elektrisk ström är ofta magisk och mystisk. Innan folk visste om El uppträdde många naturfenomen som övernaturliga händelser orsakade av arga gudar. Lyckligtvis känner människor idag fysiklagar, och de kan fungera med dem enligt deras behov utan problem.
en Tesla-spole är en resonanskrets som består av två LC-kretsar, induktivt kopplade. Med andra ord är det en transformator med en primärkrets och sekundära kretsar som kan höja den elektriska spänningen för att producera gnistor., Under normala förhållanden kan luften betraktas som en isolator. En spänning som appliceras mellan två isolerade punkter orsakar inte passage av någon elektrisk ström. Om spänningen ökar kan det elektriska fältet bli intensivt nog för att ta emot energin för jonisering av andra partiklar. Fenomenet förstärks med en progressiv ökning av rörliga joner. En elektrisk ström är etablerad med uppvärmning av området som orsakar ytterligare jonisering av luften. En mycket joniserad gasformig kanal skapas, som fungerar som en elektrisk ledare som kan upprätthålla en elektrisk båge., Gnistan har en intensiv glöd i en mycket kort varaktighet på en sicksack väg, med en detonerande ljud. Blixten är en gnista med stor intensitet. För att utlösa gnistan måste det elektriska fältet överstiga det dielektriska styvhetströskeln. För standardluft är det ca 3 kV / mm, men det minskar lätt med fuktighet. För att producera en gnista på 10 cm måste du leverera en spänning på ca 300 000 V (300 kV).
längd på gnista
med denna mycket allmänna formel kan du mäta spänningen mellan två ledare genom att mäta längden på gnistorna., När en potentiell skillnad appliceras mellan två elektroder bildas ett elektriskt fält:
e = v * d
där” V ”är spänningen och” d ” är avståndet mellan elektroderna. För varje material finns ett värde, känt som brytpunkten, vilket representerar det minsta elektriska fältet som krävs för att utlösa en gnista. För att generera en gnista på 1 cm är det nödvändigt att applicera 30 kv. Att känna spänningen mellan två elektroder, multiplicera helt enkelt gnistens längd (i centimeter) med 30 kV, vid en temperatur av 25°C med torr luft. Denna metod fungerar med två sfäriska elektroder., Värdet kan variera beroende på tryck och fuktighet. Som visas i Figur 1 är det verkligen svårt att generera stora gnistor. För en gnista på 10 cm behöver den en spänning på 300 000 V, och för en gnista på en halv meter måste du leverera cirka 1500 000 V — verkligen mycket farligt.
Figur 1: diagram över längden på gnista vs spänning
det är mycket imponerande hur naturen kan producera mycket stora blixtar av miljontals volt!
hur fungerar det?,
vi vet att en Tesla-spole, skapad av Nikola Tesla, är en speciell resonanstransformator med två kopplade spolar. En Tesla coil transformator fungerar annorlunda än en traditionell transformator med en järnkärna. I en konventionell transformator genererar de två spolarna en spänningsförstärkning, vilket beror på förhållandet mellan antalet varv. I en Tesla-spole kan å andra sidan förstärkningen vara mycket större eftersom den är proportionell mot: √L2/l1.
den rätta balansen mellan de enskilda delarna möjliggör en koppling som kan generera en elektromagnetisk våg som är lämplig för belysning av en luminescenslampa., Den har en luftkärna. Dess driftsfrekvens är mellan 50 KHz och 30 MHz. Spolen överför energi från primär till sekundär. Spänningen som produceras på sekundären ökar tills all energi i primärkretsen har överförts till den sekundära. Systemet är baserat på en RLC-grupp och på en sinusformad generator, som visas i Figur 2. En RLC-krets är en elektrisk krets bestående av ett motstånd (R), en induktor (L) och en kondensator (C), ansluten i serie. Transformatorn på luft steg inspänningen upp 100× för att skapa en hög spänning., Efter några sekunder är spänningen tillräckligt hög för att avfyra gnistgapet. Kondensatorn och den primära spolen hos den andra transformatorn bildar sedan en resonanskrets. Den sekundära transformatorspolen är fäst vid en toroid, som representerar kondensator ansluten till marken. Det bildar också en resonanskrets med samma resonansfrekvens. Energin överförs gradvis från den första kretsen till den andra, sedan slutar gnistgapet att leda och lämnar all energi i toroidkretsen. När gnistgapet slutar leda tar det ett tag för spänningen att bygga upp tillräckligt för att den ska brinna igen.,
Figur 2: en RLC-krets och grafen för dess utgång, i frekvensdomänen
exemplet på figuren består av ett motstånd på 10 Ω (det bestämmer Q-kretsfaktorn), en kondensator på 47 pF och en induktor på 20 mH. För att beräkna frekvensen av resonans av kretsen (i exemplet är det 164,155.78 Hz) kan du använda formeln som visas i lådan., Om RLC-kretsen levereras exakt vid sin resonansfrekvens, på induktorn, får vi en mycket högre spänning än den som appliceras på ingången. Under dessa förhållanden är kretsen, för spänningsgeneratorn, en perfekt resistiv belastning. För dessa egenskaper förstår vi att konstruktionen av spolarna inte kan vara slumpmässig men måste vara resultatet av exakt och exakt kalkyl och formler.
allmänt schematiskt
Figur 3 visar ett allmänt men fullt fungerande schema för en Tesla-spole., Spinterometern och kondensatorn (tanken) kan monteras enligt två olika konfigurationer. Låt oss illustrera dess komponenter. Konstruktionen är inte svår, men det kräver vård.
Figur 3: allmänt schematiskt för Tesla-spolen
transformatorn T1 ökar och höjer ingångsspänningen till ca 10 kV. Denna komponent används vanligtvis för att belysa reklamskyltar med neon. Du kan inte använda en traditionell transformator., Kondensatorn C1, en leydas flaska eller en högspänningskondensator, är ansluten parallellt med transformatorns sekundär. C1 laddar och urladdar sin spänning vid ingångsspänningens frekvens. Det är intressant att notera att ingångsspänningen också kan vara en likspänning (men utan den första transformatorn). När skillnaden i potentialen på C1 överstiger de gränser som spinterometern ställer, uppstår en gnista mellan dess terminaler och en stark ström strömmar genom L1 och släpper ut kondensatorn. Gnistan stänger kretsen., L1 och L2 är två komponenter i en transformator-L1 är den primära och L2 är den sekundära. På terminalerna på L2 kommer en mycket hög spänning att vara närvarande. Strömstyrkan på spolarna beror på kapaciteten hos C1. Du kan ansluta flera kondensatorer parallellt. Det är mycket viktigt att denna komponent är lämplig för de använda spänningarna. Å andra sidan kan du ansluta i serie och parallellt många kondensatorer för att erhålla den begärda operativa spänningen.
konstruktion
som sagt tidigare fungerar transformatorn T1 som Hiss av ingångsspänningen. Var försiktig när du hanterar den., Som visas i Figur 4 är den primära spolen L1 gjord med en tjock tråd lindad runt till plaststöd med en diameter av 25 cm. Byggandet av L2 är mycket tråkigt. Du kan använda ett långt plaströr med en diameter på 12 cm. För optimal prestanda är det en bra idé att behandla stödet med en plastfärg. Spolen består av 2,000 varv av emaljerad tråd av 0,4 mm (26 AWG).
Figur 4: konstruktion och mätning av spolarna
kondensatorerna måste väljas och byggas med försiktighet., Du kan inte använda normala kondensatorer. Skillnaden i potential är mycket hög och komponenterna kan förstöras. Det kan följa projektet av en Leyden burk eller du kan ansluta många polyesterkondensatorer i serie/parallell för att erhålla maximal kapacitet och spänning på minst 15 000 V. kondensatorerna får inte polariseras. Du kan bygga en mycket effektiv kondensator med två aluminiumfolie limmade till en glasplatta, i motsatta ansikten. Med måtten 50 × 50 cm och en tjocklek av glas på 3 mm kan du få en kondensator på 7,378 pf., Glas har en mycket hög dielektrisk konstant. Hur som helst kan denna kondensator vara mindre. Figur 5 visar olika exempel på högspänningskondensatorer.
Figur 5: olika exempel på högspänningskondensatorer
spinterometern är en mycket enkel komponent och är mycket viktig. Det är en anordning som används för att generera elektriska urladdningar i luften genom två elektroder. Den består av två sfärer., Avståndet mellan terminalerna kan gradvis minskas tills intensiteten hos det elektriska fältet överstiger luftens dielektriska styvhet och en gnista uppträder. Du kan se ett exempel på en spinterometer i Figur 6.
Figur 6: exempel på en spinterometer
under konstruktionen, var uppmärksam på att isolera de kritiska delarna av kretsen.
använd
när konstruktionen är klar kan du snart testa enheten. Var försiktig med alla operationer., Installationen måste utföras utan elektrisk anslutning. Gnistorna kan vara mycket smärtsamma. När enheten är avstängd kan du justera avståndet mellan spinterometerns två sfärer för att få en gnista. För att justera gnistan, flytta de två sfärerna bort ca 5 cm från varandra. Närma sedan elektroderna i små steg och stäng av enheten varje gång. Gnistans kraft är proportionell mot kondensatorns kapacitet. När du får gnistorna i spinterometern är sekundärspolen redo att producera en speciell effekt., Från toppen kan du producera stora gnistor, närmar sig metallobjekt till sfären på spolen. Du måste hålla dem med ett långt isolerat handtag (trä eller plast). Gnistornas längd (elektriska bågar) är proportionell mot spänningen över sekundärspolen. Rör inte någon del av kretsen med händerna. En gnista på 20 cm är ett mycket bra resultat.
Tuning
Tesla-spolen liknar en radiomottagare. Det måste stämma överens med resonansfrekvensen för att få bästa prestanda från den., För att förbättra enhetens effektivitet föreslår vi följande lösningar:
• * öka eller minska antalet varv på primärspolen.
• öka eller minska antalet varv på sekundärspolen.
• flytta närmare eller längre bort de två sfärerna av spinterometern bland dem med några millimeter (kom ihåg att stänga av strömmen).
• Öka så mycket som möjligt kapaciteten hos kondensatorns tank.
• ändra anslutningen på olika cirklar på primärspolen, som visas i Figur 7.
• använd material av god kvalitet och bra komponenter.,
Figur 7: Du kan förbättra kopplingen av LC-kretsen genom att ändra värdet av induktansen hos den primära spolen med en annan position av anslutningen.
slutsats
det finns många lösningar för att bygga en Tesla-spole. Detta är förmodligen den enklaste. Var försiktig när du arbetar med dessa kretsar, eftersom spänningen är mycket hög. Under driften av Tesla-spolen lämnas en stark ozonlukt i luften., Så småningom kan du bygga en mindre version av enheten och sedan kan du öka kraften i Tesla-spolen. I Figur 8 kan du se en komplett Tesla spole. I det kan vi skilja (från vänster till höger):
- transformatorn (230 V till 10 000 v)
- HV-kondensatorn
- spinterometern
- de två spolarna (primära och sekundära)
figur 8: en komplett teslaspole