van de tesla spoel te verhogen. In Figuur 8 zie je een complete Tesla spoel. Hierin kunnen we onderscheid maken (van links naar rechts):
- De transformator (230 V tot 10.000 V)
- de HV condensator
- de spinometer
- de twee spoelen (primair en secundair)
figuur 8: een complete Tesla-spoel