Генератор тесла принцип действия: Схема трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла

Содержание

Схема трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла

Катушка Тесла – это резонансный трансформатор, который создает высокое напряжение высокой частоты. Изобретен Теслой в 1896 году. Работа этого устройства вызывает очень красивые эффекты, подобные управляемой молнии, а их размеры и сила зависят от питаемого напряжения и электрической схемы.

В домашних условиях сделать катушку Тесла несложно, при этом эффекты ее очень красивые. Готовые и мощные такие приборы продаются в этом китайском магазине .

Не используя провода, с помощью предлагаемого высокочастотного трансформатора можно поддерживать свечение газонаполненных ламп (к примеру лампы дневного света). Кроме того, на конце обмотки формируется красивая высоковольтная искра, к которой можно прикасаться руками. Вследствие того, что входное напряжение на представленном генераторе будет невысоким, он относительно безопасен.

Техника безопасности при работе представленной схемы катушки Тесла

Помните, что нельзя включать это устройство около телефонов, компьютеров и других электронных аппаратов, так как они могут выйти из строя под действием его излучения.

Простая схема генератора Теслы

Для сборки схемы необходимы:

1. Медный эмалированный провод толщиной 0,1-0,3 мм, длиной 200 м.

2. Пластиковая труба диаметром 4-7 cм, длиной 15 см для каркаса вторичной обмотки.

3. Пластиковая труба диаметром 7-10 cм, длиной 3-5 см для каркаса первичной обмотки.

4. Радиодетали: транзистор D13007 и охлаждающий радиатор для него; переменный резистор на 50 кОм; постоянный резистор на 75 Ом и 0,25 вт; блок питания напряжением на выходе 12-18 вольт и током 0,5 ампера;
5. Паяльник, оловянный припой и канифоль.

Подобрав нужные детали, начните с намотки катушки. Наматывать следует на каркас виток к витку без перехлёстов и заметных пробелов, примерно 1000 витков, но не менее 600. После этого нужно обеспечить изоляцию и закрепить намотку, лучше всего для этого использовать лак, которым покрыть обмотку в несколько слоёв.

Для первичной обмотки (L1) используется более толстый провод диаметром 0,6 мм и более, обмотка 5-12 витков, каркас для неё подбирается хотя бы на 5мм толще вторичной обмотки.

Далее соберите схему, как на рисунке выше. Транзистор подойдет любой NPN, можно и PNP, но в этом случае необходимо поменять полярность питания, автор схемы использовал BUT11AF, из отечественных, которые ничем не уступают, хорошо подходят КТ819, КТ805.
Для питания качера – любой блок питания 12-30В с током от 0,3 А.

Параметры авторской обмотки Тесла

Вторичная – 700 витков проводом толщиной 0,15 мм на каркасе 4 см.
Первичная – 5 витков проводом 1,5мм на каркасе 5 см.
Питание – 12-24 В с током до 1 А.

Видео канала “How-todo”.

Катушка Тесла представляет собой высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью которого можно получить высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием высокого напряжения в воздухе происходит электрический пробой, подобно разряду молнии. Устройство изобретено Николой Теслой, и носит его имя.

По типу коммутирующего элемента первичного контура, катушки Тесла подразделяются на искровые (SGTC – Spark gap Tesla coil), транзисторные (SSTC – Solid state Tesla coil, DRSSTC – Dual resonant solid state Tesla coil). Я буду рассматривать только искровые катушки, являющиеся самыми простыми и распространенными. По способу заряда контурного конденсатора, искровые катушки делятся на 2 типа: ACSGTC – Spark gap Tesla coil, а также DCSGTC – Spark gap Tesla coil. В первом варианте, заряд конденсатора осуществляется переменным напряжением, во втором используется резонансный заряд с подведением постоянного напряжения.


Сама катушка представляет собой конструкцию из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, наматывается на диэлектрической трубе медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и имеет обычно 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки равно 1:3,5 – 1:6. Для увеличения электрической и механической прочности, обмотку покрывают эпоксидным клеем или полиуретановым лаком. Обычно размеры вторичной обмотки определяют исходя из мощности источника питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину. Далее подбирают диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков примерно равнялось общепринятому значению. В качестве диэлектрической трубы обычно применяют канализационные пластиковые трубы, но можно изготовить и самодельную трубу, при помощи листов чертежного ватмана и эпоксидного клея. Здесь и далее речь идет о средних катушках, мощностью от 1 кВт и диаметром вторичной обмотки от 10 см.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, обычно выполненный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. В основном диаметр трубы подбирают равным диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора обычно составляет 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор имеет электрическую емкость, которая определяется его геометрическими размерами, и выступает в роли конденсатора.

Первичная обмотка располагается у нижнего основания вторичной обмотки, и имеет спиральную плоскую или коническую форму. Обычно состоит из 5-20 витков толстого медного или алюминиевого провода. В обмотке протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может иметь значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется преимущественно в поверхностном слое проводника, тем самым уменьшается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому лучшим вариантом для изготовления первичной обмотки будет полая медная трубка, или плоская широкая лента. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру иногда устанавливают незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника, и заземляют. Кольцо предназначено для предотвращения попадания разрядов в первичную обмотку. Разрыв необходим для исключения протекания тока по кольцу, иначе магнитное поле, созданное индукционным током, будет ослаблять магнитное поле первичной и вторичной обмотки. От защитного кольца можно отказаться, если заземлить один конец первичной обмотки, при этом попадание разряда не причинит вреда компонентам катушки.

Коэффициент связи между обмотками зависит от их взаимного расположения, чем они ближе, тем больше коэффициент. Для искровых катушек типичное значение коэффициента равно K=0,1-0,3. От него зависит напряжение на вторичной обмотке, чем больше коэффициент связи, тем больше напряжение. Но увеличивать коэффициент связи выше нормы не рекомендуется, так как между обмотками начнут проскакивать разряды, повреждающие вторичную обмотку.


На схеме представлен простейший вариант катушки Тесла типа ACSGTC.
Принцип действия катушки Тесла основан на явлении резонанса двух индуктивно связанных колебательных контуров. Первичный колебательный контур состоит из конденсатора С1, первичной обмотки L1, и коммутируется разрядником, в результате чего образуется замкнутый контур. Вторичный колебательный контур образован вторичной обмоткой L2 и конденсатором С2 (тор обладающий емкостью), нижний конец обмотки обязательно заземляется. При совпадении собственной частоты первичного колебательного контура с частотой вторичного колебательного контура, происходит резкое возрастание амплитуды напряжения и тока во вторичной цепи.

При достаточно высоком напряжении происходит электрический пробой воздуха в виде разряда, исходящего из тора. При этом важно понимать, что представляет собой замкнутый вторичный контур. Ток вторичного контура течет по вторичной обмотке L2 и конденсатору С2 (тор), далее по воздуху и земле (так как обмотка заземлена), замкнутый контур можно описать следующим образом: земля-обмотка-тор-разряд-земля. Таким образом, захватывающие электрические разряды представляют собой часть контурного тока. При большом сопротивлении заземления разряды, исходящие из тора будут бить прямо по вторичной обмотке, что не есть хорошо, поэтому нужно делать качественное заземление.

После того как размеры вторичной обмотки и тора определены, можно посчитать собственную частоту колебаний вторичного контура. Здесь надо учитывать, что вторичная обмотка кроме индуктивности обладает некоторой емкостью из-за немалых размеров, которую надо учитывать при расчете, емкость обмотки необходимо сложить с емкостью тора. Далее надо прикинуть параметры катушки L1и конденсатора C1первичного контура, так чтобы собственная частота первичного контура была близка к частоте вторичного контура.

Емкость конденсатора первичного контура обычно составляет 25-100 нФ, исходя из этого, рассчитывают количество витков первичной обмотки, в среднем должно получиться 5-20 витков. При изготовлении обмотки необходимо увеличить количество витков, по сравнению с расчетным значением, для последующей настройки катушки в резонанс. Рассчитать все эти параметры можно по стандартным формулам из учебника физики, также в сети есть книги по расчету индуктивности различных катушек. Существуют и специальные программы калькуляторы для расчета всех параметров будущей катушки Тесла.

Настройка осуществляется путем изменения индуктивности первичной обмотки, то есть один конец обмотки подсоединен к схеме, а другой никуда не подключается. Второй контакт выполняют в виде зажима, который можно перекидывать с одного витка на другой, тем самым используется не вся обмотка, а только ее часть, соответственно меняется индуктивность, и собственная частота первичного контура. Настройку выполняют во время предварительных запусков катушки, о резонансе судят по длине выдаваемых разрядов. Существует также метод холодной настройки резонанса при помощи ВЧ генератора и осциллографа или ВЧ вольтметра, при этом катушку запускать не надо. Необходимо взять на заметку, что электрический разряд обладает емкостью, вследствие чего собственная частота вторичного контура может немного уменьшаться во время работы катушки. Заземление также может оказывать небольшое влияние на частоту вторичного контура.

Разрядник является коммутирующим элементом в первичном колебательном контуре. При электрическом пробое разрядника под действием высокого напряжения, в нем образуется дуга, которая замыкает цепь первичного контура, и в нем возникают высокочастотные затухающие колебания, в течение которых напряжение на конденсаторе С1 постепенно уменьшается. После того как дуга гаснет, контурный конденсатор С1 вновь начинает заряжаться от источника питания, при следующем пробое разрядника начинается новый цикл колебаний.

Разрядник подразделяется на два типа: статический и вращающийся. Статический разрядник представляет собой два близко расположенных электрода, расстояние между которыми регулируют так чтобы электрический пробой между ними происходил в то время, когда конденсатор С1 заряжен до наибольшего напряжения, или немного меньше максимума. Ориентировочное расстояние между электродами определяют исходя из электрической прочности воздуха, которая составляет около 3 кВ/мм при стандартных условиях окружающей среды, а также зависит от формы электродов. Для переменного сетевого напряжения, частота срабатываний статического разрядника (BPS – beats per second) составит 100Гц.

Вращающийся разрядник (RSG – Rotary spark gap) выполняется на основе электродвигателя, на вал которого насажен диск с электродами, с каждой стороны диска устанавливаются статические электроды, таким образом, при вращении диска, между статическими электродами будут пролетать все электроды диска. Расстояние между электродами делают минимальным. В таком варианте можно регулировать частоту коммутаций в широких пределах управляя электродвигателем, что дает больше возможностей по настройке и управлению катушкой. Корпус двигателя необходимо заземлить, для защиты обмотки двигателя от пробоя, при попадании высоковольтного разряда.

В качестве контурного конденсатора С1 применяют конденсаторные сборки (MMC – Multi Mini Capacitor) из последовательно и параллельно соединенных высоковольтных высокочастотных конденсаторов. Обычно применяют керамические конденсаторы типа КВИ-3, а также пленочные К78-2. В последнее время намечен переход на бумажные конденсаторы типа К75-25, которые неплохо показали себя в работе. Номинальное напряжение конденсаторной сборки для надежности должно быть в 1,5-2 раза больше амплитудного напряжения источника питания. Для защиты конденсаторов от перенапряжения (высокочастотные импульсы) устанавливают воздушный разрядник параллельно всей сборке. Разрядник может представлять собой два небольших электрода.

В качестве источника питания для зарядки конденсаторов используется высоковольтный трансформатор Т1, или несколько последовательно или параллельно соединенных трансформаторов. В основном начинающие тесластроители используют трансформатор из микроволновой печи (MOT – Microwave Oven Transformer), выходное переменное напряжение которого составляет ~2,2 кВ, мощность около 800 Вт. В зависимости от номинального напряжения контурного конденсатора, МОТы соединяют последовательно от 2 до 4 штук. Применение только одного трансформатора не целесообразно, так как из-за небольшого выходного напряжения зазор в разряднике будет очень малым, итогом будут нестабильные результаты работы катушки. Моты имеют недостатки в виде слабой электропрочности, не рассчитаны для работы в длительном режиме, сильно греются при большой нагрузке, поэтому часто выходят из строя. Более разумно использовать специальные масляные трансформаторы типа ОМ, ОМП, ОМГ, которые имеют выходное напряжение 6,3 кВ, 10 кВ, и мощность 4 кВт, 10 кВт. Можно также изготовить самодельный высоковольтный трансформатор. При работе с высоковольтными трансформаторами не следует забывать о технике безопасности, высокое напряжение опасно для жизни, корпус трансформатора необходимо заземлить. При необходимости последовательно с первичной обмоткой трансформатора можно установить автотрансформатор, для регулировки напряжения зарядки контурного конденсатора. Мощность автотрансформатора должна быть не меньше мощности трансформатора T1.

Дроссель Lд в цепи питания необходим для ограничения тока короткого замыкания трансформатора при пробое разрядника. Чаще всего дроссель находится в цепи вторичной обмотки трансформатора T1. Вследствие высокого напряжения, необходимая индуктивность дросселя может принимать большие значения от единиц до десятков Генри. В таком варианте он должен обладать достаточной электропрочностью. С таким же успехом дроссель можно установить последовательно с первичной обмоткой трансформатора, соответственно здесь не требуется высокая электропрочность, необходимая индуктивность на порядок ниже, и составляет десятки, сотни миллигенри. Диаметр обмоточного провода должен быть не меньше диаметра провода первичной обмотки трансформатора. Индуктивность дросселя рассчитывают из формулы зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

Фильтр низких частот (ФНЧ) предназначен для исключения проникновения высокочастотных импульсов первичного контура в цепь дросселя и вторичной обмотки трансформатора, то есть для их защиты. Фильтр может быть Г-образным или П-образным. Частоту среза фильтра выбирают на порядок меньше резонансной частоты колебательных контуров катушки, но при этом частота среза должна быть намного больше частоты срабатывания разрядника.


При резонансном заряде контурного конденсатора (тип катушки – DCSGTC), используют постоянное напряжение, в отличии от ACSGTC. Напряжение вторичной обмотки трансформатора T1 выпрямляют с помощью диодного моста и сглаживают конденсатором Св. Емкость конденсатора должна быть на порядок больше емкости контурного конденсатора С1, для уменьшения пульсаций постоянного напряжения. Величина емкости обычно составляет 1-5 мкФ, номинальное напряжение для надежности выбирают в 1,5-2 раза больше амплитудного выпрямленного напряжения. Вместо одного конденсатора можно использовать конденсаторные сборки, желательно не забывая про выравнивающие резисторы при последовательном соединении нескольких конденсаторов.

В качестве диодов моста применяют последовательно соединенные высоковольтные диодные столбы типа КЦ201 и др. Номинальный ток диодных столбов должен быть больше номинального тока вторичной обмотки трансформатора. Обратное напряжение диодных столбов зависит от схемы выпрямления, по соображениям надежности обратное напряжение диодов должно быть в 2 раза больше амплитудного значения напряжения. Возможно изготовление самодельных диодных столбов путем последовательного соединения обычных выпрямительных диодов (например 1N5408, Uобр = 1000 В, Iном = 3 А), с применением выравнивающих резисторов.
Вместо стандартной схемы выпрямления и сглаживания можно собрать удвоитель напряжения из двух диодных столбов и двух конденсаторов.

Принцип работы схемы резонансного заряда основан на явлении самоиндукции дросселя Lд, а также применения диода отсечки VDо. В момент времени, когда конденсатор C1 разряжен, через дроссель начинает течь ток, возрастая по синусоидальному закону, при этом в дросселе накапливается энергия в виде магнитного поля, а конденсатор при этом заряжается, накапливая энергию в виде электрического поля. Напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения источника питания, при этом через дроссель течет максимальный ток, и падение напряжения на нем равно нулю. При этом ток не может прекратиться мгновенно, и продолжает течь в том же направлении из-за наличия самоиндукции дросселя. Зарядка конденсатора продолжается до удвоенного значения напряжения источника питания. Диод отсечки необходим для предотвращения перетекания энергии от конденсатора обратно в источник питания, так как между конденсатором и источником питания появляется разность потенциалов равная напряжению источника питания. На самом деле напряжение на конденсаторе не достигает удвоенного значения, из-за наличия падения напряжения на диодном столбе.

Применение резонансного заряда позволяет более эффективно и равномерно передавать энергию на первичный контур, при этом для получения одинакового результата (по длине разряда), для DCSGTC требуется меньшая мощность источника питания (трансформатор Т1), чем для ACSGTC. Разряды приобретают характерный плавный изгиб, вследствие стабильного питающего напряжения, в отличии от ACSGTC, где очередное сближение электродов в RSG может приходиться по времени на любой участок синусоидального напряжения, включая попадание на нулевое или низкое напряжение и как следствие переменная длина разряда (рваный разряд).

Ниже на картинке представлены формулы для расчета параметров катушки Тесла:

Предлагаю ознакомиться с моим опытом постройки .

Знаменитый изобретатель Никола Тесла имеет немало заслуг перед наукой и техникой, но только одно изобретение носит его имя. Это резонансный трансформатор, известный также как« катушка Теслы».

Трансформатор Теслы состоит из первичной и вторичной обмоток, схемы, обеспечивающей питание первичной обмотки на резонансной частоте вторичной, и, опционально, дополнительной емкости на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Острие, укрепленное на дополнительной емкости, повышает напряженность электрического поля, облегчая пробой воздуха. Дополнительная емкость снижает рабочую частоту, уменьшая нагрузку на транзисторы, и, по некоторым данным, повышает длину разрядов. В качестве каркаса вторичной обмотки используется кусок канализационной ПВХ-трубы. Вторичная обмотка состоит примерно из 810 витков эмалированного провода диаметром 0,45 мм. Первичная обмотка состоит из восьми витков провода сечением 6 мм2. Схема питания основана на принципе автоколебаний и построена на силовых транзисторах.

Суть изобретения Теслы проста. Если питать трансформатор током с частотой, равной резонансной для его вторичной обмотки, напряжение на выходе возрастает в десятки и даже сотни раз. Фактически оно ограничено электрической прочностью окружающего воздуха (или иной среды) и самого трансформатора, а также потерями на излучение радиоволн. Наиболее известна катушка в области шоу-бизнеса: она способна метать молнии!

Форма и содержание

Трансформатор выглядит весьма необычно — он словно специально сконструирован для шоу-бизнеса. Вместо привычного массивного железного сердечника с толстыми обмотками — длинная полая труба из диэлектрика, на которую провод намотан всего в один слой. Такой странный вид вызван необходимостью обеспечить максимальную электрическую прочность конструкции.

Кроме необычного внешнего вида, трансформатор Теслы имеет еще одну особенность: в нем обязательно есть некая система, создающая в первичной обмотке ток именно на резонансной частоте вторичной. Сам Тесла использовал так называемую искровую схему (SGTC, Spark Gap Tesla Coil). Ее принцип заключается в зарядке конденсатора от источника питания с последующим подключением его к первичной обмотке. Вместе они создают колебательный контур.

Емкость конденсатора и индуктивность обмотки подбираются так, чтобы частота колебаний в этом контуре совпадала с необходимой. Коммутация осуществляется с помощью искрового промежутка: как только напряжение на конденсаторе достигает определенного значения, в промежутке возникает искра, замыкающая контур. Часто можно увидеть утверждения, что «искра содержит полный спектр частот, так что там всегда есть и резонансная, за счет чего и работает трансформатор». Но это не так — без правильного подбора емкости и индуктивности действительно высокого напряжения на выходе не получить.

Решив сделать свой трансформатор Теслы, мы остановились на более прогрессивной схеме — транзисторной. Транзисторные генераторы потенциально позволяют получить любую форму и частоту сигнала в первичной обмотке.

Выбранная нами схема состоит из микросхемы драйвера силовых транзисторов, маленького трансформатора для развязки этого драйвера от питающего напряжения 220 В и полумоста из двух силовых транзисторов и двух пленочных конденсаторов. Трансформатор мотается на кольце из феррита с рабочей частотой не менее 500 кГц, на нем делается три обмотки по 10−15 витков провода. Очень важно подключить транзисторы к обмоткам трансформатора так, чтобы они работали в противофазе: когда один открыт, другой закрыт.

Нужная частота возникает за счет обратной связи со вторичной обмоткой (схема основана на автоколебаниях). Обратная связь может осуществляться двумя способами: с помощью или трансформатора тока из 50−80 витков провода на таком же ферритовом кольце, как и разделительный трансформатор, через которое проходит провод заземления нижней части вторичной обмотки, или… просто кусочка проволоки, которая выполняет роль антенны, улавливающей испускаемые вторичной обмоткой радиоволны.

Мотаем на ус

В качестве каркаса первичной обмотки мы взяли канализационную трубу из ПВХ диаметром 9 см и длиной 50 см. Для намотки используем эмалированный медный провод диаметром 0,45 мм. Каркас и катушку обмоточного провода размещаем на двух параллельных осях. В качестве оси каркаса выступал кусок ПВХ-трубы меньшего диаметра, а роль оси катушки с проводом выполнила завалявшаяся в редакции стрела от лука.

Существуют три варианта первичной обмотки: плоская спираль, короткая винтовая и коническая обмотка. Первая обеспечивает максимальную электрическую прочность, но в ущерб силе индуктивной связи. Вторая, напротив, создает наилучшую связь, но чем она выше — тем больше шансов, что произойдет пробой между нею и вторичной обмоткой. Коническая обмотка — промежуточный вариант, позволяющий получить наилучший баланс между индуктивной связью и электрической прочностью. Рекордные напряжения мы получить не рассчитывали, так что выбор пал на винтовую обмотку: она позволяет добиться максимального КПД и проста в изготовлении.

В качестве проводника взяли провод питания аудиоаппаратуры с сечением 6 мм², восемь витков которого намотали на отрезок ПВХ-трубы большего диаметра, чем у каркаса вторичной обмотки, и закрепили обычной изолентой. Такой вариант нельзя считать идеальным, ведь ток высокой частоты течет лишь по поверхности проводников (скин-эффект), так что правильнее делать первичную обмотку из медной трубы. Но наш способ прост в изготовлении и при не слишком больших мощностях вполне работает.

Управление

Для обратной связи мы изначально планировали использовать трансформатор тока. Но он оказался неэффективным при малых мощностях катушки. А в случае антенны сложнее обеспечить первоначальный импульс, который запустит колебания (в случае трансформатора через его кольцо можно пропустить еще один провод, на который на долю секунды замыкать обычную батарейку). В итоге у нас получилась смешанная система: один выход трансформатора был подключен к входу микросхемы, а провод второго не был ни к чему подключен и служил антенной.

Короткие замыкания, пробитие транзисторов и прочие неприятности изначально предполагались очень даже возможными, так что дополнительно был изготовлен пульт управления с амперметром переменного тока на 10 А, автоматическим предохранителем на 10 А и парой «неонок»: одна показывает, есть ли напряжение на входе в пульт, а другая — идет ли ток к катушке. Такой пульт позволяет удобно включать и выключать катушку, отслеживать основные параметры, а также дает возможность многократно снизить частоту походов к щитку для включения «выбитых» автоматов.

Последняя опциональная деталь трансформатора — дополнительная емкость в виде проводящего шара или тора на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Во многих статьях можно прочесть, что она способна существенно удлинить разряд (кстати, это широкое поле для экспериментов). Мы сделали такую емкость на 7 пФ, собрав вместе две стальные чашки-полусферы (из магазина IKEA).

Сборка

Когда все компоненты изготовлены, конечная сборка трансформатора не составляет никакой проблемы. Единственная тонкость — заземление нижнего конца вторичной обмотки. Увы, не во всех отечественных домах есть розетки с отдельными контактами земли. А там, где есть, эти контакты не всегда реально подключены (проверить это можно с помощью мультиметра: между контактом и проводом фазы должно быть около 220 В, а между ним и нулевым проводом — почти нуль).

Если у вас такие розетки есть (у нас в редакции нашлись), то заземлять нужно именно с их помощью, используя для подключения катушки соответствующую вилку. Часто советуют заземлять на батарею центрального отопления, но это категорически не рекомендуется, поскольку в некоторых случаях может привести к тому, что батареи в доме будут бить током ни о чем не подозревающих соседей.

Но вот наступает ответственный момент включения… И сразу же появляется первая жертва молнии — транзистор схемы питания. После замены выясняется, что схема в принципе вполне работоспособна, хотя и на небольших мощностях (200−500 Вт). При выходе на проектную мощность (порядка 1−2 кВт) транзисторы взрываются с эффектной вспышкой. И хотя эти взрывы не представляют опасности, режим «секунда работы — 15 минут замены транзистора» не является удовлетворительным. Тем не менее с помощью этого трансформатора вполне можно почувствовать себя в роли Зевса-громовержца.

Благородные цели

Хотя в наше время трансформатор Теслы, по крайней мере в его исходном виде, чаще всего находит применение в разнообразных шоу, сам Никола Тесла создавал его для куда более важных целей. Трансформатор является мощным источником радиоволн с частотой от сотни килогерц до нескольких мегагерц. На основе мощных трансформаторов Теслы планировалось создание системы радиовещания, беспроводного телеграфа и беспроводной телефонии.

Но наиболее грандиозный проект Теслы, связанный с использованием его трансформатора, — создание глобальной системы беспроводного энергоснабжения. Как он считал, достаточно мощный трансформатор или система трансформаторов сможет в глобальном масштабе менять заряд Земли и верхних слоев атмосферы.

В такой ситуации установленный в любой точке планеты трансформатор, имеющий такую же резонансную частоту, как и передающий, будет источником тока, и линии электропередач станут не нужны.

Именно стремление создать систему беспроводной передачи энергии погубило знаменитый проект Wardenclyff. Инвесторы были заинтересованы в появлении только окупаемой системы связи. А передатчик энергии, которую мог бы неконтролируемо принимать любой желающий по всему миру, напротив, грозил убытками электрическим компаниям и производителям проводов. А один из основных инвесторов был акционером Ниагарской ГЭС и заводов по производству меди…

Катушка тесла

Разряды с провода на терминале

Трансформа́тор Те́сла — единственное из изобретений Николы Тесла , носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор , производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. «Трансформатор Тесла» также известен под названием «катушка Теслы» (англ. Tesla coil ). В России часто используют следующие сокращения: ТС (от Tesla coil ), КТ (катушка Тесла), просто тесла и даже ласкательно — катька. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек , первичной и вторичной, и обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора , тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5-30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов , здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис , явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур , в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияет на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения ( или Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения !

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DC DRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы , тиристоры .

Использование трансформатора Теслы

Разряд трансформатора Теслы

Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт . Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии . В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине . Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам (см. Скин-эффект), оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние. Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Трансформатор Теслы используется военными для быстрого уничтожения всей электроники в здании,танке,корабле.Создается на доли секунды мощный электромагнитный импульс в радиусе нескольких десятков метров.В результате перегорают все микросхемы и транзисторы,полупроводниковая электроника.Данное устройство работает совершенно бесшумно.В прессе появилось сообщение, что частота тока при этом достигает 1 Терагерц.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов . Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

  1. Стримеры (от англ. Streamer ) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
  2. Спарк (от англ. Spark ) — это искровой разряд . Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
  3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
  4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд . Редко можно наблюдать также тлеющий разряд . Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Многие люди считают, что катушки Теслы — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты » один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт , гитарист и вокалист группы «The White Stripes » рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В игре Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию. Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла ) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно «заряжать» башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

Каждый человек, вероятнее всего, слышал о том, что такое трансформатор Тесла, который также зачастую называется катушкой Тесла. Эту катушку можно увидеть во многих фильмах, компьютерных играх и телевизионных передачах. Однако мало слышать о том, что существует нечто подобное. Если вас спросят, что именно делает трансформатор Тесла, сможете ли вы дать на этот вопрос ответ? Скорее всего, нет, а если и сможете, то вряд ли вы сумеете рассказать достаточно подробностей. Именно поэтому и существует данная статья. С ее помощью вы сможете узнать все о трансформаторе Тесла, о том, как он устроен, для чего используется, как функционирует и так далее. Естественно, если вы учились по физической специализации, то для вас эти данные не будут новостью, однако большинство людей все же не в курсе деталей, касающихся катушки Тесла. А ведь это очень интересные данные, которые позволят вам расширить кругозор. Как легко можно догадаться, изобретателем этого устройства стал великий ученый Никола Тесла, который запатентовал свое изобретение в 1896 году, описав его как устройство, предназначенное для производства электрических токов высокой частоты. По сути, именно этим катушка Тесла и является, и об этом вы, вероятнее всего, уже знали. Поэтому стоит взглянуть на более интересные и менее известные данные.

В чем суть?

Для начала необходимо объяснить суть работы катушки Тесла. Она может выглядеть по-разному, однако многие люди отмечают, что, так или иначе, она смотрится очень эффектно даже в режиме спокойствия. Что уж говорить о том, когда она приводится в действие, и вокруг нее образуются видимые разряды электричества. Но как именно это происходит? Трансформатор Тесла работает за счет резонансных электромагнитных волн, образующихся в двух обмотках катушки, первичной и вторичной. Первичная обмотка представляет собой часть искрового колебательного центра. Что касается вторичной, то ее роль исполняет уже прямая катушка провода. Когда частота колебаний первичного и вторичного контура совпадает, между концами катушки появляется высокое переменное напряжение, которое вы можете увидеть невооруженным взглядом. Если вам не очень понятно то, как работает трансформатор Тесла, то для примера можно взять обычные качели. С их помощью объяснить работу будет гораздо проще. Если вы раскачиваете качели с помощью принудительных колебаний, то амплитуда будет пропорциональна вашему усилию. Если же вы решите раскачивать качели в режиме свободных колебаний, каждый раз подталкивая качели в необходимый момент, то амплитуда возрастет в несколько раз. То же самое происходит и с катушкой Тесла: при резонансе колебаний двух обмоток возникает гораздо более сильный ток.

Конструкция трансформатора

Второй момент, который необходимо принять во внимание, когда рассматривается трансформатор Тесла, — схема. Как именно устроена катушка? На самом деле устройство этого трансформатора может быть самым разнообразным, поэтому сейчас вы узнаете о том, как устроена его простейшая версия, которую вы затем можете совершенствовать так, как вам будет этого хотеться. Итак, простейший трансформатор Тесла состоит из нескольких элементов, а именно из входного трансформатора, катушки индуктивности, включающей в себя первичную и вторичную обмотку, а также из разрядника, конденсатора и терминала. Собственно говоря, ток начинает свое движение от входного трансформатора, являющегося источником питания, откуда через разрядник и конденсатор попадает на катушку индуктивности, а оттуда передается на терминал уже в умноженном размере. Причем терминал зачастую выбирается таким, чтобы он лучше всего мог передать подобное напряжение, например, он может быть в форме шара или диска. Как вы понимаете, это самый простой трансформатор Тесла — схема является подтверждением этого. В катушке Тесла может быть больше элементов. Там может присутствовать, например, тороид, который не описан в этой схеме, так как он не является ключевым элементом. Что касается основных элементов, то они все были указаны.

Функционирование

Итак, теперь вы знаете, как устроен трансформатор Тесла. Принцип работы его вам также понятен в целом, но можно и углубиться в детали. Как именно он функционирует? Оказывается, он работает в импульсном режиме. Что это означает? Это значит, что сначала происходит заряд конденсатора до того момента, когда совершится пробой разрядника, и электричество пройдет на катушку индуктивности. Тогда начинается вторая фаза, в ходе которой генерируются высокочастотные колебания. Обратите внимание, что разрядник должен располагаться параллельно источнику питания, благодаря чему он замыкает цепь, когда на катушку поступает ток, тем самым исключая источник питания из цепи. Зачем это нужно? Если остается частью цепи, это может значительно снижать напряжение на выходе из трансформатора. Естественно, результат все равно будет, однако он при этом окажется далеко не самым впечатляющим. Вот так функционирует трансформатор Тесла. Принцип работы вам теперь полностью понятен, однако все еще остаются некоторые детали, которые могут вас заинтересовать.

Заряд для трансформатора

Как вы уже могли заметить, если вы планируете создать мощный трансформатор Тесла, то для этого потребуется учесть абсолютно все детали, так как любые отклонения от нормы будут приводить к тому, что выходное напряжение будет недостаточно высоким, из-за чего эффект будет менее впечатляющим. И особое внимание необходимо уделить стартовому заряду, то есть подбору источника питания. Именно в данном случае нужно подобрать правильный конденсатор, чтобы выходное напряжение было идеальным, а конденсатор себя не «закорачивал». Существует даже трансформатор Тесла с самозапиткой, так что разнообразию конструкций нет пределов. Так что вам стоит помнить, что в данном случае рассматривается самая простая конструкция катушки Тесла.

Генерация

Ну и последнее, на что стоит взглянуть более детально — это непосредственно сам процесс генерации высокочастотного тока. Итак, питание трансформатора Тесла происходит за счет выбранного источника питания, который передает заряд в конденсатор, где он накапливается до того момента, как происходит пробой, в результате которого конденсатор через разрядник разряжается на первичную катушку. Так как напряжение разрядника резко снижается, цепь замыкается, и, как уже было сказано выше, источник питания исключается из цепи. В это время на первичной катушке возникают высокочастотные колебания, которые затем передаются на вторичную катушку, из-за чего колебания становятся резонансными, и на терминале возникает ток высокого напряжения. Вот так работает самый простой трансформатор Тесла, однако существует большое количество самых разнообразных его модификаций.

Модификации

Для начала вам стоит узнать о том, что классический вариант катушки Тесла, который был описан выше, обозначается следующим образом — SGTC. Последние две буквы расшифровываются как Tesla Coil, что переводится непосредственно как «катушка Тесла». Эти две буквы будут присутствовать в каждом из сокращений, а меняются только первые две. В данном случае SG обозначает Spark Gap, то есть эта катушка Тесла работает на искровом промежутке, создаваемом разрядником. Однако далеко не всегда дела обстоят именно так, поэтому необходимо рассмотреть различные варианты, такие как трансформатор Тесла на транзисторах или на полупроводниках. Первая модификация, на которую можно обратить внимание — это RSGTC, то есть катушка, которая работает на роторном искровом промежутке. В данном случае для питания используется электродвигатель, который вращает диск с электродами. Есть также VTTC, которая известна как ламповая катушка Тесла, работающая за счет электронных ламп. Этот вариант не требует высокого напряжения, а также отличается тишиной работы. Следующий вариант — это SSTC, то есть катушка Тесла, которая работает за счет генератора, основанного на полупроводниках. Эта модификация является одной из самых интересных в плане эффектности, так как с помощью силовых ключей вы можете изменять форму разряда. Модификацией этой версии катушки Тесла является DRSSTC. В данном случае используется двойной резонанс, что дает гораздо более внушительные размеры разряда. Отдельно стоит взглянуть на QCW DRSSTC — эта катушка Тесла характеризуется «плавной накачкой», то есть плавным, а не резким нарастанием всех параметров. В каждом из этих случаев расчет трансформатора Тесла будет отличаться, точно так же, как и его конструкций и, соответственно, его схема.

Использование катушки Тесла

Но как же может быть использована энергия трансформатора Тесла? Этот вопрос задает себе каждый человек, который впервые видит работу этого устройства. Собственно говоря, любование невероятными разрядами, которые имеют огромные размеры и выглядят очень впечатляюще, и является одним из самых главных и популярных способов использования. Этот трансформатор позволяет устроить настоящее шоу, которое способно очаровать любого человека, ведь это не магия, а чистейшая наука. Так что смело можно сказать, что одна из главных ролей трансформатора Тесла является декорация и развлечение. Однако оказывается, что существуют и другие способы использования этой технологии. Например, изначально катушки Тесла использовались для радиоуправления, беспроводной передачи данные и для передачи энергии. Естественно, со временем появлялись более эффективные способы выполнения каждой из этих функций, поэтому постепенно использование катушки Тесла становилось все менее и менее актуальным. Также стоит отметить, что ее использовали в медицине. Дело в том, что высокочастотный разряд, когда его пропускали по коже, не оказывал негативного влияния на внутренние органы человека, но при этом тонизировал кожу человека. В современном мире катушка Тесла уже фактически не используется с практической точки зрения из-за трудностей поддержания постоянной ее работы. Иногда она используется для поджига газоразрядных ламп или же в вакуумных системах, где трансформатор помогает найти течи. Таким образом, применение трансформатора Тесла в современном мире все же в большинстве случаев является декоративным, развлекательным и познавательным.

Эффекты

Вы уже представляете себе устройство трансформатора Тесла, потому на эту тему нет смысла говорить что-то еще. Однако это не значит, что сама по себе тема катушки Тесла исчерпала себя. Например, можно взглянуть на то, какие именно разряды создаются в результате ее деятельности. Оказывается, они не являются случайными: всего выделяют четыре основных вида. Во-первых, вы можете увидеть стримеры, которые представляют собой тусклые разветвленные каналы, которые уходят от терминала в воздух. По сути, они представляют собой визуализацию ионизации воздуха. Во-вторых, вы можете заметить спарки — это искровые разряды, которые уходят с терминала прямо в землю. Отличить их можно за счет того, что они очень сильно выделяются внешне — это пучок ярких искровых каналов. В-третьих, существует коронный разряд — так называется свечение ионов непосредственно в поле высокого напряжения. Ну и, наконец, имеется еще и дуговой разряд, который возникает, если к трансформатору поднести какой-либо заземленный предмет. Этот прием используют многие, когда катушка Тесла применяется для развлекательных мероприятий.

Влияние на здоровье

Выше было указано, что после изобретения катушки Тесла ее использовали в медицинских целях, однако многие источники сообщают, что трансформатор Тесла является смертельно опасным. Кто же прав, а кто обманывает? В большинстве случаев высокое напряжение является для человека смертельным, так как оно ведет к образованию ожогов, а также к остановке сердца. Однако некоторые типы трансформаторов Тесла обладают так называемым скин-эффектом, который позволяет электричеству воздействовать лишь на поверхность предмета, а в данном случае — на кожу человека. Как уже было сказано выше, это тонизирует кожу и омолаживает ее. Опять же, медицинских подтверждений этого факта нет, однако об этом очень много писали в свое время.

Катушка Тесла как часть культуры

Даже если вы не увлекаетесь наукой, все равно, вероятнее всего, уже видели катушку Тесла, так как она используется в самых разнообразных сферах развлечений. В первую очередь ее можно увидеть во многих фильмах, которые выходили на экраны кинотеатров в самые разные годы. Одним из самых известных фильмов, в которых очень важную роль отыграл трансформатор Тесла, стала экранизация одноименного романа «Престиж». Также очень часто катушку Тесла можно встретить в компьютерных играх, где она чаще всего выступает в роли мощного оружия. Более того, вы можете встретить трансформаторы Тесла даже в музыкальном искусстве. Оказывается, вы можете изменять звучание электрического разряда, увеличивая и уменьшая частоту тока. И некоторые исполнители и музыкальные группы используют это, чтобы записывать музыку. А тот, кто не хочет все усложнять, прибегает к помощи катушки Тесла, чтобы создать реалистичные звуки разрядов молний, как это сделала, например, известная певица Бьорк. Таким образом, в современном мире трансформаторы Тесла используются очень широко, однако нельзя сказать, что они применяются по назначению. Свое время в качестве функционального устройства катушка Тесла уже отжила, и она, по сути, должна была кануть в Лету, как и большинство старых устройств. Однако благодаря визуальным эффектам, которые она создает, катушка Тесла смогла дожить до сегодняшнего дня, и ее продолжают использовать постоянно, пусть и в качестве предмета развлечения. Стоит также отметить, что она используется и в обучающих целях, так как именно на ней можно наглядно продемонстрировать начинающим физикам, как выглядит электрический разряд, как он себя ведет и так далее. Проще говоря, трансформатор Тесла — это устройство, которое просуществовало сто лет и не потеряло своей актуальности даже в двадцать первом веке, который всем известен своим невероятным прогрессом в области высоких технологий.

Принцип работы катушек Теслы

Принцип работы катушек Теслы

Трансформа́тор Те́слы, также катушка Теслы (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокоенапряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала»

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных колебаний, то при тех же усилиях максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства). Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»). Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоско (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник. Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение. Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.
Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.
                          Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник включенный параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определенные потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме трансформатора Тесла разрядник всегда ставится параллельно источнику питания.
                           Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса, равной высоковольтному контуру. Однако емкость будет отличаться от расчетной, так как часть энергии тратится на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2-20 киловольт. Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он не должен сильно «закорачивать» конденсатор, на котором напряжение постоянно меняет знак — Колебательный контур
                           После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа.Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора, напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, но продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.
                                                                                                                                                     (По материалам Википедии)

TESLACOIL27.RU

Принцип работы катушек Теслы

Трансформа́тор Те́слы, также катушка Теслы (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокоенапряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала»

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных колебаний, то при тех же усилиях максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства). Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»). Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоско (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник. Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение. Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.
Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора. Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник включенный параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определенные потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме трансформатора Тесла разрядник всегда ставится параллельно источнику питания. Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса, равной высоковольтному контуру. Однако емкость будет отличаться от расчетной, так как часть энергии тратится на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2-20 киловольт. Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он не должен сильно «закорачивать» конденсатор, на котором напряжение постоянно меняет знак — Колебательный контур. После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа.Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора, напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, но продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

(По материалам Википедии)


Тесла или 220 вольт из ничего / Блог им. Nikolay / Блоги по электронике

Главная > Генераторы > Генератор Тесла – идеальный источник энергии

Идея получения «бестопливного» электричества в домашних условиях чрезвычайно интересна. Любое упоминание о действующей технологии мгновенно приковывает внимание людей, желающих безвозмездно получить в свое распоряжение упоительные возможности энергетической независимости. Чтобы сделать правильные выводы по данной тематике, необходимо изучить теорию и практику.


Генератор собрать можно без больших затруднений, в любом гараже

Описание прибора

Если очень коротко, то катушка Тесла (КТ) – это резонансный трансформатор, создающий высокочастотный ток. Есть информация, что в своих экспериментах военные довели катушку до мощности в 1 Тгц.


Огромная катушка Тесла

Тут стоит затронуть такой вопрос – зачем Тесла ее изобрел? Согласно записям ученый работал над технологией беспроводной передачи электроэнергии. Вопрос крайне актуальный для всего человечества. В теории с помощью эфира две мощные КТ, размещенные в паре километров друг от друга, смогут передавать электричество. Для этого они должны быть настроены на одинаковую частоту. Также есть мнение, что КТ может стать своего рода вечным двигателем.

Внедрение данной технологии сделает все имеющиеся сегодня АЭС, ТЭС, ГЭС и прочие просто ненужными. Человечеству не придется сжигать твердые ископаемые, подвергаться риску радиационного заражения, перекрывать русла рек. Но ответ на вопрос, почему никто не развивает данную технологию, остается за конспирологами.


Настольная катушка Тесла, продающаяся сегодня в качестве сувенира

Схема прерывателя на UC3843

Надумал вернуться к дубовым и надежным, но малофункциональным 555. Решил начать с burst interrupter. Суть прерывателя заключается в том, что он прерывает сам себя. Одна микросхема (U1) задает частоту, другая (2) длительность, а третья (U3) время работы первых двух. Все бы ничего, если бы не маленькая длительность импульса с U2. Этот прерыватель заточен под DRSSTC и может работать с SSTC но мне это не понравилось- разряды тоненькие, но пушистые. Далее было несколько попыток увеличить длительность, но они не увенчались успехом.



Принцип работы

Сегодня многие домашние электрики пытаются собрать КТ, при этом не всегда понимая принцип работы трансформатора Тесла, из-за чего терпят фиаско. На самом деле КТ недалеко ушла от обычного трансформатора.

Есть две обмотки – первичная и вторичная. Когда к первичной обмотке подводят переменное напряжение от внешнего источника, вокруг нее создается магнитное поле или, как его еще называют, колебательный контур. Когда заряд пробьет разрядник, через магнитное поле энергия начнет перетекать к вторичной обмотке, где будет образовываться второй колебательный контур. Часть накапливаемой в контуре энергии будет представлена напряжением. Ее величина будет прямо пропорциональна времени образования контура.

Таким образом, в КТ имеется два связанных между собой колебательных контура, что и является определяющей характеристикой при сравнении с обычными трансформаторами. Их взаимодействие создает ионизирующий эффект, из-за чего мы видим стримеры (разряды молний).


Очевидные выводы и важные дополнения

Несмотря на то что простое решение пока не предъявлено общественности, нельзя утверждать, что электромагнитный генератор великого изобретателя Тесла не существует. Теорию эфира не признает современная наука. Нынешние системы экономики, производства, политики будут уничтожены бесплатными или очень дешевыми источниками энергии. Разумеется, есть много противников их появления.


Этот человек смог создать действующий генератор

Устройство катушки

Трансформатор Тесла, схема которого будет представлена ниже, состоит из двух катушек, тороида, защитного кольца и, конечно, заземления.


Эскиз настольной КТ

Необходимо рассмотреть каждый элемент в отдельности:

  • первичная катушка располагается в самом низу. К ней подводится питание. Она обязательно заземляется. Делается из металла с малым сопротивлением;
  • вторичная катушка. Для обмотки используют эмалированную медную проволоку примерно на 800 витков. Таким образом витки не расплетутся и не поцарапаются;
  • тороид. Данный элемент уменьшает резонансную частоту, накапливает энергию и увеличивает рабочее поле.
  • защитное кольцо. Представляет из себя незамкнутый виток медного провода. Устанавливается, если длина стримера больше длины вторичной обмотки;
  • заземление. Если включить незаземленную катушку, стримеры (разряды тока) не будут бить в воздух, а создадут замкнутое кольцо.


Чертеж КТ

Генератор прямоугольных импульсов — схема

Следущий прерыватель был собран на UC3843 очень часто встречается в ИИП, особенно АТХ, оттуда, собственно, его и взял. Схема тоже неплохая и не уступает TL494 по параметрам. Здесь возможна регулировка частоты от 0 до 1кГц и скважность от 0 до 100%. Меня это тоже устраивало. Но опять эти наводки с катушки все испортили. Здесь даже экранирование нисколько не помогло. Пришлось отказаться, хотя собрал добротно на плате…

Самостоятельное изготовление

Итак, простейший способ изготовления катушки Теслы для чайников своими руками. Часто в интернете можно увидеть суммы, превышающие стоимость неплохого смартфона, но на деле трансформатор на 12V, который даст возможность насладиться включением светильника без использования розетки, можно собрать из кучи гаражного хлама.


Что должно получиться в итоге

Понадобится медная эмалированная проволока. Если эмалированной не найти, тогда дополнительно понадобится обычный лак для ногтей. Диаметр провода может быть от 0.1 до 0.3 мм. Чтобы соблюсти количество витков понадобиться около 200 метров. Намотать можно на обычную ПВХ-трубу диаметром от 4 до 7 см. Высота от 15 до 30 см. Также придется прикупить транзистор, например, D13007, пара резисторов и проводов. Неплохо было бы обзавестись кулером от компьютера, который будет охлаждать транзистор.

Теперь можно приступить к сборке:

  1. отрезать 30 см трубы;
  2. намотать на нее проволоку. Витки должны быть как можно плотнее друг к другу. Если проволока не покрыта эмалью, покрыть в конце лаком. Сверху трубы конец провода продеть через стенку и вывести наверх так, чтобы он торчал на 2 см выше поставленной трубы.;
  3. изготовить платформу. Подойдет обычная плита из ДСП;
  4. можно делать первую катушку. Нужно взять медную трубу 6 мм, выгнуть ее в три с половиной витка и закрепить на каркасе. Если диаметр трубки меньше, то витков должно быть больше. Ее диаметр должен быть на 3 см больше второй катушки. Закрепить на каркасе. Тут же закрепить вторую катушку;
  5. способов изготовления тороида довольно много. Можно использовать медные трубки. Но проще взять обычную алюминиевую гофру и металлическую перекладину для крепления на выпирающем конце проволоки. Если проволока слишком хлипкая, чтобы удержать тороид, можно использовать гвоздь, как на картинке ниже;
  6. не стоит забывать про защитное кольцо. Хотя если один конец первичного контура заземлить, от него можно отказаться;
  7. когда конструкция готова, транзистор соединяется по схеме, крепится к радиатору или кулеру, далее нужно подвести питание и монтаж окончен.


Первую катушку можно сделать плоской, как на картинке

В качестве питания установки многие используют обычную крону Дюрасель.


Трансформатор Тесла своими руками, простейшая схема

Схемы генераторов на 555

Тогда решил изменить принципиально схему и сделать независимую длительность на конденсаторе, диоде и резисторе. Возможно многие посчитают эту схему абсурдной и глупой, но это работает. Принцип такой: сигнал на драйвер идет до тех пор пока конденсатор не зарядится (с этим думаю никто не поспорит). NE555 генерирует сигнал, он идет через резистор и конденсатор, при этом если сопротивление резистора 0 Ом, то идет только через конденсатор и длительность максимальна (на сколько хватает емкости) не зависимо от скважности генератора. Резистор ограничивает время заряда, т.е. чем больше сопротивление, тем меньшей времени будет идти импульс. На драйвер идет сигнал меньшей длительностью, но тоже частоты. Разряжается конденсатор быстро через резистор (который на массу идет 1к) и диод.

Расчет катушки

Расчет КТ обычно производится при изготовлении трансформатора промышленной величины. Для домашних экспериментов достаточно использовать приведенные выше рекомендации.

Сам расчет подскажет оптимальное количество витков для вторичной катушки в зависимости от витков первой, индуктивность каждой катушки, емкость контуров и, самое важное, необходимую рабочую частоту трансформатора и емкость конденсатора.


Пример расчета КТ

Плюсы и минусы

Плюсы: независимая от частоты регулировка скважности, SSTC никогда не уйдет в CW режим, если подгорит прерыватель.

Минусы: скважность нельзя увеличивать «бесконечно много», как например на UC3843, она ограничена емкостью конденсатора и скважностью самого генератора (не может быть больше скважности генератора). Ток через конденсатор идет плавно.

На последнее не знаю как драйвер реагирует (плавную зарядку). С одной стороны драйвер также плавно может открывать транзисторы и они будут сильнее греться. С другой стороны UCC27425 — цифровая микросхема. Для нее существует только лог. 0 и лог. 1. Значит пока напряжение выше порогового — UCC работает, как только опустилось ниже минимального — не работает. В этом случае все работает в штатном режиме, и транзисторы открываются полностью.

Меры безопасности

Собрав КТ, перед запуском нужно принять некоторые меры предосторожности. Во-первых, нужно проверить проводку в помещении, где планируется подключение трансформатора. Во-вторых, проверить изоляцию обмоток.

Также стоит помнить, о простейших мерах предосторожности. Напряжение вторичной обмотки в среднем равняется 700А, 15А для человека уже смертельно. Дополнительно стоит подальше убрать все электроприборы, попав в зону работы катушки, они с большой вероятностью сгорят.

КТ ­– это революционное открытие своего времени, недооцененное в наши дни. Сегодня трансформатор Тесла служит лишь для развлечения домашних электриков и в световых представлениях. Сделать катушку можно самостоятельно из подручных средств. Понадобятся ПВХ труба, несколько сотен метров медного провода, пара метров медных труб, транзистор и пара резисторов.

Перейдем от теории к практике

Собирал генератор Тесла в корпус от АТХ. Конденсатор по питанию 1000 мкф 400в. Диодный мост из того же АТХ на 8А 600В. Перед мостом поставил резистор 10 Вт 4,7 Ом. Это обеспечивает плавный заряд конденсатора. Для питания драйвера поставил трансформатор 220-12В и еще стабилизатор с конденсатором 1800 мкФ.

Диодные мосты прикрутил на радиатор для удобства и для отвода тепла, хотя они почти не греются.

Прерыватель собрал почти навесом, взял кусок текстолита и канцелярским ножом вырезал дорожки.

Силовая была собрана на небольшом радиаторе с вентилятором, позже выяснилось, что этого радиатора вполне достаточно для охлаждения. Драйвер смонтировал над силовой через толстый кусок картона. Ниже фото почти собранной конструкции генератора Тесла, но находящейся на проверке, измерял температуру силовой при различных режимах (видно обычный комнатный термометр, прилепленный к силовой на термопласту).

Тороид катушки собран из гофрированной пластиковой трубы диаметром 50 мм и обклеенным алюминиевым скотчем. Сама вторичная обмотка намотана на 110 мм трубе высотой 20 см проводом 0,22 мм около 1000 витков. Первичная обмотка содержит аж 12 витков, сделал с запасом, дабы уменьшить ток через силовую часть. Делал с 6 витками в начале, результат почти одинаков, но думаю не стОит рисковать транзисторами ради пары лишних сантиметров разряда. Каркасом первички служит обычный цветочный горшок. С начала думал что не будет пробивать если вторичку обмотать скотчем, а первичку поверх скотча. Но увы, пробивало… В горшке конечно тоже пробивало, но здесь скотч помог решить проблему. В общем готовая конструкция выглядит так:

Ну и несколько фоток с разрядом

Теперь вроде бы все.

Ещё несколько советов: не пытайтесь сразу воткнуть в сеть катушку, не факт что она сразу заработает. Постоянно следите за температурой силовой, при перегреве может бабахнуть. Не мотайте слишком высокочастотные вторички, транзисторы 50b60 могут работать максимум на 150 кГц по даташиту, на самом деле немного больше. Проверяйте прерыватели, от них зависит жизнь катушки. Найдите максимальную частоту и скважность, при которой температура силовой стабильная длительное время. Слишком большой тороид может тоже вывести из строя силовую.

Технические возможности генератора

Способы получения электричества, предложенные изобретателем Николой Тесла, значительно обогнали свое время. Даже сейчас эта тема широко не обсуждается, а если и рассматривается, то лишь в теоретической плоскости, без возможности практического использования.

Среди них особое место занимает бестопливный генератор Тесла, получивший в названии имя самого изобретателя, оформившего патент на устройство. Изначально существовало несколько вариантов его использования, но затем его основной функцией стало получение электрической энергии высокого напряжения и высокой частоты. Следует отметить, что в ходе экспериментов выходное напряжение нередко доходило до нескольких миллионов вольт. В результате, в воздушном пространстве возникали электрические разряды большой мощности, длина которых могла доходить до нескольких десятков метров.

С помощью этого устройства стало возможно создавать и распространять электрические колебания, управлять аппаратурой без проводов, путем телеуправления. Прибор использовался и при создании беспроводной радиосвязи, а также для передачи энергии на расстояние.

Практическое применение в начале прошлого века генератор получил в области медицины. Больные подвергались обработке потоками высокочастотной энергии, обладающими тонизирующим и лечебным действием. Проводились и эксперименты по переработке отходов мусорных свалок в электричество, создавая принцип работы устройства. Газ, выделяемый при сжигании мусора, служит универсальным источником тока для генератора, обладающего высоким КПД. Для того чтобы понять, как такое возможно, нужно знать устройство и принцип действия прибора.

Альтернативный источник электроэнергии

Данное изобретение можно смело отнести к альтернативным источникам электроэнергии. Благодаря своим возможностям, генератор Тесла является возможной заменой солнечным батареям. Он отличается простой конструкцией, которая легко собирается и минимальным количеством используемых материалов. Соответственно, и финансовые затраты тоже незначительные. Отдельно взятое устройство конечно не сравнится с аналогичной солнечной панелью, но если соединить в одно целое сразу несколько единиц, то может вполне получиться приемлемый результат.

Многие ученые до сих пор ведут споры об использовании действия свободной энергии при создании такого устройства. Однако, большинство современных технических достижений в самом начале их открытия, тоже считались недосягаемыми для практической реализации. До настоящего времени остались неисследованными многие сферы, связанные с энергией и физическими полями. Хорошо изучены лишь те виды, которые поддаются исследованиям, измерениям и прочим ощущениям. Тем не менее, существуют явления, не поддающиеся каким-либо замерам, поскольку отсутствуют даже приборы для этих целей.

В категорию неисследованного попал и трансформатор Тесла, поскольку принципы его работы расходятся с общепринятыми теориями, связанными с производством электроэнергии. Многим ученым он кажется своеобразным вечным двигателем, не требующим энергии для своей работы, да еще и способным производить другие виды энергии – электрическую или тепловую. Эти утверждения связаны с использованием генератором свободной энергии, происхождение которой до сих пор никак теоретически не обосновано. То есть, на основе известных законов, понятий и определений делается вывод, что такая конструкция на практике не будет работать, поскольку она идет вразрез с законом сохранения энергии и не соблюдает его принцип.

Пока ученые спорят, некоторые домашние умельцы создают вполне работоспособные модели, подтверждающие на практике теоретические предположения. Для более глубокого понимания процессов, следует внимательно изучить конструкцию и принцип действия этих устройств.

Карманный трансформатор Тесла своими руками

Карманный трансформатор Тесла своими руками

В этой статье я расскажу о собранном мной устройстве-трансформаторе Тесла и об интересных эффектах, которые в нём наблюдались в процессе его работы.

Сразу хочу расставить точки над «и», данное устройство работает с высокими напряжениями, поэтому соблюдение элементарных правил техники безопасности ОБЯЗАТЕЛЬНО! Несоблюдение правил ведет к серьёзным травмам, помните это! Еще хочу отметить, что основную опасность в этом устройстве представляет ИСКРОВИК (разрядник), который в ходе своей работы является источником излучений широкого спектра в том числе и рентгеновского, помните об этом! Начнём. Расскажу кратко о конструкции «моего» трансформатора Тесла, в простонародье «катушка тесла». Это устройство выполнено на простой элементной базе, доступной каждому желающему, Блок схема устройства приведена ниже.


Как видите я не стал изобретать велосипед и решил придерживаться классической схемы трансформатора Тесла, единственное что добавлено в классическую схему -это электронный преобразователь напряжения -роль которого повысить напряжение с 12 Вольт до 10 тысяч вольт! Кстати данный преобразователь напряжения может собрать и домохозяйка. В высоковольтной части схемы применяются следующие элементы: Диод VD является высоковольтным марки 5ГЕ200АФ- он имеет высокое сопротивление-это очень важно! Конденсаторы С1 и С2 имеют номинал 2200пФ каждый рассчитан на напряжение 5 кВ в итоге мы получаем суммарную ёмкость 1100пФ и напряжение накапливаемое 10 кВ, что очень для нас хорошо! Хочу заметить что емкость подбирается опытным путём, от неё зависит время длительности импульса в первичной катушки, ну и конечно от самой катушки. Время импульса должно быть меньше времени жизни электронных пар в проводнике первичной катушки трансформатора «Тесла», иначе мы будем иметь низкий эффект и энергия импульса будет тратится на нагрев катушки- что нам не нужно! Ниже показана собранная конструкция устройства.


Особого внимания заслуживает конструкция разрядника «искровика» , большинство современных схем трансформатора тесла имеют особую конструкцию искровика с приводом электродвигателя, где частота разрядов регулируется скоростью вращения, но я решил не придерживаться этой тенденции, так как там есть много отрицательных моментов. Я пошел по классической схеме разрядника. Технический рисунок разрядника приведён ниже.


Дешевый и практичный вариант не шумит и не светится, объясню почему. Данный разрядник выполнен из пластин меди толщиной 2-3 мм размерами 30х30 мм (для выполнения роли радиатора, так как дуга является источником тепла) с резьбой под болты в каждой пластине. Для устранения раскручивания болта при разряде и осуществления хорошего контакта необходимо применить пружину между болтом и пластиной. Для гашения шума при разряде сделаем специальную камеру, где будет происходить горение дуги, у меня камера сделана из куска трубы полиэтиленовой водопроводной (которая не содержит армировку) кусок трубы зажимается плотно межу двумя пластинами и желательно использовать герметизацию, например у меня специальный двусторонний скотч для утепления. Регулировка зазора выполняется вкручиванием и выкручиванием болта, позже объясню для чего. Первичная катушка устройства. Первичная катушка устройства выполнена и медного провода типа ПВ 2,5мм.кв и тут возникает вопрос: «Для чего такой толстый провод?» Объясняю. Трансформатор Тесла это особое устройств, можно сказать аномальное, которое не относится по типу к обычных трансформаторам, где совсем другие законы. У обычного силового трансформатора важным значением в его работе является самоиндукция (противо ЭДС) которая компенсирует часть тока, при нагрузке обычного силового трансформатора противо ЭДС понижается и соответственно повышается ток, если мы уберем противо ЭДС с обычных трансформаторов, то они вспыхнут как свечки. А в трансформаторе Тесла всё наоборот- самоиндукция-наш враг! Поэтому что бы бороться с этим недугом — мы применяем толстый провод у которого маленькая индуктивность, а соответственно маленькая самоиндукция. Нам нужен мощный электромагнитный импульс и мы его получаем применяя данный тип катушки. Первичная катушка выполнена в виде спирали Архимеда в одной плоскости в количестве 6 витков, максимальный диаметр большого витка в моей конструкции 60 мм. Вторичная катушка устройства- обычная катушка намотанная на полимерной водопроводной трубе (без армировки) диаметром 15 мм. Намотка катушки осуществляется эмаль проводом 0.01мм.кв виток в витку, в моём устройстве количество витков составляет 980 шт. Намотка вторичной катушки требует терпения и выдержки, у меня на это ушло около 4х часов. Итак, устройство собрано! Теперь немного о регулировки устройства, устройство представляет собой два LC контура — первичный и вторичный! Для правильной работы устройства -необходимо ввести систему в резонанс, а именно в резонанс контуры LC. Фактически система вводится в резонанс автоматически, из-за широкого спектра частот электрической дуги, некоторые из которых совпадают с импедансом системы, так что нам остаётся сделать так, что бы оптимизировать дугу и выровнять частоты по мощности в ней- делается это очень просто — регулируем зазор разрядника. Регулировку разрядника нужно производить до появления наилучших результатов в виде длинны дуги. Изображение работающего устройства расположено ниже.

Итак устройство собрали и запустили- теперь оно у нас работает! Теперь мы можем производить свои наблюдения и изучать их. Хочу сразу предупредить: хоть токи высокой частоты являются безвредными для организма человека (в плане трансформатора Тесла), но световые эффекты вызванные ими могут влиять на роговицу глаза и вы рискуете получить ожог роговицы, так как спектр излучаемого света смещен в сторону ультрафиолетового излучения. Еще одна опасность, которая подстерегает при использовании трансформатора Тесла — это переизбыток озона в крови, которая может повлечь за собой головные боли, так как при работе устройство производятся большие порции этого газа, помните это! Приступим к наблюдению за работающей катушкой Тесла. Наблюдения лучше всего производить в полной темноте, так вы более всего ощутите красоту всех эффектов которые просто поразят необычностью и таинственностью. Я производил наблюдения в полной темноте, ночью и часами мог любоваться свечением, которое производило устройство, за что и поплатился на следующее утро: у меня болели глаза как после ожога от электросварки, но это мелочи, как говориться: «наука требует жертв». Как только я в первый раз включил устройство я заметил красивое явление- это светящийся фиолетовый шар который находился посередине катушки, в процессе регулировки искрового промежутка я заметил что шар смещается в верх или в низ в зависимости от длинны промежутка, единственное на данный момент моё объяснение явление импеданса во вторичной катушке, что и вызывает данный эффект. Шар состоял из множества фиолетовых микро дуг, который выходили из одной области катушки и входили в другую, образовывая при этом сферу. Так как вторичная катушка устройства не заземлена , то наблюдался интересный эффект- фиолетовые свечения по обоим концам катушки. Я решил проверить как себя ведёт устройство при замкнутой вторичной катушке и заметил еще одну интересную вещь: усиление свечения и увеличение дуги происходящей от катушки во время прикосновения к ней — эффект усиления на лицо. Повторение эксперимента Теслы, в котором светятся газоразрядные лампы в поле трансформатора. При вводе обычной энергосберегающей газоразрядной лампы в поле трансформатора -она начинает светится, яркость свечение составляет примерно 45% от полной её мощности это примерно 8 Вт, при этом потребляемая мощность всей системы составляет 6 Вт. Для заметки: вокруг работающего устройства возникает высокочастотное электрическое поле которое имеет потенциал примерно 4кВ/см.кв. Так же наблюдается интересный эффект:так называемый щеточный разряд, светящийся фиолетовый разряд в виде густой щётки с частыми иглами размером до 20мм, напоминающие пушистый хвост животного. Этот эффект вызван высокочастотными колебаниями молекул газа в поле проводника, в процессе высокочастотных колебаний происходит разрушение молекул газа и образование озона, а остаточная энергия проявляется в виде свечения в ультрафиолетовом диапазоне. Наиболее яркое проявлением эффекта щетки возникает при использовании колбы с инертным газом, в моём случае использовал колбу от газоразрядной лампы ДНАТ, в которой содержится Натрий (Na) в газообразном состоянии, при этом возникает яркий эффект щетки, который похож на горение фитиля только при очень частых образованиях искр, данный эффект очень красив. Результаты проведённой работы: Работа устройства сопровождается различными интересными и красивыми эффектами, которые в свою очередь заслуживают более тчательного изучения, известно что устройство генерирует электрическое поле высокой частоты, что является причиной образования большого количества озона, как побочный продукт ультрафиолетовое свечение. Особая конфигурация устройства даёт повод задуматься о принципах его работы, есть только догадки и теории о работе данного устройства, но объективной информации так и не было выдвинуто, так же как и не было досконального изучения данного устройства. В настоящий момент трансформатор Тесла собирается энтузиастами и используется лишь для развлечения по большей части, хотя устройство по моему мнению является ключем для понимания фундаментальной основы вселенной, которую знал и понимал Тесла. Использование трансформатора Тесла для развлечения — это все равно что забивать гвозди микроскопом… Сверх единичный эффект устройства..? возможно…, но у меня пока нет нужного оборудования для определения данного факта.

Автор статьи: Черепанов В.Г.

04.04.2014

Смотрите также:

  • Калюжин Ю.В. — Дневники охотника за «синей птицей». Часть 1 (2014)
  • Трансформатор Тесла на качере Бровина своими руками и съем энергии. Радиантная энергия. Беспроводная передача энергии
  • Бестопливный генератор Теслы (однофазный, Устройство от Dr Energie) своими руками
  • Как работает бифилярная катушка Теслы
  • Теоретические основы теслатехники. Практическое руководство по устройствам свободной энергии. Глава 5 (русский)

Оценить самоделку, мастер-класс, идею. Комментарии

Что это такое

Фактически, безтопливный электрический генератор — это вечный двигатель, для работы которого не нужны дополнительные ресурсы. Получение свободной энергии — мечта человечества, которая станет толчком для переустройства общественных отношений общества, приведёт к эволюционному скачку развития.


Эфир Тесла

Реализовать идею получения альтернативной энергии мог бы стать генератор Тесла, который черпает энергию из эфира.

Важно. Много ходят споров, существует ли эфир. По мнению Н. Тесла — это легчайший газ, из почти неуловимо малых частиц. Они движутся с невообразимой скоростью. Н. Тесла считал, что каждый вид волны работает на своей частоте и в определённой среде. Эфир — среда для почти мгновенной передачи электромагнитных волн. Его поле способно переносить на громадные расстояния электромагнитные, гравитационные волны.

Принцип действия безтопливного генератора

Эфир — источник неограниченной энергии. Электромагнитные волны пронизывает окружающую нас атмосферу. У земли низкий энергетический потенциал, у света, солнечных лучей — высокий. Если установить улавливатель между положительно заряженными частицами света и отрицательно заряженным потенциалом земли, то можно получать электрический ток. В эту цепочку нужно вставить накопитель конденсатор, к примеру, литиевую батарейку. Она будет улавливать и накапливать энергию. В момент подключения к конденсатору источника питания, произойдёт разрядка накопителя.

Основные звенья безтопливного генератора Н. Тесла состоят:

  1. Расположенного над землёй приёмника.
  2. Накопителя-конденсатора.
  3. Заземление.

Обратите внимание! Безтопливный электрогенератор базируется на получении электрического тока из эфира. Используют два разно заряженных потенциала. Земля — ресурс отрицательных электронов, световая волна, в том числе от солнца — положительных. Один из электродов заземляется, другой — выводится на экранированный экран. В качестве накопителя в цепи устанавливают конденсатор, который аккумулирует энергию.


Схема, как сделать безтопливный генератор Тесла своими руками

Подобие с качелями

Для лучшего понимания накапливания, большой разности потенциалов контуром, представьте качели, раскачивающиеся оператором. Тот же контур колебания, а человек служит первичной катушкой. Ход качели – это электрический ток во второй обмотке, а подъем – разность потенциалов.

Оператор раскачивает, передает энергию. За несколько раз они сильно разогнались и поднимаются очень высоко, они сконцентрировали в себе много энергии. Такой же эффект происходит с катушкой Тесла, наступает переизбыток энергии, случается пробивание и виден красивый стример.

Раскачивать колебания качелей нужно в соответствии с тактом. Частота резонанса – число колебаний в сек.

Длину траектории качели обуславливает коэффициент связи. Если раскачивать качели, то они быстро раскачаются, отойдут ровно на длину руки человека. Этот коэффициент единица. В нашем случае катушка Тесла с повышенным коэффициентом – тот же трансформатор.

Человек толкает качели, но не держит, то коэффициент связи малый, качели отходят еще дальше. Раскачивать их дольше, но для этого не требуется сила. Коэффициент связи больше, чем быстрее в контуре накапливается энергия. Разность потенциалов на выходе меньше.

Добротность – противоположно трению на примере качелей. Когда трение большое, то добротность маленькая. Значит, добротность и коэффициент согласовываются для наибольшей высоты качели, или наибольшего стримера. В трансформаторе второй обмотки катушки Тесла добротность – значение переменное. Два значения сложно согласовать, его подбирают в результате опытов.

Виды эффектов от катушки Тесла

  • Дуговой разряд – возникает во многих случаях. Он характерен ламповым трансформаторам. Коронный разряд является свечением воздушных ионов в электрическом поле повышенного напряжения, образует голубоватое красивое свечение вокруг элементов устройства с высоким напряжением, а также имеющим большую кривизну поверхности.
  • Спарк по-другому называют искровым разрядом. Он протекает от терминала на землю, либо на заземленный предмет, в виде пучка ярких разветвленных полосок, быстро исчезающих или меняющихся.
  • Стримеры – это тонкие слабо светящиеся разветвляющиеся каналы, содержащие ионизированные атомы газа и свободные электроны. Они не уходят в землю, а протекают в воздух. Стримером называют ионизацию воздуха, образуемую полем трансформатора высокого напряжения.

Действие катушки Тесла сопровождается треском электрического тока. Стримеры могут превращаться в искровые каналы. Это сопровождается большим увеличением тока и энергии. Канал стримера быстро расширяется, давление резко повышается, поэтому образуется ударная волна. Совокупность таких волн подобен треску искр.

Некоторые сведения о конденсаторах


Сам конденсатор лучше брать не слишком выдающейся емкости (чтобы он успевал вовремя накопить заряд) или же использовать диодный мост, предназначенный для выпрямления переменного тока. Сразу заметим, что использование моста более оправдано, так как можно применять конденсаторы практически любой емкости, но при этом придется брать специальный резистор для разрядки конструкции. Током от него бьет очень (!) сильно.
Заметим, что катушка Тесла на транзисторе нами не рассматривается. Ведь вы попросту не найдете транзисторов с нужными характеристиками.

Некоторые сведения об искровике

Искровик предназначен для возбуждения колебаний в контуре. Если его в схеме не будет, то питание пойдет, а вот резонанс — нет. Кроме того, блок питания начинает «пробивать» через первичную обмотку, что практически гарантированно приводит к короткому замыканию! Если искровик не замкнут, высоковольтные конденсаторы не могут заряжаться. Как только происходит его замыкание, в контуре начинаются колебания. Именно для предотвращения некоторых проблем используют дросселя. Когда искровик замыкается, дроссель предотвращает утечку тока от блока питания, а уж потом, когда контур будет разомкнут, начинается ускоренная зарядка конденсаторов.

Схема трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла

Трансформатор Тесла (принцип работы аппарата рассмотрим далее) был запатентован в 1896-м году, 22 сентября. Аппарат представили как прибор, производящий электрические токи высокого потенциала и частоты. Устройство было изобретено Николой Тесла и названо его именем. Рассмотрим далее этот аппарат подробнее.

Трансформатор Тесла: принцип работы

Суть действия прибора можно объяснить на примере всем известных качелей. При их раскачивании в условиях принудительных колебаний амплитуда, которая будет максимальной, станет пропорциональной прилагаемому усилию. При раскачивании в свободном режиме максимальная амплитуда при тех же усилиях многократно возрастет. Такова суть и трансформатора Тесла. В качестве качелей в аппарате используется колебательный вторичный контур. Генератор играет роль прилагаемого усилия. При их согласованности (подталкивании в строго необходимые периоды времени) обеспечивается задающий генератор либо первичный контур (в соответствии с устройством).

Описание

Простой трансформатор Тесла включает в себя две катушки. Одна – первичная, другая – вторичная. Также резонансный трансформатор Тесла состоит из тороида (применяется не всегда), конденсатора, разрядника. Последний – прерыватель – встречается в английском варианте Spark Gap. Трансформатор Тесла также содержит «выход» – терминал.

Катушки

Первичная содержит, как правило, провод большого диаметра либо медную трубку с несколькими витками. Во вторичной катушке имеется кабель меньшего сечения. Его витков – около 1000. Первичная катушка может иметь плоскую (горизонтальную), коническую или цилиндрическую (вертикальную) форму. Здесь, в отличие от обычной трансформатора, нет ферромагнитного сердечника. За счет этого существенно снижается взаимоиндукция между катушками. Вместе с конденсатором первичный элемент формирует колебательный контур. В него включен разрядник – нелинейный элемент.

Вторичная катушка тоже формирует колебательный контур. В качестве конденсатора выступают тороидная и собственная катушечная (межвитковая) емкости. Вторичная обмотка часто покрыта слоем лака либо эпоксидной смолы. Это делается во избежание электрического пробоя.

Разрядник

Схема трансформатора Тесла включает в себя два массивных электрода. Эти элементы должны обладать устойчивостью к протеканию сквозь электрическую дугу больших токов. Обязательно наличие регулируемого зазора и хорошего охлаждения.

Терминал

В резонансный трансформатор Тесла этот элемент может быть инсталлирован в разном исполнении. Терминал может представлять собой сферу, заточенный штырь или диск. Он предназначается для получения искровых предсказуемых разрядов с большой длиной. Таким образом, два связанных колебательных контура образуют трансформатор Тесла.

Энергия из эфира – одна из целей функционирования аппарата. Изобретатель прибора стремился достичь волнового числа Z в 377 Ом. Он изготавливал катушки все большего размера. Нормальная (полноценная) работа трансформатора Тесла обеспечивается в случае, когда оба контура настроены на одну частоту. Как правило, в процессе корректировки осуществляется подстройка первичного под вторичный. Это достигается за счет изменения емкости конденсатора. Также меняется количество витков у первичной обмотки до появления на выходе максимального напряжения.

В будущем предполагается создать несложный трансформатор Тесла. Энергия из эфира будет работать на человечество в полной мере.

Действие

Трансформатор Тесла функционирует в импульсном режиме. Первая фаза – конденсаторный заряд до напряжения пробоя разрядного элемента. Вторая – генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Включенный параллельно разрядник замыкает трансформатор (источник питания), исключая его из контура. В противном случае он будет вносить определенные потери. Это, в свою очередь, снизит добротность первичного контура. Как показывает практика, такое влияние существенно уменьшает длину разряда. В связи с этим в построенной грамотно схеме разрядник всегда ставится параллельно источнику.

Заряд

Его производит внешний источник высокого напряжения на основе низкочастотного повышающего трансформатора. Конденсаторная емкость выбирается так, чтобы она составляла вместе с индуктором определенный контур. Частота его резонанса должна быть равна высоковольтному контуру.

На практике все несколько иначе. Когда осуществляется расчет трансформатора Теслы, не учитывается энергия, которая пойдет на накачку второго контура. Напряжение заряда ограничивается напряжением у пробоя разрядника. Его (если элемент воздушный) можно регулировать. Напряжение пробоя корректируется при изменении формы либо расстояния между электродами. Как правило, показатель находится в пределах 2-20 кВ. Знак напряжения не должен слишком «закорачивать» конденсатор, на котором происходит постоянная смена знака.

Генерация

После того как будет достигнуто напряжение пробоя между электродами, в разряднике формируется электрический лавинообразный пробой газа. Происходит разряжение конденсатора на катушку. После этого резко снижается напряжение пробоя в связи с оставшимися ионами в газе (носителями заряда). Вследствие этого состоящая из конденсатора и первичной катушки цепь контура колебания через разрядник остается замкнутой. В ней образуются высокочастотные колебания. Они постепенно затухают, преимущественно вследствие потерь в разряднике, а также ухода на вторичную катушку электромагнитной энергии. Тем не менее колебания продолжаются, пока током создается достаточное количество зарядных носителей для поддержания в разряднике существенно меньшего напряжения пробоя, чем амплитуда колебаний LC-контура. Во вторичной цепи появляется резонанс. Это приводит к возникновению высокого напряжения на терминале.

Модификации

Какого бы типа ни была схема трансформатора Тесла, вторичный и первичный контуры остаются неизменными. Тем не менее один из компонентов основного элемента может быть разной конструкции. В частности, речь идет о генераторе высокочастотных колебаний. Например, в модификации SGTC этот элемент выполняется на искровом промежутке.

RSG

Трансформатор Тесла высокой мощности включает в себя более сложную конструкцию разрядника. В частности, это касается модели RSG. Аббревиатура расшифровывается как Rotary Spark Gap. Ее можно перевести следующим образом: вращающийся/роторный искровой либо статический промежуток с дугогасительными (дополнительными) устройствами. В таком случае частота работы промежутка подбирается синхронно частоте конденсаторной подзарядки. Конструкция искрового роторного промежутка включает в себя двигатель (как правило, он электрический), диск (вращающийся) с электродами. Последние или замыкают, или приближаются к ответным компонентам для замыкания.

Выбор расположения контактов и скорости вращения вала основывается на необходимой частоте следования колебательных пачек. В соответствии с типом управления двигателем различают искровые роторные промежутки асинхронные и синхронные. Также применение искрового вращающегося промежутка значительно понижает вероятность образования паразитной дуги между электродами.

В некоторых случаях обычный разрядник заменяют многоступенчатым. Для охлаждения этот компонент иногда помещают в газообразные или жидкие диэлектрики (в масло, к примеру). В качестве типового приема гашения дуги статистического разрядника используется продувка электродов с помощью мощной воздушной струи. В ряде случаев трансформатор Тесла классической конструкции дополняется вторым разрядником. Задача этого элемента состоит в обеспечении защиты низковольтной (питающей) зоны от высоковольтных выбросов.

Ламповая катушка

В модификации VTTC используют электронные лампы. Они играют роль генератора колебаний ВЧ. Как правило, это достаточно мощные лампы типа ГУ-81. Но иногда можно встретить и маломощные конструкции. Одной из особенностей в данном случае является отсутствие необходимости обеспечения высокого напряжения. Чтобы получить относительно небольшие разряды, нужно порядка 300-600 В. Кроме того, VTTC почти не издает шума, который появляется, когда трансформатор Тесла функционирует на искровом промежутке. С развитием электроники появилась возможность значительно упростить и уменьшить размер прибора. Вместо конструкции на лампах стали применять трансформатор Тесла на транзисторах. Обычно используется биполярный элемент соответствующей мощности и тока.

Как сделать трансформатор Тесла

Как выше было сказано, для упрощения конструкции используется биполярный элемент. Несомненно, намного лучше применить полевой транзистор. Но с биполярным проще работать тем, кто недостаточно опытен в сборке генераторов. Обмотка катушек связи и коллектора осуществляется проводом в 0.5-0.8 миллиметров. На высоковольтной детали провод берется 0.15-0.3 мм толщиной. Делается приблизительно 1000 витков. На «горячем» конце обмотки ставится спираль. Питание можно взять с трансформатора в 10 В, 1 А. При использовании питания от 24 В и более значительно увеличивается длина коронного разряда. Для генератора можно использовать транзистор КТ805ИМ.

Применение прибора

На выходе можно получить напряжение в несколько миллионов вольт. Оно способно создавать в воздухе внушительные разряды. Последние, в свою очередь, могут обладать многометровой длиной. Эти явления очень привлекательны внешне для многих людей. Любителями трансформатор Тесла используется в декоративных целях.

Сам изобретатель применял аппарат для распространения и генерации колебаний, которые направлены на беспроводное управление приборами на расстоянии (радиоуправление), передачи данных и энергии. В начале ХХ столетия катушка Тесла стала использоваться в медицине. Больных обрабатывали высокочастотными слабыми токами. Они, протекая по тонкому поверхностному слою кожи, не вредили внутренним органам. При этом токи оказывали оздоравливающее и тонизирующее воздействие на организм. Кроме того, трансформатор используется при поджиге газоразрядных ламп и при поиске течей в вакуумных системах. Однако в наше время основным применением аппарата следует считать познавательно-эстетическое.

Эффекты

Они связаны с формированием разного рода газовых разрядов в процессе функционирования устройства. Многие люди коллекционируют трансформаторы Тесла, чтобы иметь возможность наблюдать за захватывающими эффектами. Всего аппарат производит разряды четырех видов. Зачастую можно наблюдать, как разряды не только отходят от катушки, но и направлены от заземленных предметов в ее сторону. На них также могут возникать коронные свечения. Примечательно, что некоторые химические соединения (ионные) при нанесении на терминал могут изменить цвет разряда. К примеру, натриевые ионы делают спарк оранжевым, а борные – зеленым.

Стримеры

Это тускло светящиеся разветвленные тонкие каналы. Они содержат ионизированные газовые атомы и свободные электроны, отщепленные от них. Эти разряды протекают от терминала катушки или от самых острых частей непосредственно в воздух. По своей сути стример можно считать видимой ионизацией воздуха (свечением ионов), которая создается ВВ-полем у трансформатора.

Дуговой разряд

Он образуется достаточно часто. К примеру, если у трансформатора достаточная мощность, при поднесении к терминалу заземленного предмета может образоваться дуга. В некоторых случаях требуется прикосновение предмета к выходу, а затем отведение на все большее расстояние и растягивание дуги. При недостаточной надежности и мощности катушки такой разряд может повредить компоненты.

Спарк

Этот искровой заряд отходит с острых частей или с терминала напрямую в землю (заземленный предмет). Спарк представлен в виде быстро сменяющихся или исчезающих ярких нитевидных полосок, разветвленных сильно и часто. Существует также особый тип искрового разряда. Он называется скользящим.

Коронный разряд

Это свечение ионов, содержащихся в воздухе. Оно происходит в высоконапряженном электрическом поле. В результате создается голубоватое, приятное для глаза свечение около ВВ-компонентов конструкции со значительной кривизной поверхности.

Особенности

В процессе функционирования трансформатора можно услышать характерный электрический треск. Это явление обусловлено процессом, в ходе которого стримеры превращаются в искровые каналы. Он сопровождается резким увеличением количества энергии и силы тока. Происходит быстрое расширение каждого канала и скачкообразное повышение давления в них. В итоге на границах образуются ударные волны. Их совокупность от расширяющихся каналов формирует звук, который воспринимается как треск.

Воздействие на человека

Как и другой источник такого высокого напряжения, катушка Тесла может быть смертельно опасной. Но существует иное мнение, касающееся некоторых типов аппарата. Поскольку у высокочастотного высокого напряжения есть скин-эффект, а ток существенно отстает от напряжения по фазе и сила тока очень мала, несмотря на потенциал, разряд в человеческое тело не может спровоцировать ни остановку сердца, ни прочие серьезные нарушения в организме.

Трансформатор Тесла — это… Что такое Трансформатор Тесла?

Разряды с провода на терминале

Трансформа́тор Те́сла, также катушка Тесла[1] (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Теслой и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».[2]

Суть

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных, резонансных колебаний, то при усилиях равных с принудительными колебаниями, максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).

Описание простейшей конструкции

Схема простейшего трансформатора Тесла

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Функционирование

Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник включенный параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определенные потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме трансформатора Тесла разрядник всегда ставится параллельно источнику питания.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса равной ВВ контуру. Однако емкость будет отличаться от расчетной т.к. часть энергии тратится на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2-20 киловольт. Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он не должен сильно «закорачивать» конденсатор на котором напряжение постоянно меняет знак — Колебательный контур

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, и продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Модификации трансформаторов Тесла

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

На данный момент существуют:

SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — классическая катушка Тесла — генератор колебаний выполнен на искровом промежутке (разряднике).

Для мощных трансформаторов Тесла наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.
Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В этом случае часто работы промежутка целесообразно выбирать синхроннно частоте подзарядки конденсатора и схема в этом случае ближе к картинке, а не тому как она здесь описана. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) — почти то же что и SGTC, только здесь отсутствует разрядник, а для накачки первичного контура используется генератор на полупроводниковых ключах — IGBT транзисторах или тиристорах. Более продвинутый вариант КТ.

VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) (рус. ЛКТ) — ламповая катушка Тесла. В ней в качестве генератора ВЧ колебаний используются электронные лампы. Обычно это мощные генераторные лампы, такие как ГУ-81, однако встречаются и маломощные конструкции. Одна из особенностей — отсутствие необходимости в высоком напряжении. Для получения сравнительно небольших разрядов достаточно 300-600 Вольт. Также VTTC практически не издает шума, появляющегося при работе катушки Тесла на искровом промежутке.

SSTC (Solid State Tesla Coil) — генератор выполнен на полупроводниках. Самая сложная из всех конструкций. Она включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFET транзисторы). Однако данный вид катушек Тесла является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промодулировать звуковым сигналом, например музыкой — звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудиомодуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам можно отнести те же низкое питающее напряжение и отсутствие шума при работе.

В аббревиатурах названий катушек Тесла, питаемых постоянным током, часто присутствуют буквы DC, например DCSGTC.

В отдельную категорию также относят магниферные катушки Тесла.

Использование трансформатора Тесла

Разряд трансформатора Тесла Разряд с конца провода

Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в частоте минимальной электрической прочности воздуха способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Тесла используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине.[3][4] Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект, Дарсонвализация), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Неверно считать, что трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Катушка зажигания в ДВС является вариантом трансформатора Тесла. Также, он изготавливается многими любителями высоковольтной техники ради сопровождающих её работу эффектов.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Тесла

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Тесла ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Тесла производит 4 вида разрядов:

  1. Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
  2. Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
  3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
  4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Тесла. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что некоторые ионные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, ионы натрия меняют обычный окрас спарка на оранжевый, а бора — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющейся в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Тесла

Нейтральность этого раздела статьи поставлена под сомнение.

На странице обсуждения должны быть подробности.

Многие люди считают, что катушки Тесла — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Тесла может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи, в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Тесла» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов (хотя в передаче энергии «виновато» высокочастотное поле индуктора).

Однако следует подчеркнуть, что в многочисленной практике ни один из перечисленных эффектов не наблюдается. Хотя передача энергии без проводов имеет место, КПД подобного способа транспортировки энергии крайне низок, как и сравнительно мало максимальное расстояние между передающей катушкой и приемной, на котором передача энергии более-менее эффективна (см. Беспроводная передача электричества).

Также стоит отметить, что катушка Тесла — это обыкновенный резонансный трансформатор. Его принцип работы легко описывается и рассчитывается по классическим формулам, а результат работы на практике всегда предсказуем.

Влияние на организм человека

Так как напряжение на выходе данного трансформатора является переменным высокочастотным, а ток чрезвычайно мал, то несмотря на потенциал в миллионы вольт, разряд в тело человека не может[источник не указан 121 день] вызвать остановку сердца или другие серьёзные повреждения организма, не совместимые с жизнью. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — порядка 25 кВ — являются смертельно опасными, так как имеют не совместимые с жизнью значения тока на выходе. [источник не указан 121 день]

Существует также мнение относительно опасности электромагнитного поля катушки Тесла, которое сформировалось благодаря впечатлениям от внушительных разрядов в воздухе. Однако, это утверждение не является верным, так как мощности электромагнитного поля трансформатора Тесла хватает лишь на поддержание работы устройства (воздушный резонанс трансформатор), поэтому его величина и мощность не способны причинить никакого мгновенного вреда человеческому организму[источник не указан 121 день].

Трансформатор Тесла в культуре

В фильмах

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Тесла. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Тесла многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Тесла».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесла за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Тесла, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В фильме «Ученик чародея» в одном из эпизодов демонстрируется музыкальное свойство катушек. Этот эффект достигается уменьшением и увеличением частоты.

В японском фильме «Легенда о маске» также присутствует Транформатор Тесла.

В фильме Три икса (xXx) в цитадели преступной организации, ночном клубе используют огромные трансформаторы Тесла, дающие внушительные разряды по всёму помещению, с декоративной целью.

В фильме «Склад 13» главные герои используют трансформатор в виде оружия.

В фильме «Звуки шума» один из барабанщиков пробует играть на только что сделанной барабанной установке которая выдает электрические дуги в такт ударам по ней

В компьютерных играх

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом (катушка Теслы), которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Ещё в игре присутствуют танки (танк Теслы) и пехотинцы (солдат Теслы), использующие эту технологию.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Тесла для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в «Half-Life 2»). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В модификации Half-Life 2 Dystopia также существует оружие «Tesla Gun», способное создавать разряды и в режиме альтернативной стрельбы — шаровые молнии. Состоит из цевья и металлического шара вместо дула, внешне похожего на сферическую астролябию.

В игре Fallout присутствует броня Тесла, также она есть и в игре Arcanum, также в загружаемом дополнении «Broken Steel» для игры «Fallout 3» присутствует пушка Тесла и сама катушка Тесла. В игре Fallout New Vegas это оружие можно приобрести в некоторых магазинах, например у Ван Графов или у оружейников.

В игре Arcanum (жанр RPG) существуют соответствующие запчасти (Tesla coil и т.п.) и виды вооружения (Tesla rod, Tesla gun и т.п.), различные электрические щиты и т.п. Они имеют свойство наносить особый тип повреждений — electric damage.

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре Вивисектор присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

В игре Xenus: Точка кипения при прохождении последних заданий, в одной из комнат стоит огромная катушка Тесла.

В игре Minecraft с дополнением (модом) industrial craft можно смастерить катушку Теслы, которая вызывает смерть существам, находящимся в радиусе 4 блока от катушки.

В музыкальном искусстве

Американская группа ARC ATTACK использует трансформаторы Тесла в качестве источника звуков. То есть разряд, создаваемый трансформатором, может звучать, «петь».

Российская команда Tesla-FX утверждает, что впервые[5][нет в источнике] сыграла гимн России [6] на созданной ими музыкальном трансформаторе Тесла.

Волгоградская группа музыкантов Tesla Music Band так же играет [7] музыку с помощью музыкальных трансформаторов Тесла. Эта музыка даёт рождение новому жанру в искусстве. Жанру музыки Тесла.

Для записи песни «Thunderbolt» с альбома Biophilia певица Бьорк также использовала катушку Теслы для создания звуков, имитирующих разряды молний.[8]

В репертуаре тульской группы With No Human Exist имеется песня «Tesla».

В шоу-бизнесе

Трансформатор Тесла может применяться для создания спецэффектов в различных шоу. Шоу Full-Moon-Party с использованием двух трансформаторов Тесла прошло в ночь с 13 на 14 августа 2011 года в Москве в клубе Arena-Moscow[9], [10]. Первое[источник не указан 348 дней] в России шоу [11] с трансформаторами Тесла состоялось 21 мая 2011 г. на презентации нового Феррари FF в подмосковной Барвихе.

См. также

Примечания

Ссылки

КАТУШКА ТЕСЛА

   Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек без общего сердечника, а также разрядника, конденсатора и тороида. Принцип его работы таков: Конденсатор заряжается от высоковольтного источника питания, затем разряжается через искровой промежуток на первичную катушку. Таким образом, на вторичную катушку передается часть энергии, и возникают резонансные колебания, что приводит к возникновению на выходе высокого напряжения. 


   Разряды с тороида могут достигать длины в несколько метров, но расстояние пробоя зависит от мощности и напряжения первичного контура. В нынешнее время катушки Тесла приобрели популярность благодаря создаваемым эффектам и используются как декоративное изделие. Сегодня существует множество модификаций, которые в отличие от оригинальной конструкции Николы Тесла имеют меньшие размеры, низкий уровень шума и более высокую управляемость.  


   Катушка Тесла – одна из тех вещей, которые наиболее привлекают с сборке и экспериментам из-за своих уникальных свойств. При запуске устройства, может чувствоваться запах озона. Это и наводит на мысль использовать трансформатор Тесла в качестве озонатора воздуха. Кстати искра не только озонирует воздух, но и обеззараживает его. Поэтому применение устройство может найти в больницах, а так же на различных предприятиях. Единственный недостаток – высокочастотное электромагнитное излучение, которое может влиять на работу некоторых приборов.


   Теперь перейдём к предлагаемой для сборки схеме катушки Тесла: 


   Она представляет собой обычнный LC генератор, максимальный стример был с нее 35см.


   Детали: так как тансформатор от микро волновки не нашол, а он был-бы наиболее предпочтительным для схемы, то пришлось тащить сработы целый бп от трансляционого передатчика на гу-33б чтоб извлечь анодный трансформатор ТА282-127/220-50. На схеме он обозначен Tr1.


   Накальный трансформатор типа тн-46-127/220-50, на схеме Tr2, был взят от туда-же.


   Мощный резистор второй сетки лампы — батарея последовательно соединеных керамических 10-ти ваттных ПЕВ на общее сопротивление 13к. Конденсаторы высоковольтные, на максимальное напряжение в 1,5 раза выше, чем питание анода. Видео работы катушки тесла прилагается на форуме. Автор — bvz.

   Форум по обсуждению материала КАТУШКА ТЕСЛА

что это, для чего она нужна и как создать ее своими руками в домашних условиях. Небольшая катушка тесла своими руками

Многие из нас восхищаются гением Николы Тесла, который еще в 19 веке сделал такие открытия, что до сих пор не всё его научное наследие исследовано и понято. Одно из его изобретений получило название катушка Тесла или трансформатор Тесла. Подробнее про неё можно прочитать . А здесь мы рассмотрим, как изготовить простую катушку Тесла в домашних условиях.

Что нужно для изготовления катушки Тесла?

Чтобы изготовить катушку Тесла дома, за своим рабочим столом или даже на кухне, нам сначала необходимо запастись всем необходимым.
Итак, предварительно мы должны найти или приобрести следующее.
Из инструментов нам потребуется:

  • Паяльник
  • Клеевой пистолет
  • Дрель с тонким сверлом
  • Ножовка
  • Ножницы
  • Изолента
  • Маркер

Для сбора самой катушки Тесла необходимо подготовить следующее:

  • Кусок толстой полипропиленовой трубы диаметром 20 мм.
  • Медная проволока диаметром 0,08-0.3 мм.
  • Кусок толстого провода
  • Транзистор типа КТ31117Б или 2N2222A (можно КТ805, КТ815, КТ817)
  • Резистор 22 кОм (можно от 20 до 60 кОм брать резисторы)
  • Источник питания (Крона)
  • Шарик для пинг-понга
  • Кусок пищевой фольги
  • Основание, на чём будет крепиться изделие — кусок доски или пластика
  • Провода для соединения нашей схемы

Подготовив все необходимое приступаем у изготовлению катушки Тесла.

Инструкция по изготовлению катушки Тесла

Самым трудоёмким процессом изготовления катушки Тесла в домашних условиях будет намотка вторичной обмотки L2. Это наиболее значимый элемент в трансформаторе Тесла. И намотка — трудоемких процесс, требующий аккуратности и внимания.

Приготовим основу. Для этого нам подойдет ПВХ труба диаметром от 2-х см.

Отметим на трубе необходимую длину — примерно от 9 до 20 см. Желательно соблюдать пропорцию 4-5:1. Т.е. если у вас труба диаметром 20 мм, то её длина составит от 8 до 10 см.

Затем отпилим ножовкой по оставленной маркером метке. Срез должен быть ровным и перпендикулярным к трубе, т. к. мы затем будем приклеивать эту трубу к доске, а сверху будет приклеен шарик.

Торец трубы надо зашкурить наждачной бумагой с обеих сторон. Необходимо убрать стружку, оставшуюся от отпиливания куска трубы, а также выровнять поверхность для приклеивания её к основе.

С двух концов трубы надо просверлить по одному отверстию. Диаметр этих отверстий должен быть такой, чтобы проволока, которую мы будем использовать при намотке, свободно прошла туда. Т.е. это должны быть маленькие отверстия. Если у вас нет такого тонкого сверла, то можно пропаять трубу, используя тонкий гвоздик, нагревая его на плите.

Пропускаем конец проволоки для намотки в трубу.

Фиксируем этот конец провода с помощью клеевого пистолета. Фиксацию производим с внутренней сторона трубы.

Начинаем намотку проволоки. Для этого можно использовать медную проволоку с изоляцией диаметром от 0,08 до 0,3 мм. Намотка должна быть плотной, аккуратной. Не допускайте перехлёстов. Количество витков от 300 до 1000, в зависимости от вашей трубы и диаметра проволоки. В нашем варианте применяется проволока 0,08 мм. диаметром и 300 витков намотки.

После того, как намотка закончена, обрежьте проволоку, оставив кусок сантиметров 10.

Проденьте проволоку в отверстие и закрепите с внутренней стороны с помощью капельки клея.

Теперь надо приклеить изготовленную катушку к основе. В качестве основы можно взять небольшую доску или кусок пластика размером 15-20 см. Для приклеивания катушки надо аккуратно намазать её торец.

Затем присоединяем вторичную обмотку катушки на свое место на основе.

Затем к основе приклеиваем транзистор, выключатель и резистор. Таким образом все элементы фиксируем на доске.

Делаем катушку L1. Для этого нам потребуется толстая проволока. Диаметр — от 1 мм. и больше, в зависимости от вашей катушки. В нашем случае толщины в 1 мм. проволоки будет достаточно. Берем остаток трубы и наматываем на него 3 витка толстой проволоки в изоляции.

Потом надеваем катушку L1 на L2.

Собираем все элементы катушки Тесла по по этой схеме.


Схема простой катушки Тесла

Все элементы и провода крепим к основе с помощью клеевого пистолета. Батарейку «Крона» также приклеиваем, чтобы ничего не болталось.

Теперь нам предстоит изготовить последний элемент трансформатора Тесла — излучатель. Его можно сделать из теннисного шарика, обернутого пищевой фольгой. Для этого берем кусок фольги и просто оборачиваем в неё шарик. Обрезаем лишнее, чтобы шарик был ровно завернут в фольгу и ничего не торчало.

Присоединяем шарик в фольге к верхнему проводу катушки L2, просовывая провод внутрь фольги. Закрепляем место присоединения кусочком изоленты и приклеиваем шарик к верхушке L2.

Вот и всё! Мы изготовили катушку Тесла своими руками! Так выглядит это устройство.

Теперь осталось только проверить работоспособность изготовленного нами трансформатора Тесла. Для этого надо включить устройство, взять в руки люминесцентную лампу и поднести к катушке. Мы должны увидеть, как загорается и горит поднесенная лампа прямо в руках!

Это означает, что всё получилось и всё работает! Вы стали обладателем собственноручно изготовленной катушки Тесла. Если вдруг возникли проблемы, то проверьте напряжение на батарейке. Часто, если батарейка долго где-то лежала, она уже не работает как положено.
Но надеемся, что у вас все получилось! Можно попробовать менять количества витков на вторичной обмотки катушки L2, а также и количество витков и толщину провода на катушке L1. Источник питания может также быть различным от 6 до 15 В. для таких небольших катушкек. Пробуйте, экспериментируйте! И у вас всё получится!

В начале ХХ века электротехника развивалась бешеными темпами. Промышленность и быт получили такое количество электрических технических инноваций, что этого им хватило для дальнейшего развития еще на двести лет вперед. И если постараться выяснить, кому мы обязаны таким революционным рывком в области приручения электрической энергии, то учебники физики назовут десяток имен, безусловно, повлиявших на ход эволюции. Но ни один из учебников не может толком объяснить, почему до сих пор умалчиваются достижения Николы Теслы и кем был на самом деле этот загадочный человек.

Кто вы, мистер Тесла?

Тесла — это новая цивилизация. Ученый был невыгоден правящей элите, невыгоден и сейчас. Он настолько опередил свое время, что до сих пор его изобретения и эксперименты не всегда находят объяснение с точки зрения современнейшей науки. Он заставлял светиться ночное небо над всем Нью-Йорком, над Атлантическим океаном и над Антарктидой, он превращал ночь в белый день, в это время волосы и кончики пальцев у прохожих светились необычным плазменным светом, из-под копыт лошадей высекались метровые искры.

Теслу боялись, он мог запросто поставить крест на монополии по продаже энергии, а если бы захотел, то мог бы сдвинуть с трона всех Рокфеллеров и Ротшильдов вместе взятых. Но он упрямо продолжал эксперименты, до тех пор, пока не погиб при таинственных обстоятельствах, а его архивы были выкрадены и местонахождение их до сих пор неизвестно.

Принцип действия аппарата

О гении Николы Тесла современные ученые могут судить только по десятку изобретений, не попавших под масонскую инквизицию. Если вдуматься в суть его экспериментов, то можно только представить, какой массой энергии мог запросто управлять этот человек. Все современные электростанции вместе взятые не способны выдать такой электрический потенциал, которым владел один единственный ученый, имея в распоряжении самые примитивные устройства, одно из которых мы соберем сегодня.

Трансформатор Тесла своими руками простейшая схема и ошеломляющий эффект от его применения, только даст понятие о том, какими методиками манипулировал ученый и, если честно, в очередной раз поставит в тупик современную науку. С точки зрения электротехники в нашем примитивном понимании, трансформатор Теслы — это первичная и вторичная обмотка, простейшая схема, которая обеспечивает питание первички на резонансной частоте вторичной обмотки, но выходное напряжение возрастает в сотни раз. В это сложно поверить, но каждый может убедиться в этом сам.

Аппарат для получения токов высокой частоты и высокого потенциала был запатентован Теслой в 1896 году. Устройство выглядит невероятно просто и состоит из:

  • первичной катушки, выполненной из провода сечением не менее 6 мм², около 5-7 витков;
  • вторичной катушки, намотанной на диэлектрик, это провод диаметром до 0,3 мм, 700-1000 витков;
  • разрядника;
  • конденсатора;
  • излучателя искрового свечения.

Главное отличие трансформатора Теслы от всех остальных приборов — в нем не применяются ферросплавы в качестве сердечника, а мощность прибора, независимо от мощности источника питания, ограничена только электрической прочностью воздуха. Суть и принцип действия прибора в создании колебательного контура, который может реализовываться несколькими методами:


Мы же соберем прибор для получения энергии эфира самым простым способом — на полупроводниковых транзисторах. Для этого нам будет необходимо запастись простейшим комплектом материалов и инструментов:


Схемы трансформатора Тесла

Устройство собирается по одной из прилагаемых схем, номиналы могут меняться, поскольку от них зависит эффективность работы устройства. Сперва наматывается около тысячи витков эмалированного тонкого провода на пластиковый сердечник, получаем вторичную обмотку. Витки лакируются или покрываются скотчем. Количество витков первичной обмотки подбирается опытным путем, но в среднем, это 5-7 витков. Далее устройство подключается согласно схеме.

Для получения эффектных разрядов достаточно поэкспериментировать с формой терминала, излучателя искрового свечения, а о том, что устройство при включении уже работает, можно судить по светящимся неоновым лампам, находящихся в радиусе полуметра от прибора, по самостоятельно включающихся радиолампах и, конечно, по плазменным вспышкам и молниям на конце излучателя.

Игрушка? Ничего подобного. По этому принципу Тесла собирался построить глобальную систему беспроводной передачи энергии, использующую энергию эфира. Для реализации такой схемы необходимо два мощных трансформатора, установленных в разных концах Земли, работающих с одинаковой резонансной частотой.

В этом случае полностью отпадает необходимость в медных проводах, электростанциях, счетах об оплате услуг монопольных поставщиков электроэнергии, поскольку любой человек в любой точке планеты мог бы пользоваться электричеством совершенно беспрепятственно и бесплатно. Естественно, что такая система не окупится никогда, поскольку платить за электричество не нужно. А раз так, то и инвесторы не спешат становиться в очередь на реализацию патента Николы Теслы № 645 576.

Никола Тесла по истине гениальный изобретатель всех времен. Он практически создал весь современный мир. Без его изобретений мы бы долго не знали о электрическом токе того, что знаем сейчас.
Одним из ярких и удивительных изобретений Тесла является его катушка или трансформатор. Который как нельзя лучше демонстрирует передачу энергии на расстоянии.
Чтобы провести эксперименты, порадовать и удивить друзей, вы дома можете собрать простой, но вполне работающий прототип. Для этого не понадобиться большое количество дефицитных деталей и много времени.

Для изготовления Катушки Тесла вам понадобиться:

  • Банка от CD дисков.
  • Кусок полипропиленовой трубки.
  • Переключатель.
  • Транзистор 2n2222 (можно отечественные типа кт815, кт817, кт805 и т.п.).
  • Резистор 20-60 КОм.
  • Провода.
  • Проволока 0,08-0,3 мм.
  • Батарейка 9 В или другой источник 6-15В.

Инструменты: нож канцелярский, пистолет с горячим клеем, шило, ножницы и может другой инструмент, который есть почти в каждом доме.

Изготовление катушки Тесла своими руками

Первым делом нам необходимо отрезать кусок полипропиленовой трубки длинной примерно 12-20 сантиметров. Диаметр трубы любой, берите какой есть под рукой.


Возьмем тонкую проволоку. Зафиксируем изолентой один конец и начинаем наматывать плотно, виток к витку, пока не закроем всю трубку, оставив 1 сантиметров от края. Как намотаем зафиксируем второй конец проволоки тоже изолентой. Можно горячим клеем, но в этом случае придется немного подождать.


Берем футляр от дисков и делаем три отверстия под проволоку. Смотрите фото.


Вырезаем паз под выключатель с помощью которого будем включать и выключать нашу катушку Тесла.


Чтобы смотрелось получше я покрасил коробку аэрозольной краской.


Вставляем переключатель. Приклеиваем катушку, намотанную на трубке, горячим клеем в середину банки.


Нижний конец проволоки пропускаем через отверстие.


Берем провод потолще. Из него сделаем силовую катушку.


Обматываем вокруг трубки с проволокой. Делаем не вплотную, на некотором расстоянии. Катушка 4-5 витком.


Оба конца, получившейся катушки, пропускаем в отверстия.
Далее собираем схему:


Транзистор я приклеил на горячий глей к крышке от газировки, которую предварительно приклеил так же на горячий клей. Да вообще все элементы, включая провода и батарейку фиксируем этим клеем.


Далее делаем электрод. Берем мячик от пинг-понга, гольфа или другой небольшой шарик и оборачиваем его алюминиевой фольгой. Излишки отрезаем ножницами.

Для того, чтобы самостоятельно создать генератор Тесла, необходимо иметь такие детали:

  • конденсатор;
  • разрядник;
  • первичная катушка, которая должна иметь низкую индуктивность;
  • вторичная катушка, должна иметь высокую индуктивность;
  • конденсатор вторичный, должен иметь небольшую емкость;
  • проволока разных диаметров;
  • несколько трубок из пластика или картона;
  • обычная шариковая ручка;
  • фольга;
  • металлическое кольцо;
  • штырь, чтобы заземлить прибор;
  • металлический штырь, чтобы ловить заряд;

Пошаговая инструкция по сборке


Для того, чтобы изобретение работало исправно и не представляло угрозы, нужно тщательно додерживаться всех инструкций и быть очень осторожным.

Тщательно следуйте руководству, и проблем не возникнет:

  1. Выбрать подходящий трансформатор. Он определяет размер катушки, которую вы сможете сделать. Вам нужен такой, чтобы мог выдавать как минимум 5-15 Вт, и ток 30-100 миллиампер.
  2. Первый конденсатор. Его можно создать с помощью более мелких конденсаторов, скреплённых наподобие цепи. Они будут равномерно накапливать энергию в вашем первичном контуре. Но для этого они должны быть одинаковыми. Конденсатор можно снять с нерабочего телевизора, купить в магазине или сделать самостоятельно с помощью обычной пленки и фольги из алюминия. Чтобы ваш конденсатор был максимально мощным, он должен заряжаться постоянно. Заряд должен подаваться каждую секунду по 120 раз.
  3. Разрядник. Для одиночного разрядника можно взять провод, толщина которого больше 6 миллиметров. Это нужно, чтобы электроды смогли выдержать тепло, которое будет выделяться. Электроды можно охлаждать с помощью потока холодного воздуха, использовав фен, пылесос, кондиционер.
  4. Обмотка первой катушки. Вам нужна специальная форма, вокруг которой нужно намотать медную проволоку. Ее можно взять из старого ненужного электрического прибора или купить новую в магазине. Форма, на которую будет наматываться проволока должна быть либо в форме цилиндра или конуса. От длины проволоки напрямую зависит индуктивность катушки. А первичная, как уже написано выше, должна быть с низкой индукцией. Витков должно быть немного, и проволока может быть и не цельной, иногда используют куски, скрепляя их.
  5. Уже можно собрать созданные приборы в одно целое , присоединив их один к другому, как звенья в цепи. Если все сделано правильно, то они должны создать первичный колебательный контур, который будут передавать электроды.
  6. Вторичная катушка. Создается также, как и первая, на форму наматывается проволока, витков должно быть больше. Ведь вторая катушка нужна намного больше и выше, чем первая. Она не должна создавать вторичный контур, наличие которого может привести к сгоранию первичной катушки. Не забывайте о том, что эти катушки должны быть одинаковой частоты, чтобы исправно работать и не сгореть во время включения прибора.
  7. Другой конденсатор. Его форма может быть как круглой, так и сферической. Делается также, как и для первичной катушки.
  8. Соединение. Для создания вторичного контура нужно соединить оставшиеся катушку и конденсатор в одно целое. Но, необходимо заземлить контур, чтобы не нанести вред приборам, которые подключены в сеть. Заземлять нужно как можно дальше от проводки, которая размещена по всему дому. Заземлить очень просто – нужно воткнуть штырь в землю.
  9. Дроссель. Необходимо сделать дроссель, чтобы не поломать разрядником всю электросеть. Создать просто – плотно намотать проволоку на шариковую ручку.
  10. Собрать все вместе:
    • первичную и вторичную катушки;
    • трансформатор;
    • дроссели;
  11. Нужно разместить обе катушки рядом и присоединить к ним трансформатор с помощью дросселей. Если вторая катушка получилась больше первой, то первую можно разместить внутри.

Прибор начнет работать после подключения трансформатора.

Устройство


схема простейшего трансформатора Тесла

Данный прибор состоит из нескольких деталей:

  • 2 разных катушек: первичная и вторичная;
  • разрядника;
  • конденсатора;
  • тороида;
  • терминала;

Также, в состав первичной входят провод, диаметр которого больше 6 миллиметров и медная трубка. Чаще всего, она создается именно горизонтальной, но бывает еще вертикальной и в форме конуса. Для другой катушки используют намного больше провода, диаметр которого меньше, чем у первой.

Для создания трансформатора Тесла, не используют ферромагнитного сердечника, и таким образом, уменьшают индукцию между первичной и вторичной катушками. Если использовать ферромагнитный сердечник, то взаимоиндукция будет намного сильнее. А это не подходит для создания и нормального функционирования прибора Тесла.

Колебательный контур образуется благодаря первой катушке и подключенному к ней конденсатору. Также, в него входит и один нелинейный элемент, а именно – обычный газовый разрядник.

Вторичная образует такой же контур, но вместо конденсата используется емкость тороида, и сам межвитковой промежуток в катушке. Кроме того, такая катушка, чтобы не допустить электрический пробой, покрывается специальной защитой – эпоксидной смолой.

Терминал обычно используется в виде диска, но он может быть сделан и в виде сферы . Он необходим, чтобы получить длинные разряды из искр.

В этом приборе используются 2 колебательных контура, что и отличает это изобретение от всех остальных трансформаторов, которые состоят только из одного. Для того, чтобы данный трансформатор работал исправно, эти контуры должны иметь одну и ту же частоту.

Принцип работы


Катушки, которые вы создали, имеют колебательный контур. Если к первой катушке подвести напряжение, то она создаст собственное магнитное поле. С его помощью передается энергия от одной катушки к другой.

Вторичная катушка создает вместе с емкостью такой же контур, который способен накапливать энергию, которую передала первичная. Все работает по простой схеме – чем больше энергии способна передать первая катушка, а вторая – накопить, то тем больше будет напряжение. И результат будет более зрелищный.

Как говорилось выше, чтобы прибор начал работать, его необходимо подключить к питающему трансформатору. Для того, чтобы направить разряды, которые выдает генератор Тесла, нужно рядом разместить металлический предмет. Но делать это так, чтобы они не соприкасались. Если рядом положить лампочку, то она будет светиться. Но только в том случае, если напряжения будет достаточно.

Чтобы сделать самостоятельно изобретение Тесла, нужно делать математические расчеты, поэтому нужно иметь опыт. Или же найти инженера, который поможет правильно вывести формулы.

  1. Если опыта нет , то лучше не начинайте работу самостоятельно. Помочь вам сможет инженер.
  2. Будьте очень аккуратны , ведь разряды, которые выдает генератор Тесла, могут обжечь.
  3. Такое изобретение способно вывести из строя все подключенные устройства, перед включением будет лучше убрать их подальше.
  4. Все металлические предметы , которые находятся недалеко от включенного устройства, могут обжигать.

Никола Тесла, является катушка или резонансный трансформатор, способный выдавать высокое напряжение с высокой частотой. Для того, чтобы представлять работу этого устройства, необходимо знать принцип работы катушки Тесла.

Трансформатор Тесла: принцип действия

Принцип работы данного устройства сравним с действием обычных качелей. При режиме принудительного раскачивания, максимальная амплитуда находится в пропорции к прилагаемым усилиям. Если же раскачивание производится в свободном режиме, происходит еще больший рост максимальной амплитуды.

В катушке качелями является вторичный контур колебаний, а прилагаемое усилие осуществляет генератор. Они срабатывают в строго обозначенное время.

Конструкция катушки Тесла

В самом простом трансформаторе имеется две катушки — первичная и вторичная. Кроме того, в конструкцию входит разрядник, конденсатор и терминал. В конечном итоге образуются два контура колебаний, связанных между собой. Это является основным отличием катушки Тесла от обычного трансформатора.

Для того, чтобы катушка работала полноценно, оба контура колебания настраиваются на одинаковую частоту резонанса. Настройка производится путем подстройки первичного контура под вторичный, изменяя емкость конденсатора и количество витков. В результате, на выходе катушки образуется максимальное напряжение.

Для работы трансформатора Тесла используется импульсный режим. На первом этапе величина заряда конденсатора должна сравняться с напряжением, вызывающим пробой разрядника. На втором этапе колебания высокой частоты генерируются в первичном контуре. Параллельно включается разрядник, замыкающий трансформатор и убирающий его из общего контура. В противном случае, в первичном контуре могут произойти потери, которые могут повлиять на качество его работы. В нормальной схеме, разрядник, как правило, устанавливается параллельно с источником питания.

Таким образом, значение напряжения на выходе катушки Тесла может составлять несколько миллионов вольт. С помощью такого напряжения, в , достигающие значительной длины. Их внешний вид буквально завораживает, и во многих случаях трансформатор применяется в качестве декоративного изделия.

Принцип действия катушки Тесла помогает найти практическое применение этому устройству. Как правило, ему отводится познавательная и эстетическая роль. Это связано с определенными трудностями в управлении прибором и передаче полученной на расстояние.

Как работают катушки Тесла | RealClearScience

Тесла на заднем плане изучает хвастовство. (Фото: Викимедиа)

Представьте себе затворника, всю ночь истекающего потом в темной лаборатории, освещенного только потрескивающими искрами, которые вылетают из огромных машин и бросают лиловое сияние на его лицо. Это Никола Тесла, архетип безумного ученого. Его изобретения наполняют мир вокруг нас; они играют важную роль в нашей современной электросети.Это тихие, надежные, незаметные машины.

Но, пожалуй, самым известным его изобретением является катушка Тесла (см. Фото выше), устройство, которое производит красивые летающие дуги электрической энергии. Как это работает?

Принципы, лежащие в основе катушки Тесла, относительно просты. Просто имейте в виду, что электрический ток — это поток электронов, а разница в электрическом потенциале (напряжении) между двумя точками — это то, что толкает этот ток. Ток подобен воде, а напряжение — холму.Большое напряжение — это крутой холм, по которому потечет поток электронов. Небольшое напряжение похоже на почти плоскую равнину, на которой почти нет потока воды.

Мощность катушки Тесла заключается в процессе, называемом электромагнитная индукция , то есть изменяющееся магнитное поле создает электрический потенциал, который заставляет ток течь. И наоборот, протекающий электрический ток создает магнитное поле. Когда электричество протекает через намотанную катушку с проволокой, оно генерирует магнитное поле, которое заполняет область вокруг катушки по определенной схеме, показанной линиями ниже:

Фотография изменена из Национальной лаборатории Лос-Аламоса.

Аналогичным образом, если магнитное поле течет через центр свернутого в спираль провода, в проводе генерируется напряжение, которое вызывает протекание электрического тока.

Электрический потенциал («холм»), создаваемый в катушке с проволокой магнитным полем, проходящим через ее центр, увеличивается с количеством витков проволоки. Изменяющееся магнитное поле внутри катушки из 50 витков будет генерировать в десять раз больше напряжения, чем в катушке всего из пяти витков. (Однако меньший ток может фактически протекать через более высокий потенциал, чтобы сохранить энергию.)

Именно так работает обычный электрический трансформатор переменного тока, который можно найти в каждом доме. Постоянно колеблющийся электрический ток, протекающий из электросети, наматывается через серию витков вокруг железного кольца для создания магнитного поля. Железо обладает магнитной проницаемостью, поэтому магнитное поле почти полностью содержится в железе. Кольцо направляет магнитное поле (обозначено зеленым цветом ниже) вокруг и через центр противоположной катушки с проводом.

Фото: Викимедиа

Соотношение катушек на одной стороне к другой определяет изменение напряжения.Чтобы перейти от напряжения домашней стены 120 В к, скажем, 20 В для использования в адаптере питания ноутбука, на выходной стороне катушки будет в 6 раз меньше витков, чтобы снизить напряжение до одной шестой от исходного уровня.

Катушки

Тесла делают то же самое, но с гораздо более резким изменением напряжения. Во-первых, они используют предварительно изготовленный высоковольтный трансформатор с железным сердечником для перехода от настенного тока со 120 В до примерно 10 000 В. Провод с напряжением 10 000 вольт наматывается на одну очень большую (первичную) катушку с небольшим количеством витков.Вторичная катушка содержит тысячи витков тонкой проволоки. Это увеличивает напряжение от 100000 до одного миллиона вольт. Этот потенциал настолько велик, что железный сердечник обычного трансформатора не может его вместить. Вместо этого между катушками есть только воздух, что можно увидеть на катушке Тесла ниже:

Большая (первичная) катушка с несколькими витками находится внизу. Вторичная катушка с тысячами витков — это вертикально стоящий цилиндр, отделенный от нижней катушки воздухом.(Фото: Викимедиа)

Катушка Тесла требует еще одного: конденсатора, который накапливает заряд и запускает его одной огромной искрой. Схема катушки содержит конденсатор и небольшое отверстие, называемое искровым разрядником. Когда катушка включена, электричество течет по цепи и наполняет конденсатор электронами, как батарея. Этот заряд создает в цепи собственный электрический потенциал, который пытается перекрыть искровой промежуток. Это может произойти только тогда, когда в конденсаторе накоплен очень большой заряд.

В конце концов, накопилось столько заряда, что нарушается электрическая нейтральность воздуха в середине искрового промежутка. Цепь замыкается на мгновение, и огромное количество тока вырывается из конденсатора и проходит через катушки. Это создает очень сильное магнитное поле в первичной катушке.

Катушка вторичного провода использует электромагнитную индукцию для преобразования этого магнитного поля в электрический потенциал, настолько высокий, что он может легко разорвать молекулы воздуха на его концах и толкнуть их электроны в диких дугах, производя огромные пурпурные искры.Купол в верхней части устройства заставляет вторичную катушку проводов более полно получать энергию от первой катушки. С помощью некоторых тщательных математических расчетов количество передаваемой электроэнергии может быть увеличено до максимума.

Летящие синие стримеры электронов стекают с катушки через горячий воздух в поисках проводящего места для приземления. Они нагревают воздух и превращают его в плазму светящихся ионных нитей, прежде чем рассеяться в воздухе или попасть в ближайший проводник.

Создается потрясающее световое шоу, а также громкое жужжание и потрескивание, которые можно использовать для воспроизведения музыки.Электрическое зрелище настолько ошеломляет, что Тесла, как известно, использовал свое устройство, чтобы напугать и заворожить посетителей своей лаборатории.

Тесла, возможно, не изобрел луч смерти или бесплатную бесконечную силу, но он разработал простую, но блестящую машину, чтобы продемонстрировать чистую мощь и красоту электричества.

Как работал Никола Тесла | HowStuffWorks

Эдисон подписал абонентов на электроэнергию для своей системы постоянного тока, проложив провода вдоль улиц Нью-Йорка и подключив их дома.Но Джордж Вестингауз уже работал над конкурирующей системой кондиционирования воздуха. Он увидел, что изобретения Теслы могут дать ему большое преимущество перед Эдисоном.

Tesla понимала, что переменный ток является более эффективным способом управления двигателями и освещением. Что еще более важно, переменный ток можно «усилить» с помощью катушек проводов. Посредством индукции низкое напряжение в одной катушке преобразовывалось в высокое напряжение в другой. Ток высокого напряжения может более эффективно проходить по проводам, а затем снижаться для использования в домашних условиях. Схемы Теслы были предшественниками трансформаторов, которые мы обычно видим на электрических столбах.Постоянный ток не может быть увеличен. Чтобы передать его на расстояние более нескольких миль, требовались все более толстые провода.

AC был известен до того, как Тесла начал свою работу. Но изобретатель разработал интегрированную систему генераторов, линий передачи, двигателей, освещения и других схем, которые сделали переменный ток реальной альтернативой постоянному току. В 1887 году Тесла подал на семь патентов, связанных с его изобретениями переменного тока. Они были награждены без успешного оспаривания. Westinghouse купил права на них в 1888 году.

DC еще не умер.Вестингауз и Эдисон погрузились в так называемую «Войну течений». Идя в наступление, Эдисон заявил, что кондиционер слишком опасен для использования публикой. Его точка зрения была подтверждена, когда знакомый Эдисона по имени Гарольд Браун договорился о том, чтобы генератор переменного тока Westinghouse обеспечивал током для казни осужденного преступника в 1890 году [источник: PBS].

Но Westinghouse, вооружившись патентами Tesla, смогла показать, что переменный ток — гораздо более эффективная альтернатива.Решающая битва в Войне течений произошла на колоссальной Колумбийской выставке в Чикаго 1893–1994 годов. Компания Westinghouse могла поставлять электроэнергию по гораздо меньшей цене, чем Эдисон. Он выиграл контракт и провел ярмарку по системе Tesla. Когда экспозиция открылась, загорелись тысячи ярких ламп, поразив посетителей ярмарки. Демонстрация развеяла опасения общественности по поводу переменного тока, и переменный ток стал стандартом для энергосистем.

Победа была достигнута благодаря тому, что Тесла осуществил свою детскую мечту: создать электростанцию ​​на Ниагарском водопаде.В 1890 году инвесторы сыграли большую ставку на переменный ток и гидроэлектроэнергию — технологии, которые еще не были проверены. Долгое, напряженное ожидание закончилось в 1896 году, когда генераторы, разработанные Теслой, начали подавать энергию в систему. В конце концов, они направили электричество в Нью-Йорк, осветив Бродвей. Когда во всем мире начали строить гидроэлектростанции, наступила эра электроэнергии.

Война течений закончилась, но Никола Тесла уже перешел к еще более дальновидным изобретениям.

(PDF) Теоретическая модель катушки Тесла и ее экспериментальная проверка

Электротехника, управление и связь

________________________________________________________________________________________________ 2014/7

19

Просматривая полученные данные, можно заметить, что средняя емкость

на единицу длины C0 с увеличением частоты

увеличивается примерно на 35%, а ZC уменьшается на

примерно на 20%, хотя эти значения должны быть постоянными.

Это можно объяснить неоднородностью линии.

Для получения выходной емкости холостого хода Ciz0 и локального

характеристического импеданса в зоне отражения ZCiz необходимо

получить вместе с резонансными частотами холостого хода

и

выходных углов

Из тех же параметров для известной нагрузки

ёмкость

. Полученные результаты необходимо обработать с использованием формулы (32)

и решить систему уравнений для случая холостого хода и нагруженного

случаев.

000

000

000

000

1

1

0

) tan (

) (

) tan (

iz

000

000

000 sliz

000

000

000 sliz

Ciziz

ZCC

ZC

.(36)

Путем решения уравнения (36) характеристический импеданс в зоне отражения

21

2112) tan () tan (





sl

iziz

Ciz C

Z

. (37)

и выходная емкость холостого хода получается

) tan () tan (

) tan (

1221

12

0iziz

sl

iz C

C



.(38)

Подставляя в уравнения (37) и (38) соответственно, из

, таблица I, и

iz, из (30), получаем следующие результаты:

.

Для резонанса 3

/4 и для сферы 39,4 мм:

iz1 = –17,40,

iz2 = –41,40, ZCiz = 10,4 к, Ciz0 = 1,06 пФ.

Для резонанса 3

/4 и для сферы 65,0 мм:

iz1 = –17.40,

iz2 = –53,50, ZCiz = 11,9 k, Ciz0 = 0,93 пФ.

Для резонанса 5

/4 и для сферы 39,4 мм:

iz1 = –23,30,

iz2 = –58,20, ZCiz = 13,2 кО, Ciz0 = 0,74 пФ.

Для резонанса 5

/4 и для сферы 65,0 мм:

iz1 = –23,30,

iz2 = –73,50, ZCiz = 20,3 k, Ciz0 = 0,48 пФ.

Наблюдаются различия между расчетными результатами ZCiz и Ciz0,

, которые получены для обоих резонансов.Данные резонанса

следует считать более правильными, поскольку

увеличивают ошибки измерения для волн более высокого порядка.

XIII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Делается следующее заключение: 1) катушку Тесла

можно рассматривать как однопроводную электрическую систему; 2) Катушка Тесла представляет собой длинную линию с распределенными параметрами

, которая в качестве общего провода имеет виртуальную землю

; 3) На определенных частотах в катушке образуются электрические резонансы с

различных пространственных конфигураций; 4) Резонансные

процессы в катушке Тесла могут быть теоретически описаны с использованием традиционной теории длинной линии

; 5) Наличие резонансных сетей

в катушках Тесла подтверждено экспериментально; 6) Полученные экспериментальные результаты

соответствуют теоретически расчетным значениям

; 7) Полученные математические результаты для однопроводной линии

также могут быть применены к традиционной двухпроводной длинной линии

; 8) Параметры катушки Тесла L0, C0,

и ZC зависят от длины

координаты x; 9) Параметры базы

катушки Тесла лучше рассчитывать исходя из более низких резонансов из-за меньших ошибок измерения

.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] И. Думиньш, К. Табакс, Й. Бриедис u. c. Elektrotehnikas teorētiskie pamati.

Stacionāricesses lineārās ķēdēs, I. Dūmia redakcija. Рига: Zvaigzne

ABC, 1999. 301 lpp.

[2] М. Тилбери, Окончательное руководство по проектированию и изготовлению катушек Тесла,

McGraw-Hill, 2008. [Online]. Доступно: http://issuu.com/theresistance/

docs / -np — the-ultimate-tesla-coil-desig_20101219_062111

[3] M.Дениколай, Трансформатор Тесла для экспериментов и исследований.

http://www.saunalahti.fi/dncmrc1/lthesis.pdf

[4] Й. Войтканс, Я. Грейвулис, Elektriskās enerģijas pārvadīšanas iespējas pa

vienvada līniju. II Pasaules latviešu zinātnieku kongress. Tēžu krājums,

Rīga, 2001, 263 lpp.

[5] Й. Войтканс, Я. Грейвулис, Виенвада електропарвадес линия

экспериментас икартас технические рактуроюми. Zinātniskā konference

«Elektroenerģētika tehnoloģijas».Tēžu krājums, Kauņa, 2003.

[6] Й. Войтканс, Я. Грейвулис и А. Лочмелис, «Однопроводная линия передачи электроэнергии

», научная конференция EPE — PEMC, Рига, 2004.

[7 ] Й. Войтканс, Я. Грейвулис и А. Войтканс, «Однопроводная схема и соответствующий принцип эквивалентности схемы

и двухпроводной схемы». 7-я Международная научная конференция

«Инженерия для развития сельских районов», Елгава, 2008.

[8] J Войтканс, С. Войтканс, А.Войтканс. Патенты LV Nr. 13785 «Elektriski

vadoša ķermeņa paškapacitātes mērītājs», «Patenti un preču zīmes», 2008.

Nr. 10.

[9] И. Думиньш Elektrotehnikas teorētiskie pamati. Pārejascesses, garās

līnijas, nelineārās ķēdes., Zvaigzne ABC, Rīgā, 2006.

[10] Й. Войтканс, А. Войтканс и И. Османис, «Исследования электрических

электродных полей и тока в системе Электрод ». 8-я

Международная научная конференция «Инженерия для развития села»,

Елгава, 2009.

[11] Й. Войтканс, Я. Грейвулис. Патенты LV Nr. 13432 «Sinusoidāla sprieguma

pārvades vienvada līnija». «Patenti un preču zīmes», 2006. Nr. 6.

[12] Дж. Войтканс, Дж. Грейвулис. «Аспекты нагрузки однопроводной линии электропередачи

», Международная научная конференция «Передовые технологии производства и эффективного использования энергии

». Елгава,

2004.

[13] Й. Войтканс, Я. Грейвулис.Патенты LV Nr. 12932 «Виенвада регуляда

електропарвадес линия». «Patenti un preču zīmes», 2002. Nr. 12.

[14] Я. Войтканс, Я. Грейвулис. Патенты LV Nr. 13031 «Simetrizēta vienvada

elektropārvades līnija». «Patenti un preču zīmes», 2003. Nr. 7.

[15] Б. Б. Андерсон, Классическая катушка Тесла, 2000. [Онлайн]. Доступно:

http://www.tb3.com/tesla/tcoperation.pdf

[16] Г. Л. Джонсон, Твердотельная катушка Тесла.2001. [Интернет]. Доступно:

http://hotstreamer.deanostoybox.com/TeslaCoils/OtherPapers/GaryJohns

on / tcchap1.pdf

[17] Г. Ф. Халлер и Э. Т. Каннингем, Высокочастотная катушка Теслы. New

York, 1910.

Янис Войтканс окончил Рижский политехнический институт в 1976 году по специальности

радиоинженер. Он получил докторскую степень. ing. Кандидат электротехники в Рижском

Техническом университете, Рига, Латвия, в 2007 году.Научные интересы

связаны с электрофизикой и силовой электроникой.

В настоящее время он является старшим научным сотрудником Института промышленности

Электроника и электротехника, Рижский технический университет

Адрес: Āzenes 12, Рига, Латвия;

Эл. Почта: [email protected]v

Арнис Войтканс получил степень бакалавра и магистра. по физике в Университете

Латвия, Рига, Латвия в 2003 и 2006 годах соответственно.В настоящее время он является ведущим системным аналитиком

в отделе информационных технологий Латвийского университета.

Адрес: бульвар Аспазияс 5, Рига, Латвия;

Эл. Почта: [email protected]

— 10.1515 / ecce-2014-0018

Загружено с PubFactory 25.08.2016, 06:08:08 AM

через свободный доступ

Teslas Self Sustaining Electrical Генератор

Оливер Ничельсон

Адаптировано из материалов симпозиума столетия Теслы, 1984 г. Резюме

До открытия электрона основная теория, используемая для описания электрической активности, была теорией эфира.На рубеже этого столетия теория эфира, используемая наукой, была пережитком концепции, распространенной в западной мысли на протяжении нескольких столетий. Эта ситуация способствовала возникновению атомной теории. Это изменение научной парадигмы требует перевода терминологии 19 века на язык 20 века, чтобы понять более поздние исследования Теслы. Особый интерес представляет его увеличительный трансформатор, который, как утверждалось, вырабатывает ток без сопротивления.

Исторический эфир

Хотя наука стремится дать точные описания работы природы, эти описания меняются от исторического периода к историческому периоду.Подобно тому, как объект в одной европейской стране называется другим именем в соседней европейской стране, описания природы меняются в разные периоды истории человечества. В западной науке XIX века самый широкий взгляд на физический мир заключался в том, что все объекты каким-то образом связаны друг с другом через доматериальный эфир. Считалось, что твердые тела образовались в результате конденсации этого эфира. В этом мировоззрении атомы и электроны не существовали как научные реальности.

К концу прошлого века атомная картина мира складывалась ступенчато. Твердые тела объяснялись мельчайшими вихрями в эфире — маленькими водоворотами, образующими комки материи. Лорд Кельвин, виртуальный представитель викторианской науки, разработал модель эфирного вихря электрона, пытаясь объяснить некоторые свойства электричества. Электрон как дискретная частица не стал фактом науки до тех пор, пока Томпсон не открыл его в 1897 году.

Взгляд на природу как единое целое, образованный из эфира, изменился на современный взгляд на материю, состоящую из совокупностей отдельных частиц в 1905 году [1].В том же году Эйнштейн представил свою статью о броуновском движении, объясняющую движение частиц пыльцы по поверхности воды в терминах дискретных единиц материи. С тех пор и до сегодняшнего дня преобладала атомная точка зрения.

Это различие между описанием природы в XIX веке и представленным нами описанием затрудняет получение полного представления о работе первых исследователей электричества. Сегодня Фарадей, Максвелл и Тесла признаны ценными участниками понимания электричества, но их работа была выполнена до открытия электрона — основного носителя электрического заряда.Все эти ученые верили в физический эфир. Хотя законы индукции Фарадея по-прежнему принимаются, а уравнения Максвелла для электромагнетизма по-прежнему используются регулярно, а генераторы Теслы по-прежнему питают наши огни, физика 19-го века, которую они изучили и из которой пришла их физика, была признана с научной точки зрения ошибочной.

Любопытная ситуация, в которой можно увидеть, что Фарадей, Максвелл и Тесла оба правы в своих результатах, но ошибаются в их представлениях о физике, проистекает из неспособности перевести концепции их исторических периодов на язык нашего периода.Это отсутствие хронологического перевода, в отличие от пространственного перевода между европейскими языками, также является препятствием для понимания физики самоподдерживающихся электрических («свободная энергия») генераторов на основе взглядов XIX века.

Во второй половине XIX века, когда исследователям приходилось иметь дело с эфиром с практической инженерной точки зрения, чтобы создать свои электрические устройства, концепция эфира, возникшая в то время несколько веков назад, была размытой теорией. В то время эфир считался чем-то вроде тонкого газа, который можно было найти повсюду.Однако это не было исторически правильным взглядом на эфир.

Эфир традиционно изображался как нематериальная субстанция, способная конденсироваться в весомую материю. Газ, каким бы тонким он ни был, по-прежнему остается весомым веществом; и из-за этого не может считаться эфиром.

Чтобы выяснить, что исторически подразумевалось под концепцией эфира, можно процитировать одного раннего автора по этому вопросу. Роберт Фладд в 1659 году описал «эфирные влияния» как «гораздо более тонкие условия, чем носитель видимого света…. такие тонкие, такие подвижные, такие проницательные, такие живые, что они способны и также постоянно проникают, и что без явных препятствий или сопротивления, даже до центра или внутреннего недра земли, где они производят разные металлы . «[2]

Фладд цитирует еще более старый источник о природе эфира, труды Плотина (3 век нашей эры), где эфир описывается как такой тонкий, «что он проникает во все тела и … он не делает их ни на йоту больше для все это потому, что этот внутренний дух питает и сохраняет все тела.»[3]

Из этих более старых описаний эфира можно увидеть, что следующие атрибуты отсутствуют в концепции конца 19 века. Во-первых, эфир считался действительно нематериальным — он не делает тела «ни на йоту». Если бы эфир был газом, его добавление ко всему можно было бы измерить. Во-вторых, эфир — менее материальная субстанция, чем «проводник видимого света», то есть нечто меньшее, чем то, что сегодня известно как фотон. В-третьих, эфиру приписывают образование металлов и питание всех тел, что явно является отличным свойством, не принадлежащим газам.

Независимо от того, принимается ли реальность эфира в том виде, в каком они сформулированы этими авторами, историческим фактом является то, что связь, которую Майкельсон и Морали не обнаружили в своих экспериментах, и что современные атомисты так сильно высмеивали, когда они пришли к научной власти в мире. в начале 20 века люди, впервые употребившие этот термин, никогда не заявляли о его существовании. Взяв более широкий взгляд на науку, современные теоретики боролись с проблемой, которой никогда не существовало.

Если, с другой стороны, эфир рассматривается в предыдущем описании его свойств, можно кое-что узнать о работе хотя бы одного типа самоподдерживающегося электрического генератора.Для этого концепция эфира должна быть преобразована в артефакт современной науки.

Современный эфир

Свойства иметь меньшую массу, чем у безмассового фотона, способность проникать внутрь тела, но не добавлять к нему, а также генерировать материальные тела охватываются современным взглядом на квантово-волновую природу материи. В квантовой теории объект можно рассматривать как состоящий из частиц или волн. Это не идея, которая устраивает всех даже сейчас, но она широко принята и, как известно, может быть проверена экспериментально.Транзисторы, туннельные диоды и даже цифровые часы — это лишь некоторые из объектов реального мира, работающих на физических принципах, которые лучше всего объясняются квантово-волновой природой материи.

Если объект может быть как квантовой волной, так и частицей, то в своем волновом состоянии можно сказать, что он проникает внутрь объекта, не делая его «ни на йоту больше». Кроме того, будучи волной, эквивалентной частице, волна не имела бы массы частицы. Вместо этого у него есть амплитуда. Квантовая волна также отвечает за образование твердых тел.Современная теория гласит, что частица существует в своем квантовом волновом состоянии до тех пор, пока не будет произведено измерение, когда тогда говорят, что волна коллапсирует с образованием объекта. Коллапс квантовой волны определяет состояние объекта, то есть порождает частицу.

Квантовое волновое состояние природы очень напоминает картину эфира 17 века.

Имея в виду эту концептуальную параллель, можно лучше понять работу Николы Тесла, который считал теорию эфира научной концепцией, который, также не являясь основой этой теории, построил работающие электрические машины и который связан с идея электрического генератора, который мог бы поддерживать ток без внешнего первичного двигателя.

Никола Тесла получил образование в 1860-х годах, и его понимание физики было доатомным. В своих биографических статьях Тесла не комментирует теоретические аспекты своего образования, но в своих технических трудах он использует термин «эфир» в положительном смысле, и только в его более поздних работах можно найти скупые ссылки на атомные частицы и электроны.

Увеличительный трансформатор Теслы

Самым известным устройством Теслы было то, что он назвал увеличительным трансформатором, основные испытания которого проводились в Колорадо-Спрингс в 1899 году.Устройство описано в его патенте США как «Аппарат для передачи электрической энергии» [4] и заявляет о некоторых необычных характеристиках, среди которых распространение волн быстрее скорости света, передача сигналов не вокруг Земли, а через землю, и делать это, устраняя как можно больше электромагнитных волн — единственных электрически связанных волн, известных сегодня, способных передавать сигналы.

Тесла сделал это, используя катушку с кабелем длиной 10 000–11 000 футов [5], с тем, что, как он утверждал, было небольшим или нулевым сопротивлением.Этот последний факт дает повод полагать, что помимо других необычных характеристик устройство имело свойство поддерживать свой ток в течение измеримого периода времени после отключения от внешнего источника питания.

Взяв эти идеи вместе — что эфир эквивалентен энергии квантовой волны, что Тесла верил в физический эфир и что Тесла построил устройство, способное поддерживать электрический ток без внешнего первичного двигателя, заключение, которое можно сделать , заключается в том, что квантовую волновую теорию можно использовать для понимания динамики увеличивающего трансформатора Теслы.Это следует из работы доктора Андрия Пухарича, который в статье 1976 года выдвинул идею о том, что увеличивающий трансформатор не может быть объяснен законами классической электродинамики, а скорее в терминах преобразований частиц высокой энергии [6]. Волновая теория материи приобрела свою нынешнюю популярность в 1923 году благодаря усилиям де Бройля. Когда эксперименты показали, что свет можно рассматривать и как частицу, и как волну, он рассудил, что электрон, несомненно, частица, может вести себя как волна.Он вывел длину волны электрона из уравнения E = hf, которое приравнивает энергию частицы к произведению постоянной Планка на частоту. (Лямбда составляет 2,4 x 10-12 метров, что является классической длиной волны для электрона.)

При анализе увеличительного трансформатора Тесла это математическое соотношение может быть использовано для определения энергии кванта волны на рабочей частоте трансформатора (здесь мы используем частоту повторения импульсов 7,5 Гц, следуя Коруму [10], вместо первоначально предложенной автором килогерц.частота колебаний — Ред. примечание) и поместив это значение в уравнение, получим:

, что будет излучаемой энергией на один ускоренный носитель заряда (электрон) в проводнике.

Если увеличительный передатчик работал при токе I = 100 ампер, можно определить общий заряд. Ток — это заряд за время (I = q / t) и по определению 1 ампер = 1 кулон в секунду. Это соотношение можно использовать, в свою очередь, для определения количества носителей заряда в секунду в проводнике при токе 100 А:

I = 6,25 x 102Q электронов в секунду (3)

Общее количество носителей заряда, умноженное на излучаемую энергию на носитель заряда, равно энергии кванта волны на данной частоте (7.5 Гц в данном случае):

Если в расчет включить самый высокий ток, который использовал Тесла, 1000 ампер, диапазон энергий будет от 3,1 x 10 дюймов 12 Дж / с до 31 x 10-12 Дж / с.

Если преобразовать в более широко используемую систему мер, энергия квантовой волны на частоте 7,5 Гц будет:

Если в расчет ввести максимальный ток в 1000 ампер, энергия квантовой волны будет 190 Мэв.1

Чтобы сгенерировать волну этой энергии, электрон должен испытать разность потенциалов в диапазоне от 19 до 190 миллионов вольт.

Сообщается, что увеличительный трансформатор

Тесла работает в диапазоне десятков миллионов вольт. При 20 миллионах вольт электрической силы было бы более чем достаточно для создания

1 Сравните с Corum [10], который подсчитал около 225 кулонов в объеме 10 000 кубических метров тлеющего разряда. Используя 2,5 эВ на молекулу воздуха, количество энергии, используемой Тесла для частоты повторения импульсов 7,5 Гц, составляет всего 6,5 л.с., что согласуется с тем, что сообщил Тесла. По причинам, изложенным в статье, Corums обнаружил, что Тесла генерировал электроны с энергией 10 МэВ при токе 1000 ампер.

вакуумная волна для количества заряда, движущегося с частотой 7,5 Гц. При 200 миллионах вольт силы было бы достаточно, чтобы произвести такую ​​волну для тока в 1000 ампер на этой частоте. Генерация квантовой волны увеличительным трансформатором имеет большое значение для объяснения некоторых свойств, заявленных Тесла для этого устройства. Во-первых, он сказал, что электромагнитные волны сведены к минимуму, и действительно, казалось бы, трудно распространять какие-либо электромагнитные волны. излучение с помощью башни с тупой вершиной, использованной в его экспериментах по передаче.Если, однако, излучаемые волны были квантовыми волнами или волнами эфира, его претензии на излучение энергии из одной точки в другую без использования электромагнетизма становятся ясными.

Также имеет смысл утверждение Теслы о том, что электромагнитные излучения подобны волнам, передаваемым обычным свистом по воздуху [7]. По его мнению, e.m. волны были бы не чем иным, как волнами в атмосферных газах, в то время как его передачи происходили бы в совершенно другой среде, в среде эфира.

Утверждение Теслы о мгновенной передаче энергии также имеет основу в современной теории, поскольку квантовая волна нелокальна по своей природе. То есть его эффект не ограничен одной конкретной точкой, но с помощью физического процесса, который еще не полностью согласован, эффект может быть измерен на больших расстояниях от точки происхождения в момент возникновения. Сверхпроводящее состояние

Что касается поддержания тока в трансформаторе без внешнего источника питания, единственное известное сегодня условие для достижения этого — это состояние сверхпроводимости, которое, казалось, было исключено в случае устройства Теслы, которое работало намного выше почти нулевых температур. необходим для сверхпроводимости.Однако то, что в современной науке понимается под сверхпроводящим состоянием, на самом деле является описанием проводника. Если материал имеет определенный тип атомной конфигурации и охлаждается до определенной температуры, существует сверхпроводящее состояние, в котором может поддерживаться постоянный ток. Однако сверхпроводящее состояние может существовать без наличия тока в проводнике. Состояние — характеристика проводника.

Тесла, возможно, обнаружил, что сверхпроводимость может быть свойством не проводника, а самого тока.

Чтобы изучить, как это может быть, будет использоваться конкретная модель электрической активности. Вместо того, чтобы представлять электрический ток, состоящий из частиц бильярдного шара или маленьких спутников ядерных солнц, или в виде электронного газа, или в виде электронной плазмы, его можно представить как электронную жидкость. На этом этапе не так важен состав жидкости, как ее жидкая природа и то, что жидкость является электрической.

Модель жидкости полезна, потому что она дает простой пример того, как вещество может оставаться неизменным и при определенных условиях становиться радикально другим.С водой, когда от нее отводится тепло, происходит фазовый переход, который превращает ее в твердый лед. Когда к воде добавляется тепловая энергия, она претерпевает другое фазовое превращение и становится газом. Вещество остается прежним, но существует в трех разных состояниях.

Одно из крайних состояний, которых может достичь жидкость, — это сверхтекучесть, во время которой жидкость будет двигаться вверх по стенкам своего контейнера. Это, конечно, свойство жидкости, а не емкости.

Возможно, такое же явление фазового перехода имеет место в электронной жидкости.При определенных условиях, при высоком напряжении и / или большом токе, электронная жидкость останется тем же веществом, но приобретет совершенно другие свойства, аналогичные состоянию сверхтекучести. Это состояние могло бы быть изменением состояния тока, а не какого-либо материала, служащего проводником.

Состояние сверхтекучести в электронной жидкости объясняет, как Тесла смог пропустить ток через землю. В своем общеизвестном состоянии ток не проходит далеко через сопротивление земли, но если ток претерпел правильное изменение фазы, он может легко пройти без сопротивления.

Точно так же ток с измененной фазой будет проходить через катушку генератора без сопротивления. Претерпев изменение, он стал бы сверхтоком в несверхпроводящем проводнике. Такое условие позволило бы генератору поддерживать ток без внешнего источника питания.

Это конкретное решение самоподдерживающихся генераторов Теслы, которое, конечно, должно быть протестировано, не является объяснением всех других подобных устройств, таких как устройства Фигуэра, Хаббарда и Хердершота [8].Инженерных решений таких генераторов, наверное, столько же, сколько их изобретателей.

Одна особенность, которую имеют все другие устройства, в отличие от увеличительного трансформатора Тесла, заключается в том, что они не требуют высокого напряжения и токов, используемых Тесла. Однако они не представляют собой инженерного прогресса по сравнению с инженерными методами Tesla.

Тесла вложил свои основные усилия в создание высокоэнергетических устройств, исходя из практических соображений, связанных с маркетингом продукта.Через год после экспериментов в Колорадо-Спрингс он написал в своей статье журнала Century за 1900 год, что потратил много времени на меньший генератор, но понял, что отрицательное давление рынка не позволит такой машине увидеть коммерческий свет. [9]. И он был прав; Пока еще невозможно осветить наши дома с помощью генератора Хаббарда или Хендершота.

Тесла считал, что у него будет больше шансов внедрить новую электрическую технологию, если в ней будут использоваться генераторы, которые продавались, но при этом использовалась их мощность по-новому, поэтому он сосредоточился на проекте беспроводной передачи энергии, хотя даже на этой идее оказалось слишком много для своего времени.

Тщательное изучение его более поздних работ показывает, что многие из его более продвинутых концепций были основаны на более ранней работе с версиями генераторов с более низким напряжением, способных поддерживать сверхток. Эти конструкции, по-видимому, основаны на сложных конфигурациях геометрии катушек. Пик этого направления исследований мог быть незадолго до пожара в его нью-йоркской лаборатории, в которой были потеряны многие из его прототипов и статей. Задача раскрыть точную природу этих конструкций становится очень сложной, потому что после пожара Тесла говорил о своей более продвинутой работе только косвенно и никогда подробно.

Восстановление этих более ранних конструкций приведет к второму этапу развития электротехники — той, которую Никола Тесла начал здесь, столетие назад.

Список литературы

1. В западных представлениях о природе произошло несколько таких изменений парадигмы. Теории чередуются между вселенной из одной субстанции, из которой все сделано, и вселенной из множества субстанций, в которой составляющие частицы разделены вакуумом.

2. Роберт Фладд, Мозаичная философия.Лондон, Хамфри Мозли, 1659, стр. 221.

4. Патент США № 1,119,732 от 1 декабря 1914 г .; Заявка подана 18 января 1902 года.

5. Никола Тесла, Colorado Springs Notes, 1899-1900. Белград: Нолит. 1978, с.43.

6. Андрия Пухарич, «Физика увеличивающего передатчика Тесла и передача электроэнергии без проводов». Планетарная ассоциация чистой энергии,

Оттава, Онтарио, 1976 г.).

7. Никола Тесла, цитата из NY Herald Tribune, 22 сентября 1929 г., стр.21.

8. К. Берд и О. Никельсон, «Никола Тесла, великий ученый, забытый гений», New Age,

9. Никола Тесла, «О проблемах увеличения энергии человека», в Никола Тесла,

Лекции, патенты, статьи, Биоград, Музей Николы Тесла, 1956, с. А-143. (Также в Century,

июнь 1900-Ред. примечание)

10. Корам, Джеймс и Кеннет, «Критические предположения относительно изобретения и применения Теслой одноэлектродных разрядов, направленных на рентгеновское излучение, для обработки энергии, земных резонансов и оружия с использованием пучка частиц», Proc.Интер. Симпозиум Тесла, 1986, стр.7-21

Oliver Nichelson находится по адресу: 670 W 980 N, Provo, UT 84604

11 Самоподдерживающихся продольных волн

I K ‘(по материалам Proceedings of the Te s la Centennial Symposium, 1984 г.

| t I 1 УСТОЙЧИВАЯ НЕГЕРЦОВСКАЯ ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА 1 м ИЛЛЯЦИИ КАК ЖЕСТКИЕ РЕШЕНИЯ ЛОИ МАКСВЕЛЛА 1AT10NS ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Вопреки общепринятому мнению, классическая теория Бетромагнитного излучения Максвелла действительно предсказывает существование продольных магнитных волн в вакууме (Продольные негерцовские компрессионные волны, скорее всего, будут тем типом, который Тесла произвел с помощью ТМТ. .-P <1 note) Это предварительное примечание содержит то, что, по-видимому, является первым надежным доказательством теоретического существования таких негерцевских автоколебаний продольных волн. E-поля и B-поля в таких

— они повсюду параллельны (так что вектор Пойнтинга строго обращается в нуль и энергия не переносится по волнам, хотя теоретически представляется возможным переносить силу на расстояние без переноса силы через такие волны в вакууме). Волны имеют следующую ■ ‘-метрию.Выберите статический векторный потенциал (A), параллельный статической конфигурации пуджинетического поля произвольного бессилового магнитного поля (B) типа, открытого в 1952 году Шлютером и Люстом.1 Затем выберите • i1 -периодную частоту co = X c > 0, соответствующего произвольному волновому числу k — 0, где c — скорость света, и умножим векторный потенциал A на X cos •> i, чтобы получить B-поле продольной волны, колебания которого с частотой

■ генерировать E-поле, получаемое умножением векторного потенциала на co * iti cot.Векторный потенциал и оба поля параллельны и обычно имеют конечную цилиндрическую или тороидальную конфигурацию, как показано на рисунках 1 и 2.2

la derive, пусть R обозначает неограниченную или ограниченную открытую связную область в вещественном евклидовом 3-пространстве E Пусть граница dR R состоит из • • (железа кусочно-гладких 2-поверхностей. Пусть X> 0 обозначает произвольное Я похоть, А. Шлютер, Осевая симметрия магнитогидродинамической системы, i

Замечание: сравните с «векторными потенциалами без изгибов», R. Gelinas, Proc. ITS 1986, p.4 11. & Gelinas патенты №4,447,779, №4,429,288, №4,429,280 по модуляции / демодуляции илярных волн, а также патенты J. Corum №4,622,558, №4,751,515, использующие тороидальные поля.

Читать здесь: Wcuo

Была ли эта статья полезной?

teslanichelson

Бестопливный генератор Tesla

и беспроводная передача энергии

Оливер Никельсон

Ex invisibilibus visibilia fierent.

E3: Следующее электричество: (2015) «Как плохая наука дала нам электричество и как новое электричество изменит будущее» Обзор работы Tesla по производству и передаче электроэнергии в контексте история электротехники.

Документы Николы Теслы «Свободная энергия» (1976) воспроизводит письмо изобретателя 1902 года Роберту У. Джонсону о новом генераторе энергии Тесла, что « не будет потреблять топливо ».Это письмо было найдено в коллекции Тесла в библиотеке Колумбийского университета во время посещения симпозиума IEEE Tesla в Нью-Йорке в январе 1976 года. Это письмо станет таким же важным в истории электротехники, как и работы Франклина, Фарадея и Максвелла. Исходный вариант сложного почерка — , здесь .

Более поздние разработки Николы Теслы по производству энергии был подготовлен для 26-й Межобщественной конференции по инженерии преобразования энергии в августе 1991 года.Бумажные документы, в которых Никола Тесла утверждал, что построил генератор электроэнергии, который не потреблял бы топливо, где в его трудах можно найти описание такого устройства, теорию о том, как может быть возможен бестопливный генератор, и предложение о том, как Новое устройство Теслы могло сработать. Статья переходит от исторического факта, заявления о таком генераторе в письме, написанном от руки Тесла, к размышлениям о принципах работы изобретений. На момент написания статьи исторический материал был определен, но инженерное объяснение того, как работает новый тип генератора, было лишь предположением.

Второй закон термодинамики и бестопливный генератор Теслы был подготовлен к 28-й (1993) конференции IECEC. Он принимает аргумент Теслы в пользу бестопливного генератора электроэнергии, который не нарушает второй закон термодинамики. Хотя кажется, что устройство подает энергию без топлива, это не вечный двигатель. Дается объяснение Теслы и современный анализ работы устройства. В этой статье представлена ​​более удовлетворительная теория инженерных аспектов нового генератора, чем в документе IECEC 1991 года.

С тех пор, как были опубликованы статьи о новом типе электрического генератора Теслы, было несколько запросов о его Notes on Unipolar Dynamo о значительном улучшении генератора на дисках Фарадея. Среди его особенностей утверждается, что униполярный генератор будет увеличивать ток при отключении механической мощности.

Никола Тесла Патент США 511,916

Патентное бюро США.

NIKOLA TESLA, OF NEW YORK, N. Y.

Заявка подана 19 августа 1893 г. Серийный номер 483 562. (Без модели.)

Всем, кого это может касаться:

Известно, что я, НИКОЛА ТЕСЛА, гражданин Соединенных Штатов, проживающий в Нью-Йорке, в округе и штате Нью-Йорк, изобрел некоторые новые и полезные улучшения в электрических генераторах, из которых ниже приводится спецификация со ссылками на прилагаемые чертежи, являющиеся их частью.

В заявке с четной датой, серийный номер 483,563, я показал и описал изобретенную мной форму двигателя, которая под действием приложенной силы, такой как упругое натяжение пара или газа под давлением, дает колебание с постоянным периодом.

Для того, чтобы мое настоящее изобретение было легче понять, я объясню условия, которые должны соблюдаться, чтобы обеспечить этот результат.

Хорошо известный механический принцип: если пружина, обладающая ощутимой инерцией, будет приведена в действие напряжением, например, путем растяжения, а затем освобождена, она будет совершать колебания, которые являются изохронными, а период, в основном, зависит от жесткость пружины и ее собственная инерция или инерция системы, непосредственной частью которой она может быть.Это, как известно, верно во всех случаях, когда сила, которая стремится привести пружину или подвижную систему в заданное положение, пропорциональна смещению.

В конструкции моего двигателя, о котором говорилось выше, я следовал и применял этот принцип, то есть я использую цилиндр и поршень, которые любым подходящим способом поддерживаю во возвратно-поступательном движении паром или газом под давлением. К движущемуся поршню или к цилиндру, в случае, если последний совершает возвратно-поступательное движение и поршень остается неподвижным, соединена пружина, чтобы поддерживать ее вибрацию, и независимо от того, что может быть инерцией поршня или движущейся системы и жесткостью пружины относительно друг друга, при условии, что практические пределы, в которых выполняется закон, что силы, которые стремятся привести движущуюся систему в заданное положение, пропорциональны смещению, не превышаются, импульсы приводимого в действие поршня и собственные колебания пружины всегда будут соответствовать направлению и совпадать по времени.В случае упомянутого двигателя отверстия расположены таким образом, что движение поршня внутри цилиндра в любом направлении прекращается, когда сила, стремящаяся его толкнуть, и полученный им импульс уравновешиваются возрастающим давлением пара. или сжатый воздух в том конце цилиндра, к которому он движется, и, поскольку в своем движении поршень отключился в данной точке, давление, которое толкнуло его и установило давление, которое стремится вернуть его, тогда он толкается в в противоположном направлении, и это действие продолжается до тех пор, пока прилагается необходимое давление.Длина хода будет изменяться в зависимости от давления, но скорость или период возвратно-поступательного движения не больше зависит от давления, прикладываемого для приведения в движение поршня, чем период колебаний маятника, постоянно поддерживаемого в вибрации, от силы, которая периодически толкает его, причем влияние изменений такой силы сводится только к соответствующим изменениям длины хода или амплитуды вибрации, соответственно.

На практике я обнаружил, что наилучшие результаты достигаются за счет использования пневматической рессоры, то есть тела ограниченного воздуха или газа, который сжимается и разрежается движениями поршня, а также для фиксации пружины. постоянной жесткости, я предпочитаю использовать отдельную камеру или цилиндр, содержащий воздух при нормальном атмосферном давлении, хотя он может быть и при любом другом давлении, и в котором работает плунжер, соединенный со штоком поршня или поддерживаемый им.Основная причина, по которой до сих пор ни один двигатель не был способен давать результаты такого рода, заключается в том, что было принято соединять с возвратно-поступательными частями тяжелое маховое колесо или какую-либо эквивалентную вращающуюся систему с относительно очень большой инерцией, или в других случаях, когда нет использовалась роторная система, как и в некоторых поршневых двигателях или инструментах, не было уделено внимания достижению условий, необходимых для конечной цели, которую я имел в виду, и при этом давление таких условий в указанных устройствах, по-видимому, не привело бы к каким-либо особенным преимущество.

Такой двигатель, как я описал, предоставляет средства для достижения результата, недостижимого до сих пор, непрерывного производства электрических токов постоянного периода, сообщая движения поршня сердечнику или катушке в магнитном поле. Однако следует указать, что при использовании двигателя для этой цели встречаются определенные условия, которые следует принимать во внимание, чтобы удовлетворительно обеспечить желаемый результат. Когда проводник перемещается в магнитном поле и в нем циркулирует ток, электромагнитная реакция между ним и полем может нарушить механическое колебание до такой степени, что вывести его изохронизм.Это, например, может произойти, когда электромагнитная реакция очень велика по сравнению с мощностью двигателя, и есть замедление тока, так что электромагнитная реакция может иметь эффект, аналогичный тому, который может возникнуть в результате от изменения натяжения пружины, но если схему генератора отрегулировать так, чтобы фазы электродвижущей силы и тока совпадали во времени, то есть, когда ток не задерживается, то генератор приводится в действие двигатель действует просто как сопротивление трения и, как правило, не изменяет период механической вибрации, хотя может изменять ее амплитуду.Это условие можно легко обеспечить, правильно подобрав самоиндукцию и мощность цепи, включая генератор. Я, однако, заметил еще один факт в связи с использованием таких двигателей в качестве средства для работы генератора, что предпочтительно, чтобы период двигателя и собственный период электрических колебаний генератора были одинаковыми, так как в этом случае создаются наилучшие условия для электрического резонанса и возможность нарушения периода механических колебаний сводится к минимуму.Я обнаружил, что даже если теоретические условия, необходимые для поддержания постоянного периода в самом двигателе, не соблюдаются точно, все же двигатель и генератор вместе взятые будут вибрировать с постоянным периодом. Например, если вместо использования в двигателе независимого цилиндра и плунжера в качестве пневматической рессоры практически постоянной жесткости я заставляю поршень сталкиваться с воздушными подушками на концах его собственного цилиндра, хотя жесткость таких подушек или пружин могут значительно влиять и изменяться из-за колебаний давления внутри цилиндра, тем не менее, если комбинировать с таким двигателем генератор, который имеет собственный период, приблизительно равный периоду двигателя, постоянная вибрация может поддерживаться даже в значительном диапазоне изменяющегося давления , благодаря управляющему действию электромагнитной системы.Я даже обнаружил, что при определенных условиях влияние электромагнитной системы может быть настолько большим, чтобы полностью контролировать период механической вибрации в широких пределах изменяющегося давления. Это может произойти в тех случаях, когда мощность двигателя, полностью способная поддерживать вибрацию после запуска, недостаточна для изменения ее скорости. Итак, ради иллюстрации, если маятник начинает колебаться, и небольшая сила, прикладываемая периодически в правильном направлении, чтобы поддерживать его в движении, эта сила не будет иметь существенного контроля над периодом колебаний, если только инерция маятник будет мал по сравнению с движущей силой, и это будет верно независимо от того, в течение какой части периода сила может быть приложена.В рассматриваемом случае двигатель является просто средством для поддержания вибрации после запуска, хотя следует понимать, что это не препятствует выполнению полезной работы, которая просто приведет к сокращению хода. Таким образом, мое изобретение включает комбинацию поршня, который может совершать возвратно-поступательное движение под действием пара или газа под давлением, и подвижного элемента электрического генератора, который находится в непосредственном механическом соединении с поршнем, и, в частности, он является целью мое изобретение обезопасить от такой комбинации электрические токи постоянного периода.При достижении этой цели я счел предпочтительным сконструировать двигатель так, чтобы он сам управлял периодом, но, как я уже говорил ранее, я могу изменить элементы комбинации таким образом, чтобы электромагнитная система могла оказывать частичное воздействие. или даже полный контроль периода.

Чтобы проиллюстрировать способ осуществления изобретения, я теперь обращаюсь к прилагаемым чертежам.

Фиг. 1 — центральный разрез двигателя и генератора, воплощающих изобретение.Рис. 2 представляет собой модификацию того же самого.

На фиг. 1 A показан главный цилиндр, в котором работает поршень B. Впускные каналы C C проходят через стороны отверстия цилиндра в его средней части и на противоположных сторонах. Выхлопные отверстия D D проходят через стенки цилиндра и образованы ответвлениями, которые открываются внутрь цилиндра на каждой стороне впускных отверстий и на противоположных сторонах цилиндра. Поршень B образован двумя окружными канавками E F, которые сообщаются через отверстия G в поршне с цилиндром на противоположных сторонах указанного поршня соответственно.

Конкретная конструкция цилиндра, поршня и каналов, управляющих им, может очень сильно варьироваться, и сама по себе не является материалом, за исключением того, что в рассматриваемом сейчас особом случае желательно, чтобы все отверстия, и особенно выхлопные отверстия должны быть намного больше, чем это обычно бывает, чтобы никакая сила, вызванная действием пара или сжатого воздуха, не замедляла или не влияла на возврат поршня в любом направлении. Поршень B прикреплен к штоку H, который находится в подходящих сальниках в головках цилиндра A.Этот шток удлинен с одной стороны и проходит через подшипники V в цилиндре I, установленном или поддерживаемым соответствующим образом на одной линии с первым, и внутри которого находится диск или плунжер J, поддерживаемый штоком H. Цилиндр I не имеет отверстий любого типа. и является воздухонепроницаемым, за исключением того, что через подшипники V может произойти небольшая утечка, которая, как показал опыт, не требует установки с большой точностью. Цилиндр I окружен рубашкой K, которая оставляет вокруг себя открытое пространство или камеру. Подшипники V в цилиндре I проходят через рубашку K в наружный воздух, а камера между цилиндром и рубашкой сделана паро- или воздухонепроницаемой с помощью подходящей набивки.Основная подающая труба L для пара или сжатого воздуха ведет в эту камеру, а две трубы, ведущие к цилиндру A, выходят из упомянутой камеры, маслосборники M удобно расположены для подачи масла в упомянутые трубы для смазки поршня. В конкретном варианте показанного двигателя кожух K, который содержит цилиндр I, снабжен фланцем N, с помощью которого он привинчивается к концу цилиндра A. Таким образом образуется небольшая камера O, которая имеет вентиляционные отверстия P по бокам. и выходящие из него капельные трубы Q, по которым отводится масло, которое собирается в нем.

Чтобы объяснить теперь работу описанного двигателя, в положении показанных частей или когда поршень находится в средней точке своего хода, плунжер J находится в центре цилиндра I, а воздух с обеих сторон того же давления находится при нормальном давлении внешней атмосферы. Если затем к впускным каналам C C цилиндра A подсоединить источник пара или сжатого воздуха и придать движение поршню, как при внезапном ударе, то последний будет совершать возвратно-поступательное движение, как это хорошо понятно.Движения поршня попеременно сжимают и разрежают воздух в цилиндре I на противоположных его концах. Ход вперед сжимает воздух перед плунжером J, который действует как пружина, возвращая его. Точно так же при обратном ходе воздух сжимается на противоположной стороне плунжера J и стремится толкать его вперед. Сжатие воздуха в цилиндре I и связанная с этим потеря энергии, в основном из-за несовершенной эластичности воздуха, вызывают очень значительное количество тепла.Это тепло я использую, проводя пар или сжатый воздух к цилиндру двигателя через камеру, образованную рубашкой, окружающей цилиндр с пневматической пружиной. Поднимаемое таким образом тепло, используемое для повышения температуры пара или воздуха, воздействующего на поршень, используется для повышения эффективности двигателя. В любом данном двигателе этого типа нормальное давление вызывает удар определенной длины, и он будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от увеличения давления выше или уменьшения давления ниже нормы.

При конструировании устройства делается надлежащий допуск на изменение длины хода за счет придания ограничивающему цилиндру I пневматической рессоры должным образом определенные размеры. Чем больше давление на поршень, тем выше степень сжатия пневматической рессоры и, как следствие, противодействующей силы на поршень. Скорость или период возвратно-поступательного движения поршня, однако, в основном определяется, как описано выше, жесткостью пневматической рессоры и инерцией движущейся системы, и любой период колебаний в очень широких пределах может быть обеспечен путем правильного распределения этих факторов. , например, изменяя размеры воздушной камеры, что эквивалентно изменению жесткости пружины, или изменяя вес движущихся частей.Все эти условия легко определить, и двигатель, сконструированный, как описано здесь, может быть выполнен так, чтобы следовать принципу работы, изложенному выше, и поддерживать идеально равномерный период в очень широких пределах давления.

Давление воздуха, находящегося в цилиндре, когда плунжер I находится в его центральном положении, всегда будет практически равным давлению окружающей атмосферы, поскольку цилиндр сконструирован таким образом, чтобы не допускать такой внезапной утечки воздуха, которая может существенно ухудшить или изменить действие пневматической пружины, по-прежнему будет происходить медленная утечка воздуха внутрь или наружу вокруг штока поршня в соответствии с давлением в нем, так что давление воздуха на противоположных сторонах поршня всегда будет оставаться при этом из внешней атмосферы.

К штоку поршня H прикреплен проводник или катушка с проволокой D ‘, которая за счет движений поршня колеблется в магнитном поле, создаваемом двумя магнитами B’ B ‘, которые могут быть постоянными магнитами или возбуждаемыми катушками C’ C «подключен к источнику постоянного тока E». Движение катушки D ‘поперек силовых линий, установленных магнитами, вызывает в катушке переменные токи. Эти токи, если период механических колебаний постоянный, будут иметь постоянный период и могут использоваться для любых желаемых целей.

В рассматриваемом случае считается необходимым условием, что инерция подвижного элемента генератора и вызываемая им электромагнитная реакция не будут иметь такого характера, чтобы существенно нарушать работу двигателя.

Рис. 2 представляет собой пример комбинации, в которой двигатель сам по себе не способен полностью определять период колебаний, но в котором генератор способствует этому. На этом рисунке двигатель такой же, как на рис.1. Однако наружная пневматическая рессора отсутствует, и воздушные пространства на концах цилиндра A используются для достижения той же цели. Поскольку давление в этих пространствах подвержено колебаниям из-за колебаний пара или газа, используемых для приведения в движение поршня, они могут влиять на период колебаний, и условия не столь стабильны и надежны, как в случае двигателя, сконструированного, как показано на рис. . 1. Но если естественный период вибрации упругой системы приблизительно соответствовать среднему периоду двигателя, то такие тенденции к изменению в значительной степени преодолеваются, и двигатель сохранит свой период даже при значительном диапазоне колебаний давления. .Генератор в этом случае состоит из магнитного корпуса F ‘, в котором многослойный сердечник G’, прикрепленный к штоку H поршня, заставляется вибрировать. Плунжер окружают две катушки возбуждения C ‘C’ и одна или несколько индукционных катушек D ‘D’. Катушки C ‘C’ соединены с генератором непрерывных токов E ‘и намотаны для создания последовательных полюсов в сердечнике G’. Поэтому любое движение последнего будет сдвигать силовые линии через катушки D ‘D’ и вызывать в них токи.

В схеме катушек D ‘показан конденсатор H’.Следует только сказать, что с помощью подходящего конденсатора самоиндукция этой цепи может быть нейтрализована. Такая цепь будет иметь определенный естественный период вибрации, то есть, когда электричество в ней каким-либо образом нарушается, имеет место электрическая или электромагнитная вибрация определенного периода, и поскольку это зависит от емкости и самоиндукции. , такой период может быть изменен примерно в соответствии с периодом работы двигателя.

В случае, если мощность двигателя сравнительно мала, например, когда давление прикладывается через очень небольшую часть полного хода, электрическая вибрация будет иметь тенденцию управлять периодом, и ясно, что если характер такой вибрации не сильно отличаться от среднего периода вибрации двигателя в обычных рабочих условиях, такой контроль может быть вполне достаточным для получения желаемых результатов.

Теперь, описав свое изобретение, я заявляю:

1. Комбинация с поршнем или эквивалентным элементом двигателя, который может совершать возвратно-поступательное движение под действием пара или газа под давлением, движущегося проводника или элемент электрогенератора, находящийся в прямой механической связи с ним.

2. Комбинация с поршнем или эквивалентным элементом двигателя, который может совершать возвратно-поступательное движение под действием пара или газа под давлением, движущегося проводника или элемента электрического генератора в прямом механическом соединении с ним, двигателем и генератор адаптируется путем их относительной регулировки по периоду для создания токов с постоянным периодом, как указано.

3. Комбинация с двигателем, содержащим поршень, который может совершать возвратно-поступательное движение под действием пара или газа под давлением, и электрический генератор, имеющий индуцирующие и индуцируемые элементы, один из которых способен колебаться в силовом поле, указанный подвижный элемент поддерживается штоком поршня двигателя, как указано.

4. Комбинация с двигателем, работающим от пара или газа под давлением и имеющим постоянный период возвратно-поступательного движения, с электрическим генератором, движущийся элемент которого поддерживается возвратно-поступательной частью двигателя, генератора и его цепи. будучи так связаны с двигателем в отношении периода электрической вибрации, чтобы не нарушать период работы двигателя, как изложено.

5. Комбинация с цилиндром и поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение паром или газом под давлением пружины, вибрирующей за счет движения поршня, и электрического генератора, подвижный проводник или элемент которого соединен с поршнем. при этом эти элементы сконструированы и адаптированы указанным образом для выработки тока с постоянным периодом.

6. Описанный здесь способ производства электрических токов постоянного периода, который заключается в передаче колебаний двигателя движущемуся элементу электрического генератора и регулировании периода механических колебаний путем регулирования реакции электрического генератора. как изложено здесь.

НИКОЛА ТЕСЛА.

Свидетели:

ПАРКЕР У. ПЕЙДЖ,

Р. Ф. ГЕЙЛОРД.

Высокоэффективный баллистический электростатический генератор на микрокаплях

Устройство и принцип работы

Генератор показан на рис. 1а, б. Высокоскоростная (> 10 м с -1 ) водная микроструя формируется путем нагнетания воды (избыточным давлением ~ 100 кПа) через микропоры, протравленные в ультратонкой мембране из нитрида кремния (дополнительные рисунки 1 и 2). Струя распадается на поток капель вследствие неустойчивости Рэлея – Плато (рис.1c) 15,16,17 . Капли несут чистый положительный ионный заряд. Этот заряд возникает из-за адвекции положительных подвижных ионов в двойном электрическом слое (EDL) мембраны (явление протекающего тока), но, как мы демонстрируем, он может быть сильно увеличен индукцией, если приложить отрицательный потенциал к металлическому защитному кольцу. ‘расположен близко к выходу из поры. Капли движутся по воздуху к металлической цели, которая приобретает высокий электрический потенциал за счет накопления заряда из-за удара капли.Вдоль траектории капли сильное электрическое поле между мишенью и струей замедляет капли на ~ 10 4 g. Когда капли перемещаются в место с более высоким электрическим потенциалом, их кинетическая энергия напрямую преобразуется в электрическую энергию («преобразование баллистической энергии») за счет баланса сил ma = −qE с м и q капля масса и заряд, — ускорение и электрическое поле E (на данный момент без учета трения воздуха).Ток берется из объекта с высоким потенциалом для выполнения полезной работы. Функция защитного кольца заключается в изменении локального электрического поля: когда оно заземлено, оно предотвращает индукцию отрицательного заряда в струе положительно заряженной мишенью, а когда оно удерживается под отрицательным потенциалом, оно индуцирует дополнительный положительный ионный заряд в струя. Следует подчеркнуть, что процесс индукции защитным кольцом не потребляет энергию, поскольку при нормальной работе через защитное кольцо не протекает ток.Типичные экспериментальные параметры перечислены в дополнительной таблице 2. Физика системы принципиально отличается от физики, регулирующей как классические жидкостные системы преобразования электрокинетической энергии, так и электростатические генераторы 3,4,18,19,20 . Он был вдохновлен предыдущей работой по преобразованию энергии микроструйных двигателей 13,14,21 . Однако электростатическая индукция заряда позволяет работать независимо от EDL на поверхности мембраны, обеспечивая повышенную плотность заряда капель и, следовательно, более низкое целевое напряжение.Это дает большие преимущества для будущих приложений, о чем будет сказано ниже. Сначала мы сообщаем об экспериментах с порами диаметром 10 мкм, где мы получаем максимальную эффективность 36% и демонстрируем работу как в режиме высокого напряжения, так и в режиме низкого тока, а также в режиме низкого напряжения и высокого тока. Затем мы показываем измерения на оптимизированной (на основе физической модели) системе с порами диаметром 30 мкм, где мы получаем максимальную эффективность 48%.

Рисунок 1: Концепция преобразования энергии и настройки.

( ).Экспериментальная установка. Водный раствор нагнетается давлением воздуха через круглую пору диаметром 10 или 30 мкм в мембране из нитрида кремния толщиной 500 нм. Платиновый электрод, напыленный на тыльную сторону чипа (эксперименты с порами 30 мкм) или вставленную платиновую проволоку (эксперименты с порами 10 мкм), соединяли с пикоамперметром (Keithley 6485). Образуется микроструя, которая распадается на струю капель. Капли летят по воздуху и попадают на металлическую мишень, расположенную на расстоянии 7,5–25 мм от отверстия поры.Мишень подключается к электрическому заземлению через сопротивление высокой нагрузки (обычно 1–10 ТОм, дополнительная таблица 1). Металлическое защитное кольцо с отверстием диаметром 2 мм помещают на расстоянии 1,5 мм (поры 10 мкм) или 5,0 мм (поры 30 мкм) от выхода поры и поддерживают при потенциале земли или отрицательном потенциале для индуктивного заряда капель. Ток можно измерить между землей и платиновым резервуарным электродом (обозначен I 1 ), между целью и землей ( I 2 ) и между металлическим защитным кольцом и землей ( I 3 ).( b ). Концептуальная иллюстрация принципа преобразования. Вода ускоряется с образованием микроструи, которая распадается на заряженные капли. На своей воздушной траектории к цели капли тормозятся под действием электрической силы, преобразуя кинетическую энергию в электрическую. Цвет фона от красного до синего указывает распределение напряжения от высокого к низкому, линии обозначают эквипотенциалы. ( c ) Микрофотография микроструи из поры 10 мкм, полученная при двойном освещении iLIF (дополнительные рисунки 10 и 11).Масштабная линейка 40 мкм.

Эффективность преобразования энергии

Для типичного эксперимента с порами диаметром 10 мкм и деминерализованной водой на рис. 2а показан восходящий ток I 1 , от заземленного электрода резервуара к струе, и выходной ток I 2 , от цели до земли. Когда впрыск начинается при t = 220 с, заряд напрямую вытекает из резервуара, как указано I 1 . Экспоненциальное увеличение I 2 определяется временем электрического RC (произведение целевой емкости C и сопротивления нагрузки R).Разница в установившемся режиме между обоими токами вызвана отражением заряженных капель от цели при высоком потенциале (дополнительный рис. 3), приземлением на заземленное защитное кольцо и генерированием тока I 3 . На рисунке 2b показаны токи I 1 , I 2 и I 3 для типичного измерения, при котором сопротивление нагрузки увеличивается с шагом 1 ТОм. I 1 остается приблизительно постоянным, в то время как I 2 уменьшается с сопротивлением нагрузки, а I 3 увеличивается с начального нуля.На рисунке 2c показано целевое напряжение, рассчитанное как произведение накопленного тока I 2 и сопротивления нагрузки как V target = I 2 · R нагрузка на сопротивление нагрузки для некоторого числа. экспериментов. Целевое напряжение увеличивается с сопротивлением нагрузки до 10–16 кВ, где оно достигает насыщения. Эффективность преобразования механической энергии в электрическую, Eff = I 2 · V target / (p · Q) , при p (Па) приложенное пластовое давление и Q 3 с −1 ) объемный расход.Было обнаружено, что эффективность преобразования увеличивается с увеличением сопротивления нагрузке (рис. 2d) для пор 10 мкм, достигая типичного КПД около 33% с максимальным значением 36%.

Рис. 2: Экспериментальные результаты с использованием пор диаметром 10 мкм.

( a ) Ток на входе и выходе при приложении давления. Во время эксперимента защитное кольцо было заземлено. ( b ) Ток на входе, выходе и защитном кольце с увеличением значения сопротивления нагрузки. ( c ) Сгенерированное целевое напряжение как функция сопротивления нагрузки для различных входных токов.( d ) Эффективность преобразования как функция сопротивления нагрузки для различных значений входящего тока. Показаны экспериментальные значения (символы) и теоретические прогнозы (линии), а также теоретический максимальный КПД 37–43% (в зависимости от расхода). ( e , f ). Сильноточная работа при низком напряжении. ( e ) Ток как функция напряжения затвора. ( f ) Эффективность экспериментов, показанных под e , как функция генерируемого целевого напряжения.Данные см. В дополнительной таблице 3.

Анализ механизма преобразования указывает на две отдельные фазы. На первом этапе вода ускоряется, и во время преобразования входной мощности p · Q в кинетическую мощность капли ½ Q · ρv 2 образуются капли (при ρ плотность воды и v капля скорость). Здесь мощность теряется из-за вязкого трения около поры и межфазной энергии, необходимой для образования струи. Из измеренной скорости капель при разрыве струи мы обнаружили, что эти комбинированные потери составляют ~ 52% для пор 10 мкм (дополнительные рисунки 4 и 5).Во второй фазе капли замедляются по своей траектории под действием силы, действующей со стороны электрического поля E на заряд капли q с балансом сил ma = −qE − F fr , где F fr — сила трения воздуха. Мы оцениваем потери мощности на трение по воздушной траектории как 17% (дополнительное примечание 1). Таким образом, для пор 10 мкм максимальная эффективность 40% предсказывается для всего преобразования (0,83 × 0,48), что хорошо согласуется с максимальной эффективностью, наблюдаемой нами в эксперименте, равной 36%.Уменьшение траекторной скорости капли было экспериментально задокументировано (дополнительное примечание 1). Более подробная статья по теоретической оптимизации системы находится в стадии подготовки.

На основе механизма ускорения / замедления мы ожидаем два режима работы, которые можно наблюдать на рис. 2c, d. При низких значениях сопротивления нагрузки целевой потенциал В целевой = I 2 · R нагрузка = I 1 · R нагрузка низкая и кинетическая энергия капель лишь частично преобразуется в электрическую энергию.В этом «режиме сбора» целевой потенциал линейно увеличивается с сопротивлением нагрузке, как и КПД Eff = (I 1 ) 2 · R нагрузка / (pQ). При увеличении сопротивления нагрузки целевой потенциал остается постоянным. I 2 = I 1 достигнет значения, при котором капли смогут достичь цели только с доступной кинетической энергией. Наивысший потенциал, который может быть достигнут с порами 10 мкм при 40% эффективности, составляет V opt = 0.40 · pQ / I 1 создается при сопротивлении нагрузки R opt = V opt / I 1 . В различных экспериментах V opt варьировалось от 11,5 до 17 кВ (рис. 2c). При дальнейшем увеличении сопротивления увеличивается доля капель, которые отражаются от цели (дополнительный рисунок 3). В этом «режиме частичного отражения» I 2 становится все меньше, чем I 1 с увеличением R нагрузки (рис.2б). Предполагая, что все капли имеют одинаковое отношение заряда к массе, I 2 в этом режиме будет обратно пропорционален нагрузке R , поскольку V target = V opt = I 2 · R нагрузка и КПД равен 0,40 · R opt / R нагрузка . Кривые ожидаемой эффективности, представленные на рис. 2d, хорошо согласуются с наблюдениями.Мы объясняем наблюдаемый постепенный переход между обоими рабочими режимами с отношением разброса заряда капли по массе q / m . Как правило, около 20% заряда капли теряется при максимальной эффективности (дополнительный рис. 6), в результате чего она немного ниже теоретического ожидаемого значения 40%. Действительно, наблюдалось изменение размера капель при разрыве струи (дополнительный рис. 7). Некоторые значения эффективности, наблюдаемые в режиме частичного отражения, превышают теоретические предсказания, что можно объяснить изменениями восходящего тока I 1 (см., Например, рис.1б). Расстояние 10–15 мм между мембраной и мишенью было сочтено оптимальным (дополнительный рис. 8), поскольку оно минимизировало потери на трение воздуха и одновременно избегало самопроизвольного разряда на слишком коротких расстояниях.

Приведенные выше эксперименты показывают работу при высоком напряжении и низком токе. Хотя это полезно для некоторых приложений, во многих приложениях выигрыш от низкого напряжения и высокого рабочего тока. Из равенства ½ mv 2 = qV target , следует, что это может быть достигнуто за счет увеличения плотности заряда капель q / m .Используя индукционную зарядку и более проводящий раствор 0,1 М KCl, мы могли работать с одной порой при целевом напряжении 500 В и токе 50 нА с эффективностью 12% (рис. 2e, f). Плотность заряда капель, полученная в этих микрокаплях, составляла примерно половину предела Рэлея (предел Рэлея описывает заряд капли, при котором кулоновское отталкивание преодолевает поверхностное натяжение и капли становятся нестабильными. Он равен кулоновскому, где σ — поверхностное натяжение (0,07 Н · м) −1 для воды), ɛ 0 диэлектрическая проницаемость свободного пространства и d диаметр капли.).

Анализ экспериментов с порами диаметром 10 мкм показал, что наибольшие потери происходят в фазе ускорения из-за трения пор и энергии образования поверхности струи (дополнительное примечание 1). Оба могут быть существенно уменьшены за счет использования пор большего диаметра. Чтобы по-прежнему замедлять более тяжелые капли при практических целевых потенциалах (<20 кВ), необходимо индуцировать больший заряд капли. Эксперименты проводились с порами 30 мкм в сочетании с индукционной зарядкой напряжением защитного кольца с использованием более проводящего 10 мМ раствора KCl.На рис. 3а, б показаны результаты двух экспериментов, на которых показаны зависимости токов и КПД от индукционного напряжения. Они показывают максимальную эффективность преобразования 48%.

Рис.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *