prąd elektryczny jest często magiczny i tajemniczy. Zanim ludzie dowiedzieli się o elektryczności, wiele zjawisk naturalnych pojawiło się jako nadprzyrodzone zdarzenia spowodowane przez rozgniewanych bogów. Na szczęście ludzie dzisiaj znają prawa fizyki i mogą z nimi bez problemu działać zgodnie ze swoimi potrzebami.
cewka Tesli to obwód rezonansowy złożony z dwóch obwodów LC, sprzężonych indukcyjnie. Innymi słowy, jest to transformator z obwodem pierwotnym i obwodami wtórnymi, które mogą podnieść napięcie elektryczne, aby wytworzyć iskry., W normalnych warunkach powietrze można uznać za izolator. Napięcie przyłożone między dwoma odizolowanymi punktami nie powoduje przepłynięcia jakiegokolwiek prądu elektrycznego. Jeśli napięcie zostanie zwiększone, pole elektryczne może stać się wystarczająco intensywne, aby otrzymać energię do jonizacji innych cząstek. Zjawisko to potęgowane jest postępującym wzrostem poruszających się jonów. Prąd elektryczny jest ustalany z ogrzewaniem obszaru, który powoduje dalszą jonizację powietrza. Powstaje silnie zjonizowany kanał gazowy, który działa jako przewód elektryczny, zdolny do podtrzymywania łuku elektrycznego., Iskra ma intensywny blask w bardzo krótkim czasie na zygzakowatej ścieżce, z detonującym dźwiękiem. Błyskawica jest iskrą o wielkiej intensywności. Aby wywołać iskrę, pole elektryczne musi przekroczyć próg sztywności dielektryka. Dla standardowego powietrza wynosi około 3 kV / mm, ale łatwo zmniejsza się wraz z wilgotnością. Aby wytworzyć iskrę 10 cm, musisz DOSTARCZYĆ napięcie około 300 000 V (300 kV).
Długość iskry
za pomocą tego bardzo ogólnego wzoru można zmierzyć napięcie między dwoma przewodami, mierząc długość iskry., Gdy różnica potencjałów jest przyłożona między dwiema elektrodami, powstaje pole elektryczne:
E = V * d
Gdzie „V” to napięcie, A „d” to odległość między elektrodami. Dla każdego materiału istnieje wartość, znana jako punkt zerwania, która reprezentuje Minimalne pole elektryczne niezbędne do uruchomienia iskry. Aby wygenerować iskrę 1 cm, konieczne jest zastosowanie 30 kV. Aby poznać napięcie między dwiema elektrodami, wystarczy pomnożyć długość iskry (w centymetrach) przez 30 kV, w temperaturze 25°C suchym powietrzem. Metoda ta działa z dwiema elektrodami kulistymi., Wartość może się różnić w zależności od ciśnienia i wilgotności. Jak pokazano na rysunku 1, naprawdę trudno jest wygenerować Duże iskry. Dla iskry 10 cm potrzebuje napięcia 300 000 V, A Dla iskry pół metra musisz Dostarczyć około 1 500 000 V-naprawdę bardzo niebezpieczne.
Rysunek 1: Wykres długości iskry a napięcie
to bardzo imponujące, jak natura może wytwarzać bardzo duże błyskawice o milionach woltów!
jak to działa?,
wiemy, że cewka Tesli, stworzona przez Nikola Teslę, to specjalny transformator rezonansowy z dwoma sprzężonymi cewkami. Transformator cewkowy Tesli działa inaczej niż tradycyjny transformator z żelaznym rdzeniem. W konwencjonalnym transformatorze dwie cewki generują wzmocnienie napięcia, które zależy od stosunku liczby zwojów. Z drugiej strony w cewce Tesli zysk może być znacznie większy, ponieważ jest proporcjonalny do: √L2 / L1.
odpowiednia równowaga pomiędzy poszczególnymi częściami pozwala na sprzężenie zdolne do generowania fali elektromagnetycznej odpowiedniej do oświetlenia lampy luminescencyjnej., Posiada rdzeń powietrzny. Jego częstotliwość pracy wynosi od 50 KHz do 30 MHz. Cewka przenosi energię z pierwotnego do wtórnego. Napięcie wytwarzane na obwodzie wtórnym wzrasta, dopóki cała energia obwodu pierwotnego nie zostanie przeniesiona na obwód wtórny. System oparty jest na grupie RLC oraz na generatorze sinusoidalnym, jak pokazano na rysunku 2. Obwód RLC to obwód elektryczny składający się z rezystora (R), induktora (L) i kondensatora (C), połączonych szeregowo. Transformator na powietrzu zwiększa napięcie wejściowe o 100×, tworząc wysokie napięcie., Po kilku sekundach napięcie jest wystarczająco wysokie, aby wystrzelić lukę iskrową. Kondensator i cewka pierwotna drugiego transformatora tworzą wówczas obwód rezonansowy. Wtórna cewka transformatora jest przymocowana do toroidu, reprezentującego Kondensator podłączony do masy. Formuje również obwód rezonansowy o tej samej częstotliwości rezonansowej. Energia jest stopniowo przenoszona z pierwszego obwodu do drugiego, a następnie przerwa iskrowa przestaje przewodzić, pozostawiając całą energię w obwodzie toroidalnym. Gdy luka zapłonowa przestanie przewodzić, napięcie na tyle się nagromadzi, że ponownie uruchomi się.,
Rysunek 2: Obwód RLC i wykres jego wyjścia, w dziedzinie częstotliwości
przykład rysunku składa się z rezystora 10 Ω (określa współczynnik Q obwodu), kondensator 47 PF i induktor 20 mH. Aby obliczyć częstotliwość rezonansu obwodu (w przykładzie jest to 164,155. 78 Hz) można użyć wzoru pokazanego w polu., Jeśli układ RLC jest zasilany dokładnie z jego częstotliwości rezonansowej, na cewce indukcyjnej otrzymujemy znacznie wyższe napięcie niż to, które jest przyłożone do wejścia. W tych warunkach obwód jest, dla generatora napięcia, idealnym obciążeniem rezystancyjnym. Dla tych cech rozumiemy, że budowa cewek nie może być przypadkowa, ale musi być wynikiem precyzyjnych i dokładnych obliczeń i wzorów.
schemat ogólny
Rysunek 3 przedstawia ogólny, ale w pełni działający schemat cewki Tesli., Spinterometr i kondensator (zbiornik) można zamontować w dwóch różnych konfiguracjach. Zilustrujmy jego składniki. Konstrukcja nie jest trudna, ale wymaga staranności.
Rysunek 3: ogólny schemat cewki Tesli
transformator T1 zwiększa i podnosi napięcie wejściowe do około 10 kV. Komponent ten jest zwykle używany do oświetlania znaków reklamowych neonem. Nie można używać tradycyjnego transformatora., Kondensator C1, butelka Leyda lub kondensator wysokiego napięcia, jest podłączony równolegle do wtórnika transformatora. C1 ładuje i rozładowuje swoje napięcie z częstotliwością napięcia wejściowego. Warto zauważyć, że napięcie wejściowe może być również napięciem stałym (ale bez pierwszego transformatora). Gdy różnica potencjału na C1 przekracza limity nałożone przez spinterometr, Iskra pojawia się między jego zaciskami i silny prąd przepływa przez L1, rozładowując Kondensator. Iskra zamyka obwód., L1 i L2 są dwoma składnikami transformatora — L1 jest pierwotnym, a L2 wtórnym. Na zaciskach L2 będzie obecne bardzo wysokie napięcie. Moc prądu na cewkach zależy od pojemności C1. Można podłączyć kilka kondensatorów równolegle. Bardzo ważne jest, aby ten komponent był odpowiedni dla stosowanych napięć. Z drugiej strony, można podłączyć szeregowo i równolegle wiele kondensatorów, aby uzyskać żądane napięcie robocze.
Budownictwo
Jak już wspomniano, transformator T1 pracuje jako Winda napięcia wejściowego. Bądź ostrożny przy obchodzeniu się z nim., Jak pokazano na rysunku 4, cewka pierwotna L1 jest wykonana z grubego drutu owiniętego wokół plastikowej podpory o średnicy 25 cm. Konstrukcja L2 jest bardzo żmudna. Możesz użyć długiej plastikowej rurki o średnicy 12 cm. Aby uzyskać optymalną wydajność, dobrym pomysłem jest potraktowanie podpory farbą z tworzywa sztucznego. Cewka składa się z 2000 zwojów emaliowanego drutu o grubości 0,4 mm (26 AWG).
Rysunek 4: Projektowanie i pomiary cewek
Kondensatory muszą być starannie dobrane i zbudowane., Nie można używać zwykłych kondensatorów. Różnica potencjału jest bardzo duża, a składniki mogą zostać zniszczone. Może podążać za projektem słoika Leydena lub można połączyć ze sobą wiele kondensatorów poliestrowych Szeregowo / równolegle, aby uzyskać maksymalną ilość pojemności i napięcia co najmniej 15 000 V. Kondensatory nie mogą być spolaryzowane. Bardzo wydajny Kondensator można zbudować za pomocą dwóch folii aluminiowych przyklejonych do szklanej płyty, w przeciwnych ściankach. O wymiarach 50 × 50 cm i grubości szkła 3 mm można uzyskać Kondensator 7378 pF., Szkło ma bardzo wysoką stałą dielektryczną. W każdym razie ten kondensator może być mniejszy. Rysunek 5 pokazuje różne przykłady kondensatorów wysokiego napięcia.
Rysunek 5: różne przykłady kondensatorów wysokiego napięcia
spinterometr jest bardzo łatwym składnikiem i jest bardzo ważny. Jest to urządzenie służące do generowania wyładowań elektrycznych w powietrzu przez dwie elektrody. Składa się z dwóch sfer., Odległość między zaciskami może być stopniowo zmniejszana, aż Natężenie pola elektrycznego przekroczy wartość sztywności dielektrycznej powietrza i pojawi się iskra. Przykład spinterometru można zobaczyć na rysunku 6.
Rysunek 6: przykład spinterometru
podczas budowy należy zwrócić uwagę na izolację krytycznych części obwodu.
użyj
Po zakończeniu budowy możesz wkrótce przetestować urządzenie. Uważaj na wszelkie operacje., Konfiguracja musi być wykonana bez połączenia elektrycznego. Iskry mogą być bardzo bolesne. Po wyłączeniu urządzenia można dostosować odległość między dwiema kulami spinterometru, aby uzyskać iskrę. Aby wyregulować iskrę, przesuń dwie kule w odległości około 5 cm. Następnie zbliż się do elektrod małymi krokami, za każdym razem wyłączając urządzenie. Moc iskier jest proporcjonalna do pojemności kondensatora. Po uzyskaniu iskier w spinterometrze cewka wtórna jest gotowa do uzyskania specjalnego efektu., Od jego góry można wytwarzać duże iskry, zbliżając metalowe przedmioty do kuli na cewce. Należy je przechowywać z długą izolowaną rączką (drewnianą lub plastikową). Długość iskier (łuków elektrycznych) jest proporcjonalna do napięcia w cewce wtórnej. Nie dotykaj żadnej części obwodu rękami. Iskra 20 cm to bardzo dobry wynik.
strojenie
cewka Tesli jest podobna do odbiornika radiowego. Musi dostroić się do częstotliwości rezonansowej, aby uzyskać z niej najlepszą wydajność., Aby poprawić wydajność urządzenia proponujemy następujące rozwiązania:
• zwiększenie lub zmniejszenie liczby zwojów cewki pierwotnej.
• zwiększenie lub zmniejszenie liczby zwojów cewki wtórnej.
• Przesuń bliżej lub dalej dwie kule spinterometru między nimi o kilka milimetrów (pamiętaj, aby wyłączyć zasilanie).
• zwiększ jak najwięcej Pojemność zbiornika kondensatorów.
• Zmień połączenie na różnych kręgach na cewce pierwotnej, jak pokazano na rysunku 7.
• używaj dobrej jakości materiałów i dobrych komponentów.,
Rysunek 7: można poprawić sprzężenie obwodu LC poprzez zmianę wartości indukcyjności cewki pierwotnej z innym położeniem połączenia.
podsumowanie
istnieje wiele rozwiązań do budowy cewki Tesli. To chyba najłatwiejsze. Bądź ostrożny podczas pracy z tymi obwodami, ponieważ napięcie jest bardzo wysokie. Podczas pracy cewki Tesli w powietrzu pozostawia się silny zapach Ozonu., Ostatecznie można zbudować mniejszą wersję urządzenia, a następnie zwiększyć moc cewki Tesli. Na rysunku 8 widać kompletną cewkę Tesli. W nim możemy wyróżnić (od lewej do prawej):
- transformator (230 V do 10 000 V)
- Kondensator HV
- spinterometr
- dwie cewki (pierwotna i wtórna)
rysunek 8: kompletna cewka Tesli