Tesla History Coil, hoe het werkt, waar is het voor

De Tesla -spoel Het is een verzekeraar die functioneert als een hoge spanning en hoogfrequente generator. Het werd uitgevonden door natuurkundige Nikola Tesla (1856 - 1943), die het in 1891 patenteerde.

Magnetische inductie zorgde ervoor dat Tesla nadenkt over de mogelijkheid om elektriciteit over te dragen zonder interventie van de bestuurder. Daarom was het idee van de wetenschapper en uitvinder om een ​​apparaat te creëren dat diende om elektriciteit te transponeren zonder kabels te gebruiken. Het gebruik van deze machine is echter heel weinig efficiënt, dus het is voor dit doel snel verlaten.

Figuur 1. Demonstratie met de Tesla -spoel. Bron: Pixabay.

Toch zijn Tesla -spoelen nog steeds te vinden met enkele specifieke toepassingen, zoals hoogspanningstorens of fysica -experimenten.

[TOC]

Geschiedenis

De spoel is gemaakt door Tesla kort nadat de experimenten van Hertz aan het licht kwamen. Dezelfde Tesla genaamd "apparaat voor het verzenden van elektriciteit". Tesla wilde bewijzen dat elektriciteit zonder draden kon worden overgedragen.

In zijn Colorado Springs -laboratorium had Tesla ter beschikking van een enorme spoel van 16 meter verbonden met een antenne. Het apparaat werd gebruikt om experimenten met energietransmissie uit te voeren.

Experimenteer met Tesla -spoelen.

Bij één gelegenheid was er een ongeluk veroorzaakt door deze spoel waarin dynamo's werden verbrand van een centrale op 10 kilometer afstand. Na de fout werden elektrische bogen geproduceerd rond de Dinamos -ramen.

Niets van dat ontmoedigde Tesla, die bleef proberen met talloze spoelontwerpen, die vandaag bekend zijn met zijn naam.

Hoe werkt het?

De beroemde Tesla -spoel is een van de vele ontwerpen die Nikola Tesla heeft gemaakt om elektriciteit zonder kabels te verzenden. De originele versies waren van groot formaat en gebruikten hoge spanning en hoge stroombronnen.

Natuurlijk zijn er tegenwoordig veel kleinere, compacte en zelfgemaakte ontwerpen die we in de volgende sectie zullen beschrijven en verklaren.

Figuur 2. Basic Tesla Coil Schema. Bron: zelf gemaakt.

Een ontwerp gebaseerd op de originele versies van de Tesla -spoel is die getoond in de vorige figuur. Het elektrische schema van de vorige figuur kan worden onderverdeeld in drie secties.

Bron (F)

De bron bestaat uit een wisselstroomgenerator en een hoge versterkingstransformator. De bronuitgang ligt meestal tussen 10000 V en 30000 V.

First Resonant Circuit LC 1

Het bestaat uit een S -schakelaar bekend als "Spark Gap" of "Explosor", die het circuit sluit wanneer een vonk tussen de uiteinden springt. Het LC 1 -circuit heeft ook een C1 -condensator en een L1 -spoel die in serie is aangesloten.

Tweede resonantcircuit LC 2

Het LC 2 -circuit bestaat uit een L2 -spoel met een verhouding van ongeveer 100 tot 1 beurten vergeleken met de L1 -spoel en een C2 -condensator. C2 condensor verbindt met de L2 -spoel door de aarde.

De L2 -spoel is meestal een draadrol. De L1 -spoel, hoewel deze niet in het schema wordt weergegeven, wordt op de L2 -spoel gerold.

C2 condensor bestaat, net als alle condensatoren, uit twee metalen platen. In de spoelen van Tesla heeft een van de C2 -platen meestal de vorm van een bolvormige of toroïdale koepel en is in serie verbonden met de L2 -spoel.

De andere C2 -plaat is de nauwe omgeving, bijvoorbeeld een metalen voetstuk afgewerkt in bol en de grond om het circuit te sluiten met het andere L2 -uiteinde, ook op de grond geaard.

Het kan u van dienst zijn: Compressie Trial: hoe het wordt gedaan, eigenschappen, voorbeelden

Werkingsmechanisme

Wanneer een Tesla -spoel in werking wordt gesteld, laadt de hoogspanningsbron de C1 -condensor. Wanneer het een voldoende hoge spanning bereikt, maakt het een vonk springt in de suiche S (vonk kloof of exploseur), waardoor het resonerende circuit I wordt gesloten.

Vervolgens wordt de C1 -condensator gedownload via het L1 -spoel dat een variabel magnetisch veld genereert. Dit variabele magnetische veld kruist ook de L2 -spoel en induceert een elektromotorische kracht op de L2 -spoel.

Omdat L2 ongeveer 100 ronden meer heeft dan L1, is de elektrische spanning in L2 100 keer groter dan in L1. En zoals in L1 is de spanning in de orde van 10 duizend volt, dan in L2 zal het 1 miljoen volt zijn.

De magnetische energie die in L2 is opgebouwd, wordt overgebracht als elektrisch vermogen naar de C2 -condensator, die wanneer deze maximale spanningswaarden bereikt in de volgorde van de miljoen volt de lucht ioniseert, een vonk produceert en abrupt door de aarde wordt gelooid. Downloads vinden plaats tussen 100 en 150 keer per seconde.

Het LC1 -circuit wordt resonant genoemd omdat de opgebouwde energie in condensor C1 overgaat naar spoel L1 en vice versa; dat wil zeggen, dat er een oscillatie optreedt.

Hetzelfde gebeurt in het LC2 -resonantcircuit, waarin de magnetische energie van de L2 -spoel wordt overgebracht als elektrisch vermogen naar de C2 -condensator en vice versa. Dat wil zeggen, in het circuit is er afwisselend een retourstroom.

De natuurlijke oscillatiefrequentie in een LC -circuit is

Wederzijdse resonantie en inductie

Wanneer de energie die aan de LC -circuits wordt geleverd, op dezelfde frequentie plaatsvindt als de natuurlijke circuit -oscillatiefrequentie, dan is de energieoverdracht optimaal, waardoor een maximale versterking in de circuitstroom wordt geproduceerd. Dit fenomeen dat alle oscillerende systemen gemeen hebben, staat bekend als resonantie.

LC1- en LC2 -circuits zijn magnetisch gekoppeld, een ander fenomeen dat wordt genoemd wederzijdse inductie.

Zodat de energieoverdracht van het LC1 -circuit naar de LC2 en vice versa optimaal is, moeten de natuurlijke oscillatiefrequenties van beide circuits samenvallen en moeten ze ook samenvallen met de frequentie van de hoogspanningsbron.

Dit wordt bereikt door de waarden van de capaciteit en inductie in beide circuits aan te passen, vallen de oscillatiefrequenties samen met de frequentie van de bron:

Wanneer dit gebeurt, wordt de bronsenergie efficiënt overgebracht naar het LC1- en LC1 naar LC2 -circuit. In elke oscillatiecyclus neemt de opgebouwde elektrische en magnetische energie in elk circuit toe.

Wanneer de elektrische spanning in C2 hoog genoeg is, wordt energie vrijgegeven in de vorm van stralen door middel van de ontlading van C2 naar grond.

Gebruik van de Tesla -spoel

Tesla's oorspronkelijke idee in haar experimenten met deze spoelen was altijd om een ​​manier te vinden om elektriciteit op grote afstand te verzenden zonder bedrading.

De weinig efficiëntie van deze methode als gevolg van dispersie -energieverliezen door de omgeving maakte het echter noodzakelijk om andere middelen te zoeken om elektrische stroomvermogen over te dragen. Vandaag gaat de bedrading door.

Kan u van dienst zijn: Lenz Law: Formule, Vergelijkingen, Toepassingen, VoorbeeldenPlasmalamp, die hielp bij het ontwikkelen van het Tesla -experiment.

Veel van de ideeën van Nikola Tesla zijn echter nog steeds aanwezig in de huidige bedradingssystemen. Spanningsverleners in elektrische onderstations bijvoorbeeld om door middelen te verzenden.

Ondanks dat ze geen grootschaal gebruik hebben, blijven Tesla -spoelen nuttig in de hoogspanningselektrische industrie om isolatiesystemen, torens en andere elektrische apparaten te testen die veilig moeten werken. Ze worden ook gebruikt in verschillende shows om stralen en vonken te genereren, evenals in sommige fysica -experimenten.

In hoge -spanningsexperimenten met hoge -dimensie Tesla -spoelen is het belangrijk om beveiligingsmaatregelen te nemen. Een voorbeeld is het gebruik van Faraday -kooien voor de bescherming van waarnemers en metalen gaaspakken voor kunstenaars die deelnemen aan shows met deze spoelen.

Hoe maak je een zelfgemaakte Tesla -spoel?

Componenten

In deze miniatuurversie van de Tesla -spoel wordt een hoogspanningsafwisselingsstroom niet gebruikt. Integendeel, de energiebron zal een 9 V -batterij zijn, zoals weergegeven in het schema in figuur 3.

figuur 3. Schema om een ​​Tesla Mini -spoel te bouwen. Bron: zelf gemaakt.

Het andere verschil met de originele versie van Tesla is het gebruik van een transistor. In ons geval zal het 2222A zijn, wat een NPN -transistor met een laag signaal is, maar snelle respons of hoge frequentie.

Het circuit heeft ook een schakelaar S, een 3 -klappen L1 primaire spoel en een secundaire L2 -spoel van ten minste 275 beurten, maar het kan ook tussen 300 en 400 ronden zijn.

De primaire spoel kan worden gebouwd met een gemeenschappelijke kabel met plastic isolator, maar de middelbare school vereist een dunne kabel bedekt met isolerende vernis, die meestal wordt gebruikt in de embopinaten. De opgerolde kan worden gedaan op een kartonnen of plastic buis met een diameter van 3 en 4 cm.

Gebruik van de transistor

Er moet aan worden herinnerd dat er in de tijd van Nikola Tesla geen transistors waren. In dit geval vervangt de transistor de "Spark Gap" of "Explosor" van de originele versie. De transistor zal worden gebruikt als een poort die de huidige doorgang toestaat of niet. Hiervoor is de transistor als volgt gepolariseerd: de verzamelaar C naar een positieve terminal en de emittent En naar de negatieve batterij.

Wanneer de basis B Het heeft een positieve polarisatie, dan staat de doorgang van de collector naar de afzender toe, en anders voorkomt het het.

In ons schema verbindt de basis op de batterij positief, maar een ohmweerstand van 22 -kilo wordt afgewisseld, om het overmaat van stroom te beperken dat de transistor kan verbranden.

Het circuit toont ook een LED -diode die rood kan zijn. De functie ervan zal later worden uitgelegd.

In het vrije uiteinde van de secundaire spoel L2 wordt een metalen sferiet geplaatst, die kan worden gebouwd met een polystyreenbal of een pin pongbal met aluminiumfolie.

Deze sferiet is de plaquette van een condensator C, de andere plaquette is de omgeving. Dit is wat bekend staat onder de naam van parasietcapaciteit.

Tesla Mini Coil -werking

Wanneer de S -schakelaar is gesloten, is de transistorbasis positief gepolariseerd en is de bovenkant van de primaire spoel ook positief gepolariseerd. Zodat een stroom die door de primaire spoel gaat, door de verzamelaar verder gaat, abrupt verschijnt, de afzender uitgaat en terugkeert naar de stapel.

Kan u van dienst zijn: versnelling van de zwaartekracht: wat is het, hoe het wordt gemeten en oefeningen

Deze stroom groeit van nul tot een maximale waarde in een zeer korte tijd, daarom induceert het een elektromotorische kracht in de secundaire spoel. Dit produceert een stroom die van de bodem van de L2 -spoel naar de basis van de transistor gaat. Deze stroom stopt abrupt de positieve polarisatie van de basis in de manier waarop de stroom door de primaire stroomt.

In sommige versies wordt de LED -diode verwijderd en werkt het circuit. Het plaatsen ervan verbetert echter de efficiëntie bij de snede van de polarisatie van de transistorbasis.

Wat gebeurt er als de stroom circuleert?

Tijdens de snelstroomgroeicyclus in het primaire circuit werd een elektromotorische kracht geïnduceerd in de secundaire spoel. Omdat de schietverhouding tussen primaire en secundaire.

Due to the above, there is an intense electric field in the sphere of Capacitor C capable of ionizing low pressure gas from a neon tube or a fluorescent lamp that approaches the sphere C and accelerating free electrons into the tube as to excite atoms that produce the lichtemissie.

Terwijl de stroom abrupt stopte door de L1 -spoel en de L2 -spoel werd ontslagen door de lucht rondom C naar de grond, werd de cyclus opnieuw gestart.

Het belangrijke punt in dit type circuit is dat alles in een zeer korte tijd gebeurt, zodat er een hoogfrequente oscillator is. In dit type circuit is suicheo of snelle oscillatie geproduceerd door de transistor belangrijker dan het resonantie -fenomeen beschreven in de vorige sectie en verwezen naar de originele versie van de Tesla Coil.

Experimenten voorgesteld met Tesla Mini -spoelen

Zodra de Tesla Mini -spoel is gebouwd, is het mogelijk om ermee te experimenteren. Het is duidelijk dat de stralen en vonken van de originele versies niet zullen optreden.

Met behulp van een fluorescentielamp of een neonbuis kunnen we echter observeren hoe het gecombineerde effect van het intense elektrische veld dat in de condensator wordt gegenereerd aan het einde van de spoel en de hoge oscillatiefrequentie van dat veld, de lamp de lamp maken Illuminaat nadert nauwelijks de condensor -sfeer.

Het intense elektriciteitsveld ioniseert lage drukgas in de buis, waardoor vrije elektronen in het gas achterblijven. Aldus zorgt de hoge frequentie van het circuit ervoor dat vrije elektronen in de fluorescerende buis versnellen en fluorescerend poeder worden vastgehouden aan de binnenwand van de buis, waardoor het licht uitzendt.

U kunt ook een lichtgevende led benaderen naar de C -bol, waarmee u observeert hoe deze wordt ingeschakeld, zelfs wanneer de LED -pennen niet zijn aangesloten.

Referenties

1. Blake, T. Tesla Coil Theory. Hersteld van: tb3.com.
2. Burnett, r. Werking van de Tesla -spoel. Hersteld van: Richieburnett.co.Uk.
3. Tippens, p. 2011. Fysica: concepten en toepassingen. 7e editie. MacGraw Hill. 626-628.
4. Universiteit van Wisconsin-Madison. Tesla -spoel. Hersteld van: wonderen.Natuurkunde.Wisc.Edu.
5. Wikiwand. Tesla -spoel. Hersteld van: Wikiwand.com.