Cewka historii Tesli, jak to działa, po co to jest

cewka Tesli Jest to ubezpieczenie, które funkcjonuje jako generator wysokiego napięcia i wysokiej częstotliwości. Został wynaleziony przez fizyk Nikola Tesla (1856–1943), który opatentował go w 1891 roku.

Indukcja magnetyczna sprawiła, że ​​Tesla pomyślała o możliwości przesyłania energii elektrycznej bez interwencji kierowcy. Dlatego ideą naukowca i wynalazcy było stworzenie aparatu, który służył do transpozycji energii elektrycznej bez użycia kabli. Jednak użycie tej maszyny jest bardzo mało wydajne, więc wkrótce się porzuciło w tym celu.

Rysunek 1. Demonstracja z cewką Tesli. Źródło: Pixabay.

Mimo to cewki Tesli można nadal znaleźć z niektórymi konkretnymi zastosowaniami, takimi jak wieże wysokiego napięcia lub eksperymenty fizyczne.

[TOC]

Historia

Cewka została stworzona przez Teslę krótko po wyjeździe eksperymentów Hertza. Ta sama Tesla zwana „urządzeniem do przesyłania energii elektrycznej”. Tesla chciała udowodnić, że elektryczność może być przesyłana bez nici.

W swoim laboratorium Colorado Springs Tesla miał do dyspozycji ogromną cewkę 16 -metrową połączoną z anteną. Urządzenie zostało użyte do przeprowadzania eksperymentów z transmisją energii.

Eksperymentuj z cewkami Tesli.

Pewnego razu nastąpił wypadek spowodowany przez tę cewkę, w której dynamos spalił się z centralnego położonego 10 kilometrów dalej. Po usterce produkowano łuki elektryczne wokół okien Dinamos.

Żaden z nich nie zniechęcił Tesli, który kontynuował próbę z wieloma projektami cewek, które są znane dzisiaj z jego imieniem.

Jak to działa?

Słynna cewka Tesli jest jednym z wielu projektów, które Nikola Tesla wykonała w celu przesyłania energii elektrycznej bez kabli. Oryginalne wersje miały duże rozmiary i zastosowano źródła wysokiego napięcia i wysokiego prądu.

Oczywiście dzisiaj jest znacznie mniejsze, kompaktowe i domowe projekty, które w następnym rozdziale opiszemy i wyjaśnimy.

Rysunek 2. Podstawowy schemat cewki Tesli. Źródło: Self Made.

Projekt oparty na oryginalnych wersjach cewki Tesli to ten pokazany na poprzedniej figurze. Schemat elektryczny poprzedniej liczby można podzielić na trzy sekcje.

Źródło (f)

Źródło składa się z naprzemiennego generatora prądu i transformatora o wysokim wzmocnieniu. Wyjście źródłowe wynosi zwykle od 10000 V do 30000 V.

Pierwszy obwód rezonansowy LC 1

Składa się z przełącznika S zwanego „Spark Gap” lub „Eksplosor”, który zamyka obwód, gdy iskra przeskakuje między jego końcami. Obwód LC 1 ma również kondensator C1 i cewkę L1 połączoną szeregowo.

Drugi obwód rezonansowy LC 2

Obwód LC 2 składa się z cewki L2, która ma stosunek około 100 do 1 zwojów w porównaniu do cewki L1 i kondensatora C2. Skraplacz C2 łączy się z cewką L2 przez Ziemię.

Cewka L2 to zwykle przewrócenie drutu. Cewka L1, chociaż nie jest pokazana na schemacie, jest zwinięta na cewkę L2.

Skraplacz C2, podobnie jak wszystkie kondensatory, składa się z dwóch metalowych płyt. W cewkach Tesli jedna z płyt C2 ma zwykle kształt sferycznej lub toroidalnej kopuły i jest połączony szeregowo z cewką L2.

Druga płyta C2 to bliskie środowisko, na przykład metalowy cokoł wykończony kuli i ziemią w celu zamknięcia obwodu drugim końcem L2, również uziemionym do ziemi.

Może ci służyć: próba kompresyjna: jak to się robi, właściwości, przykłady

Mechanizm akcji

Po uruchomieniu cewki Tesli, źródło wysokiego napięcia ładuje kondensator C1. Kiedy osiągnie wystarczająco wysokie napięcie, powoduje iskrę w garniche (iskrową szczelinę lub eksplozor), zamykając obwód rezonansowy I.

Następnie kondensator C1 jest pobierany przez cewkę L1 generującą zmienne pole magnetyczne. To zmienne pole magnetyczne przecina również cewkę L2 i indukuje siłę elektromotoryczną na cewce L2.

Ponieważ L2 ma około 100 okrążeń więcej niż L1, napięcie elektryczne w L2 jest 100 razy większe niż w L1. I jak w L1 napięcie jest rzędu 10 tysięcy woltów, wówczas w L2 będzie to 1 milion woltów.

Energia magnetyczna zgromadzona w L2 jest przenoszona jako energia elektryczna do kondensatora C2, który po osiągnięciu maksymalnych wartości napięcia rzędu miliona woltów jonizuje powietrze, wytwarza iskrę i nagle rozładowuje się przez Ziemię. Pobierania występują od 100 do 150 razy na sekundę.

Obwód LC1 nazywa się rezonansem, ponieważ skumulowana energia w skraplaczu C1 przechodzi do cewki L1 i odwrotnie; to znaczy, że zachodzi oscylacja.

To samo dzieje się w obwodzie rezonansowym LC2, w którym energia magnetyczna cewki L2 jest przenoszona jako energia elektryczna do kondensatora C2 i odwrotnie. To znaczy, w obwodzie jest prąd w obie strony na przemian.

Naturalna częstotliwość oscylacji w obwodzie LC to

Wzajemny rezonans i indukcja

Gdy energia dostarczana do obwodów LC występuje z tą samą częstotliwością, co częstotliwość oscylacji obwodu naturalnego, wówczas przenoszenie energii jest optymalne, powodując maksymalną amplifikację w prądu obwodu. Zjawisko to wspólne dla wszystkich systemów oscylacyjnych jest znane jako rezonans.

Obwody LC1 i LC2 są magnetycznie sprzężone, kolejne zjawisko, które nazywa się Wzajemna indukcja.

Tak że przeniesienie energii obwodu LC1 do LC2 i odwrotnie jest optymalne, naturalne częstotliwości oscylacji obu obwodów muszą się pokryć, a także powinny się pokryć z częstotliwością źródła wysokiego napięcia.

Osiąga się to poprzez dostosowanie wartości pojemności i indukcyjności w obu obwodach, częstotliwości oscylacji pokrywają się z częstotliwością źródła:

Gdy to nastąpi, energia źródłowa jest skutecznie przenoszona do obwodu LC1 i LC1 do LC2. W każdym cyklu oscylacji rosną skumulowana energia elektryczna i magnetyczna w każdym obwodzie.

Gdy napięcie elektryczne w C2 jest wystarczające, wówczas energia jest uwalniana w postaci promieni za pomocą zrzutu C2 do uziemienia.

Zastosowania cewki Tesli

Oryginalnym pomysłem Tesli w jej eksperymentach z tymi cewkami było zawsze znalezienie sposobu na przesyłanie energii elektrycznej w dużej odległości bez okablowania.

Jednak niewielka wydajność tej metody ze względu na straty energii dyspersji w środowisku sprawiło, że konieczne jest poszukiwanie innych środków do przesyłania energii elektrycznej. Dziś okablowanie trwa.

Może ci służyć: Lenz Law: Formuła, równania, aplikacje, przykładyLampa plazmowa, która pomogła rozwinąć eksperyment Tesli.

Jednak wiele pomysłów Nikoli Tesli jest nadal obecnych w obecnych systemach okablowania. Na przykład windy napięcia w podstacjach elektrycznych do transmisji za pomocą środków.

Pomimo braku użycia o dużej skali, cewki Tesla nadal są przydatne w przemyśle elektrycznym o wysokim napięciu do testowania systemów izolacyjnych, wież i innych urządzeń elektrycznych, które muszą działać bezpiecznie. Są również używane na różnych programach do generowania promieni i iskier, a także w niektórych eksperymentach fizyki.

W eksperymentach o wysokim napięciu z wysokim wymiarem cewek Tesla Ważne jest, aby podjąć środki bezpieczeństwa. Przykładem jest zastosowanie klatek Faraday do ochrony obserwatorów i metalowych garniturów dla artystów, którzy uczestniczą w pokazach z tymi cewkami.

Jak zrobić domową cewkę Tesli?

składniki

W tej miniaturowej wersji cewki Tesli nie będzie używany prąd naprzemienny wysokiego napięcia. Przeciwnie, źródłem energii będzie akumulator 9 V, jak pokazano na schemacie na rycinie 3.

Rysunek 3. Plan budowy cewki Tesli Mini. Źródło: Self Made.

Inną różnicą z oryginalną wersją Tesli jest użycie tranzystora. W naszym przypadku będzie to 2222a, który jest tranzystorem NPN o niskim sygnale, ale szybka reakcja lub wysoka częstotliwość.

Obwód ma również przełącznik, pierwotną cewkę L1 3 -LAPS i wtórną cewkę L2 o co najmniej 275 zakrętach, ale może również wynosić od 300 do 400 okrążeń.

Podstawową cewkę można zbudować za pomocą wspólnego kabla z plastikowym izolatorem, ale szkoła średnia wymaga cienkiego kabla pokrytego lakieru izolacyjnego, który jest zwykle używany w nieskończoności. Zwinięte można wykonać na kartonie lub plastikowej rurce o średnicy o średnicy od 3 do 4 cm.

Użycie tranzystora

Należy pamiętać, że w czasach Nikoli Tesli nie było tranzystorów. W tym przypadku tranzystor zastępuje „Spark Gap” lub „Eksplosor” oryginalnej wersji. Tranzystor będzie używany jako brama, która pozwala na bieżący przejście, czy nie. W tym celu tranzystor jest spolaryzowany w następujący sposób: kolektor C do dodatniego terminalu i emitenta I do negatywnej baterii.

Kiedy baza B Ma pozytywną polaryzację, a następnie pozwala przejść z kolekcjonera do nadawcy, a poza tym zapobiega.

W naszym schemacie podstawa łączy się z dodatnim baterią, ale oporność 22 -kilo omów jest przeplatana, aby ograniczyć nadmiar prądu, który może spalić tranzystor.

Obwód pokazuje również diodę LED, która może być czerwona. Jego funkcja zostanie wyjaśniona później.

Na wolnym końcu cewki wtórnej L2 umieszcza się metalowa sfert, którą można zbudować, pokrywając piłkę polistyrenową lub kulkę ponga z folią aluminiową.

Ten sfert jest płytką kondensatora C, a drugą płytką jest środowisko. To jest znane pod nazwą pojemności pasożyta.

Operacja cewki Tesla Mini

Gdy przełącznik S jest zamknięty, podstawa tranzystorowa jest pozytywnie spolaryzowana, a górny koniec cewki pierwotnej jest również pozytywnie spolaryzowana. Tak że prąd przechodzący przez cewkę pierwotną, trwa przez kolekcjonera, pojawia się nagle, wychodzi z nadawcy i wraca do stosu.

Może ci służyć: przyspieszenie grawitacji: co to jest, jak jest mierzone i ćwiczy

Ten prąd rośnie od zera do maksymalnej wartości w bardzo krótkim czasie, dlatego indukuje siłę elektromotoryczną w cewce wtórnej. To wytwarza prąd, który przechodzi od dna cewki L2 do podstawy tranzystora. Ten prąd nagle ustawia dodatnią polaryzację podstawy w sposób przepływu prądu przez pierwotny.

W niektórych wersjach dioda LED jest usuwana, a obwód działa. Jednak umieszczenie go poprawia wydajność w cięciu polaryzacji podstawy tranzystora.

Co się stanie, gdy prąd krąży?

Podczas szybkiego cyklu wzrostu prądu w obwodzie pierwotnym indukowano siłę elektromotoryczną w cewce wtórnej. Ponieważ współczynnik strzelania między pierwotnym i wtórnym.

Z powodu powyższego istnieje intensywne pole elektryczne w kuli kondensatora C zdolnego do jonizowania gazu niskiego ciśnienia z neonowej rurki lub lampy fluorescencyjnej, która zbliża się do kuli C i przyspieszające wolne elektrony do rurki w celu podniecenia atomów, które wytwarzają Emisja światła.

Gdy prąd zaprzestał nagle przez cewkę L1, a cewka L2 zwolniono w powietrzu otaczającym C w kierunku ziemi, cykl został ponownie uruchomiony.

Ważnym punktem tego typu obwodu jest to, że wszystko dzieje się w bardzo krótkim czasie, dzięki czemu jest oscylator o wysokiej częstotliwości. W tego typu obwodzie suicheo lub szybka oscylacja wytwarzana przez tranzystor jest ważniejsza niż zjawisko rezonansowe opisane w poprzednim rozdziale i odniesione do oryginalnej wersji cewki Tesli.

Eksperymenty zaproponowane z cewkami Tesli Mini

Po zbudowaniu mini cewki Tesli można z nią eksperymentować. Oczywiście nie wystąpi promienie i iskry oryginalnych wersji.

Jednak przy pomocy fluorescencyjnej lub neonowej rurki możemy zaobserwować, w jaki sposób połączony efekt intensywnego pola elektrycznego wytworzonego w kondensatorze na końcu cewki i wysokiej częstotliwości oscylacji tego pola, uczynić lampę lampy lampy Oświetlić ledwo zbliża się do kuli kondensacyjnej.

Intensywne pole energii elektrycznej jonizuje gaz niskiego ciśnienia wewnątrz rurki, pozostawiając wolne elektrony wewnątrz gazu. Zatem wysoka częstotliwość obwodu powoduje, że wolne elektrony wewnątrz rurki fluorescencyjnej przyspiesza i podnieca fluorescencyjny proszek przylegający do wewnętrznej ściany rurki, powodując, że emituje światło.

Możesz także zbliżyć się do Luminous LED do kuli C, obserwując, jak ją włącza, nawet gdy szpilki LED nie są połączone.

Bibliografia

1. Blake, t. Teoria cewki Tesli. Odzyskane z: tb3.com.
2. Burnett, r. Działanie cewki Tesli. Odzyskane z: Richieburnett.współ.Wielka Brytania.
3. Tippens, s. 1. 2011. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 7. edycja. MacGraw Hill. 626-628.
4. Uniwersytet Wisconsin-Madison. Cewka Tesli. Odzyskane z: cuda.Fizyka.Wisc.Edu.
5. Wikiwand. cewka Tesli. Odzyskane z: Wikiwand.com.