Elektrischer Strom ist oft magisch und mysteriös. Bevor die Menschen von Elektrizität wussten, erschienen viele Naturphänomene als übernatürliche Ereignisse, die von wütenden Göttern verursacht wurden. Glücklicherweise kennen die Menschen heute die Gesetze der Physik und können problemlos mit ihnen nach ihren Bedürfnissen arbeiten.
Eine Tesla-Spule ist eine Resonanzschaltung, die aus zwei induktiv gekoppelten LC-Schaltungen besteht. Mit anderen Worten, es ist ein Transformator mit einem Primärkreis und Sekundärkreisen, die die elektrische Spannung erhöhen können, um Funken zu erzeugen., Unter normalen Bedingungen kann die Luft als Isolator betrachtet werden. Eine Spannung, die zwischen zwei isolierten Punkten angelegt wird, verursacht keinen elektrischen Strom. Wenn die Spannung erhöht wird, kann das elektrische Feld intensiv genug werden, um die Energie für die Ionisierung anderer Partikel zu erhalten. Das Phänomen wird mit einer fortschreitenden Zunahme bewegter Ionen verstärkt. Ein elektrischer Strom wird mit Erwärmung des Bereichs erzeugt, der eine weitere Ionisierung der Luft verursacht. Es entsteht ein stark ionisierter gasförmiger Kanal, der als elektrischer Leiter fungiert und einen Lichtbogen aufrechterhalten kann., Der Funke hat ein intensives Leuchten in sehr kurzer Dauer auf einem Zickzackweg mit einem detonierenden Klang. Blitz ist ein Funke von großer Intensität. Um den Funken auszulösen, muss das elektrische Feld die Steifigkeitsschwelle des Dielektrikums überschreiten. Bei Standardluft sind es etwa 3 kV / mm, die jedoch mit der Luftfeuchtigkeit leicht abnehmen. Um einen Funken von 10 cm zu erzeugen, müssen Sie eine Spannung von etwa 300.000 V (300 kV) liefern.
Länge des Funkens
Mit dieser sehr allgemeinen Formel können Sie die Spannung zwischen zwei Leitern messen, indem Sie die Länge der Funken messen., Wenn eine Potentialdifferenz zwischen zwei Elektroden angelegt wird, wird ein elektrisches Feld gebildet:
E = V * d
wobei „V“ die Spannung und „d“ der Abstand zwischen den Elektroden ist. Für jedes Material gibt es einen Wert, der als Bruchstelle bezeichnet wird und das minimale elektrische Feld darstellt, das zum Auslösen eines Funkens erforderlich ist. Um einen Funken von 1 cm zu erzeugen, müssen 30 kV angewendet werden. Um die Spannung zwischen zwei Elektroden zu ermitteln, multiplizieren Sie einfach die Länge des Funkens (in Zentimetern) mit 30 kV bei einer Temperatur von 25°C mit trockener Luft. Diese Methode arbeitet mit zwei sphärischen Elektroden., Der Wert kann je nach Druck und Luftfeuchtigkeit variieren. Wie in Abbildung 1 gezeigt, ist es wirklich schwer, große Funken zu erzeugen. Für einen Funken von 10 cm benötigt er eine Spannung von 300.000 V, und für einen Funken von einem halben Meter müssen Sie etwa 1.500.000 V liefern — wirklich sehr gefährlich.
Abbildung 1: Diagramm der Länge von Funken vs. Spannung
Es ist sehr beeindruckend, wie die Natur sehr große Blitze von Millionen Volt erzeugen kann!
Wie funktioniert es?,
Wir wissen, dass eine Tesla-Spule, erstellt von Nikola Tesla, ist ein spezieller Resonanztransformator mit zwei gekoppelten Spulen. Ein Tesla-Spulentransformator arbeitet anders als ein herkömmlicher Transformator mit einem Eisenkern. Bei einem herkömmlichen Transformator erzeugen die beiden Spulen eine Spannungsverstärkung, die vom Verhältnis der Windungszahl abhängt. In einer Tesla-Spule hingegen kann die Verstärkung viel größer sein, da sie proportional zu: √L2/L1 ist.
Die richtige Balance zwischen den einzelnen Teilen ermöglicht eine Kopplung, die in der Lage ist, eine elektromagnetische Welle zu erzeugen, die geeignet ist, eine Lumineszenzlampe anzuzünden., Es hat einen Luftkern. Seine Betriebsfrequenz liegt zwischen 50 kHz und 30 MHz. Die Spule überträgt Energie von der primären auf die sekundäre. Die auf dem Sekundärkreis erzeugte Spannung steigt an, bis die gesamte Energie des Primärkreises auf den Sekundärkreis übertragen wurde. Das System basiert auf einer RLC-Gruppe und einem sinusförmigen Generator, wie in Abbildung 2 gezeigt. Eine RLC-Schaltung ist eine elektrische Schaltung, die aus einem Widerstand (R), einer Induktivität (L) und einem in Reihe geschalteten Kondensator (C) besteht. Der Transformator auf Luft Stufen die Eingangsspannung bis 100×, um eine hohe Spannung zu erzeugen., Nach einigen Sekunden ist die Spannung hoch genug, um den Funkenspalt abzufeuern. Der Kondensator und die Primärspule des zweiten Transformators bilden dann einen Resonanzkreis. Die Sekundärtransformatorspule ist an einem Toroid befestigt, der einen Kondensator darstellt, der mit Masse verbunden ist. Es bildet auch einen Resonanzkreis mit der gleichen Resonanzfrequenz. Die Energie wird allmählich von der ersten in die zweite Schaltung übertragen, dann hört die Funkenstrecke auf zu leiten und lässt die gesamte Energie im Toroidkreis. Sobald die Funkenstrecke aufhört zu leiten, dauert es eine Weile, bis sich die Spannung genug aufgebaut hat, damit sie wieder abfeuert.,
Abbildung 2: Eine RLC-Schaltung und der Graph ihres Ausgangs im Frequenzbereich
Das Beispiel der Abbildung besteht aus einem Widerstand von 10 Ω (er bestimmt den Q-Faktor der Schaltung), einem Kondensator von 47 pF und einem Induktor von 20 mH. Um die Resonanzfrequenz der Schaltung zu berechnen (im Beispiel sind es 164.155, 78 Hz), können Sie die in der Box gezeigte Formel verwenden., Wenn die RLC-Schaltung genau mit ihrer Resonanzfrequenz am Induktor versorgt wird, erhalten wir eine viel höhere Spannung als die, die an den Eingang angelegt wird. Unter diesen Bedingungen ist die Schaltung für den Spannungsgenerator eine perfekt widerstandsfähige Last. Für diese Eigenschaften verstehen wir, dass die Konstruktion der Spulen nicht zufällig sein kann, sondern das Ergebnis präziser und genauer Berechnungen und Formeln sein muss.
Allgemeines Schema
Abbildung 3 zeigt ein allgemeines, aber voll funktionsfähiges Schema einer Tesla-Spule., Das Spinterometer und der Kondensator (Tank) können nach zwei verschiedenen Konfigurationen montiert werden. Lassen Sie uns seine Komponenten veranschaulichen. Die Konstruktion ist nicht schwer, erfordert aber Sorgfalt.
Abbildung 3: Allgemeines Schema der Teslaspule
Der Transformator T1 erhöht und erhöht die Eingangsspannung auf ca. Diese Komponente wird normalerweise verwendet, um Werbeschilder mit Neon zu beleuchten. Sie können keinen herkömmlichen Transformator verwenden., Der Kondensator C1, eine Leyda-Flasche oder ein Hochspannungskondensator, ist parallel zum Sekundärkondensator des Transformators angeschlossen. C1 lädt und entlädt seine Spannung bei der Frequenz der Eingangsspannung. Es ist interessant festzustellen, dass die Eingangsspannung auch eine Gleichspannung sein kann (jedoch ohne den ersten Transformator). Wenn die Potentialdifferenz an C1 die vom Spinterometer festgelegten Grenzen überschreitet, tritt zwischen seinen Anschlüssen ein Funke auf, und ein starker Strom fließt durch L1 und entlädt den Kondensator. Der Funke schließt den Stromkreis., L1 und L2 sind zwei Komponenten eines Transformators — L1 ist der primäre und L2 ist der sekundäre. An den Klemmen von L2 ist eine sehr hohe Spannung vorhanden. Die Leistung des Stroms auf den Spulen hängt von der Kapazität von C1 ab. Sie können mehrere Kondensatoren parallel anschließen. Es ist sehr wichtig, dass diese Komponente für die verwendeten Spannungen geeignet ist. Andererseits können Sie viele Kondensatoren in Reihe und parallel anschließen, um die angeforderte Betriebsspannung zu erhalten.
Aufbau
Wie bereits erwähnt, arbeitet der Transformator T1 als Teil der Eingangsspannung. Seien Sie vorsichtig beim Umgang damit., Wie in Abbildung 4 gezeigt, besteht die Primärspule L1 aus einem dicken Draht, der um eine Kunststoffstütze mit einem Durchmesser von 25 cm gewickelt ist. Der Bau von L2 ist sehr mühsam. Sie können ein langes Kunststoffrohr mit einem Durchmesser von 12 cm verwenden. Für eine optimale Leistung ist es eine gute Idee, den Träger mit einer Plastikfarbe zu behandeln. Die Spule besteht aus 2.000 Windungen emailliertem Draht von 0,4 mm (26 AWG).
Abbildung 4: Design und Messungen der Spulen
Die Kondensatoren müssen sorgfältig ausgewählt und gebaut werden., Sie können keine normalen Kondensatoren verwenden. Die Potentialdifferenz ist sehr hoch und die Komponenten könnten zerstört werden. Es kann dem Projekt eines Leyden-Glases folgen oder Sie können viele Polyesterkondensatoren in Reihe/parallel anschließen, um die maximale Kapazität und Spannung von mindestens 15.000 V zu erhalten. Sie können einen sehr effizienten Kondensator mit zwei auf eine Glasplatte geklebten Aluminiumfolien in den gegenüberliegenden Flächen bauen. Mit den Abmessungen von 50 × 50 cm und einer Glasdicke von 3 mm erhalten Sie einen Kondensator von 7.378 pF., Glas hat eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante. Wie auch immer, dieser Kondensator kann kleiner sein. Abbildung 5 zeigt verschiedene Beispiele von Hochspannungskondensatoren.
Abbildung 5: Verschiedene Beispiele für Hochspannungskondensatoren
Das Spinterometer ist eine sehr einfache Komponente und sehr wichtig. Es ist ein Gerät, das verwendet wird, um elektrische Entladungen in der Luft durch zwei Elektroden zu erzeugen. Es besteht aus zwei Kugeln., Der Abstand zwischen den Anschlüssen kann schrittweise verringert werden, bis die Intensität des elektrischen Feldes den dielektrischen Steifigkeitswert der Luft überschreitet und ein Funke auftritt. Sie können ein Beispiel eines Spinterometers in Abbildung 6 sehen.
Abbildung 6: Beispiel eines Spinterometers
Achten Sie beim Bau darauf, die kritischen Teile der Schaltung zu isolieren.
Verwenden Sie
Wenn die Konstruktion fertig ist, können Sie bald das Gerät testen. Seien Sie vorsichtig mit allen Operationen., Das Setup muss ohne elektrischen Anschluss ausgeführt werden. Die Funken könnten sehr schmerzhaft sein. Wenn das Gerät ausgeschaltet ist, können Sie den Abstand zwischen den beiden Kugeln des Spinterometers einstellen, um einen Funken zu erhalten. Um den Funken einzustellen, bewegen Sie die beiden Kugeln etwa 5 cm voneinander entfernt. Nähern Sie sich dann den Elektroden in kleinen Schritten und schalten Sie das Gerät jedes Mal aus. Die Leistung der Funken ist proportional zur Kapazität des Kondensators. Sobald Sie die Funken im Spinterometer erhalten haben, ist die Sekundärspule bereit, einen speziellen Effekt zu erzeugen., Von oben können Sie große Funken erzeugen, die sich Metallobjekten der Kugel auf der Spule nähern. Sie müssen sie mit einem langen isolierten Griff (Holz oder Kunststoff) aufbewahren. Die Länge der Funken (elektrische Bögen) ist proportional zur Spannung über die Sekundärspule. Berühren Sie keinen Teil der Schaltung mit Ihren Händen. Ein Funke von 20 cm ist ein sehr gutes Ergebnis.
Tuning
Die Tesla spule ist ähnlich wie ein radio empfänger. Es muss sich auf die Resonanzfrequenz einstellen, um die beste Leistung zu erzielen., Um die Effizienz des Geräts zu verbessern, schlagen wir folgende Lösungen vor:
• Erhöhen oder verringern Sie die Anzahl der Windungen der Primärspule.
• Erhöhen oder verringern Sie die Anzahl der Windungen der Sekundärspule.
* Bewegen Sie die beiden Kugeln des Spinterometers um einige Millimeter näher oder weiter weg (denken Sie daran, die Stromversorgung auszuschalten).
* Erhöhen Sie so viel wie möglich die Kapazität des Tanks von Kondensatoren.
* Ändern Sie die Verbindung auf verschiedenen Kreisen auf der Primärspule, wie in Abbildung 7 gezeigt.
• Verwenden Sie hochwertige Materialien und gute Komponenten.,
Abbildung 7: Sie können die Kopplung der LC-Schaltung verbessern, indem Sie den Induktivitätswert der Primärspule mit einer anderen Position der Verbindung ändern.
Fazit
Es gibt viele Lösungen, um eine Tesla-Spule zu bauen. Dies ist wahrscheinlich die einfachste. Seien Sie vorsichtig, während Sie mit diesen Schaltungen arbeiten, da die Spannung sehr hoch ist. Während des Betriebs der Tesla-Spule bleibt ein starker Ozongeruch in der Luft., Schließlich können Sie eine kleinere Version des Geräts erstellen und dann die Leistung der Tesla-Spule erhöhen. In Abbildung 8 sehen Sie eine komplette Tesla-Spule. Darin können wir unterscheiden (von links nach rechts):
- der Transformator (230 V bis 10.000 V)
- der HV-Kondensator
- der Spinterometer
- die beiden Spulen (primär und sekundär)
Abbildung 8: Eine komplette Tesla Spule