Униполярный генератор тесла: Секреты униполярной индукции — теория и практика — Воплощение идей Теслы

Секреты униполярной индукции — теория и практика — Воплощение идей Теслы

В патенте, действительно, не объяснено, как сделать генератор самоподдерживающимся. Тесла попытался восполнить этот информационный вакуум через публикацию своей статьи «ПРИМЕЧАНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО УНИПОЛЯРНОГО ДИНАМО» в газете «Инженер — электрик», Нью-Йорк, 2 сентября 1891. Точный перевод этой статьи я привожу ниже. Огромное спасибо Sib’у, который любезно подготовил перевод заметок Теслы. Итак : * * * Что характерно для фундаментальных открытий, для больших достижений интеллекта, так это то, — что они сохраняют большую власть над воображением мыслителя. Я имею в виду незабываемый эксперимент Фарадея с вращением диска между двумя полюсами магнита, который принес такой великолепный результат, который долго проверялся в каждодневных опытах; все же есть некоторые топологические элементы в этом зародыше существующих динамо и двигателей, которые даже сегодня обращают на себя внимание, и достойны самого осторожного изучения. Рассмотрим, например, случай диска из железа или другого металла, вращающегося между двумя противоположными полюсами магнита, и полярными поверхностями, полностью покрывающих обе стороны диска, и примем, что электрический ток снимается и передается контактами равномерно от всех точек края диска. Возьмите сначала случай двигателя. Во всех обычных двигателях вращение ротора зависит от некоторого смещения или изменения общего магнитного притяжения, действующего на ротор, это достигается технологически или некоторым механическим приспособлением на двигателе или воздействием электрических токов надлежащей полярности. Мы можем объяснить вращение такого двигателя так же, как мы можем это сделать для водяного зубчатого колеса. Но в вышеупомянутом примере диска, окруженного полностью полярными поверхностями, нет никакого смещения магнитного действия, никакого изменения вообще, насколько мы знаем, — и все же вращение происходит. Здесь не работают обычные доводы; мы не можем дать даже поверхностное объяснение, как в обычных двигателях, и принцип действия будет ясен нам только тогда, когда мы поймем саму природу задействованных сил, и постигнем тайну невидимого взаимодействия. Рассмотренный как динамо машина, диск — довольно интересный объект изучения. В дополнение к его особенности порождения электрических токов одного направления без использования коммутирующих приборов, такая машина отличается от обычных динамо, в которых нет никакого взаимодействия между ротором и полем статора. Ток ротора вызывает намагничивание перпендикулярное направлению электрического тока, но так как электрический ток истекает равномерно из всех точек края, а так же если быть точным, внешняя схема может также разместиться совершенно симметрично к постоянному магниту, никакое взаимодействие просто не может произойти. Это, однако, истинно только для слабых магнитов, поскольку, когда магниты более мощные, оба намагничивания под прямым углом, по-видимому, взаимодействуют друг с другом. По вышеупомянутой причине, логичен вывод, что для такой машины, для того же самого веса, отдача должна быть намного больше, чем для любой другой машины, в которой ток, протекающий в роторе имеет тенденцию размагничивать поле, создаваемое статором. Экстраординарный вывод Форбеса об униполярном динамо и опыт с устройством подтверждают это представление. Итак, главный принцип, исходя из которого, такая машина может быть сделана само возбуждающей — поразителен, но это может быть естественным — поскольку налицо отсутствие взаимодействия ротора, и соответственно свободное от возмущений течение электрического тока и отсутствие самоиндукции. (Dragons’ Lord : Здесь и далее под термином «самовозбуждение» Тесла имеет в виду сам эффект появления электрического тока в устройстве, т.к. в устройстве его «униполярки» нет постоянных магнитов, а есть электромагниты. Таким образом «самовозбуждение» не есть (!) аналог появления СВЕРХЕДИНИЧНОЙ ЭНЕРГИИ, — здесь вообще об этом не упоминается). Если полюса не закрывают (не охватывают) диск полностью с обеих сторон, то, конечно, если диск должным образом не разделен, механизм будет очень неэффективен. Опять же, в этом случае есть моменты, достойные внимания. Если диск вращается и полевой поток прерван (разорвана цепь, питающая электромагнит), поток через диск ротора продолжит течь и поле магнитов потеряет силу сравнительно медленно. Причина для этого сразу найдётся, когда мы рассмотрим направление токов в диске. Взгляните на Рис.1, d представляет диск со скользящими контактами B и B’ на оси и периферии. N и S представляют два полюса магнита. Рисунок 1 Если полюс N выше, как обозначено на рисунке, диск, предполагаем находящимся в плоскости бумаги, и вращающимся в направлении стрелки D. Ток, установившийся в диске будет течь от центра к периферии, как обозначено стрелкой A. Так как магнитное действие более или менее ограничено зазором между полюсами N и S, другие части диска можно счесть бездействующими. Установившийся ток не будет поэтому полностью проходить через внешний контур I’, но замкнется через диск непосредственно, и вообще, если расположение подобно показанному, безусловно, большая часть произведенного потока не будет проявляться вовне, поскольку контур F фактически короткозамкнут бездействующими частями диска. Направление результирующих токов в диске может быть принято таким, чтобы быть, как обозначено пунктирами и стрелками m и n; и направление потока поля возбуждения, обозначаемого стрелками a, b, c, d, анализ фигуры показывает, что одно из этих двух ответвлений вихревого тока, то есть A-B’-m-R, будет иметь тенденцию размагничивать поле, в то время как другое ответвление, то есть A-B’-n-B, будет производить противоположный эффект. Поэтому, ответвление A-B’-m-B, то есть то, которое приближается к полю, оттолкнет линии, в то время как ответвление A-B’-n-B, то есть оставляющее поле, соберет силовые линии на себя. Из-за этого имеется постоянная тенденция уменьшения течения тока в дорожке B’-m-B, в то время как с другой стороны такая оппозиция не будет существовать в дорожке, B’-n-B, и эффект ответвления или дорожки будет более или менее преобладающий над первым. Объединенный эффект обоих ответвлений потоков мог бы быть представлен одним единственным потоком того же самого направления как возбуждение поля. Другими словами, вихревые токи, циркулирующие в диске, будут дополнительно усиливать магнит. Этот результат весьма противоречит тому, что можно было бы предположить сначала, поскольку мы естественно ожидали, что результирующие роторные токи будут противодействовать току наведенному магнитами, поскольку так обычно происходит, когда первичный и вторичный проводник имеют индуктивное взаимодействие. Но следует помнить, что это следствие специфического взаимного расположения, а именно, наличия двух путей, предоставляемых наведенному и противодействующему току, каждый из них выбирает тот путь, который предлагает наименьшее количество противодействия. От этого мы видим, что вихревой ток втекающий в диск частично возбуждает поле магнита, и по этой причине когда наведенный ток прерывающий токи в диске, продолжит течь, и полевой магнит будет терять свою силу сравнительно медленно и может даже сохранить некоторую силу, пока вращение диска продолжается. Результат будет, конечно, в значительной степени зависеть от сопротивления и геометрических измерений пути вихревого тока и от скорости вращения; — и именно эти элементы определяют замедление этого тока и его позицию по отношению к полю. Для определенной скорости существует максимум, возбуждающего действия; тогда как при более высоких скоростях, оно постепенно уменьшилось бы, стремясь к нулю и наконец полностью изменило направление, то есть, эффект вихревого тока должен будет ослабить поле. Реакцию можно лучше продемонстрировать экспериментально, располагая полюсы N и S, а также N’ и S’, на свободно подвижной оси, концентрической с осью диска. Если бы последний вращался как прежде в направлении стрелки D, поле действовало бы в том же самом направлении с моментом, который, до некоторого значения, будет расти со скоростью вращения, потом уменьшаться, и, проходя через нуль, наконец становится отрицательным; то есть магнит начал бы вращаться в противоположном направлении к диску. В экспериментах с альтернативными электродвигателями, в которых поле изменяется токами разных фаз, наблюдался интересный результат. Для очень низких скоростей вращения поля двигатель показал момент 900 фунтов, или больше, замеренный на шкиве 12 дюймов в диаметре. Когда скорость вращения полюсов была увеличена, момент уменьшался и, наконец убывал до нуля, и становился отрицательным, а затем якорь начинал вращаться в противоположном руководстве направлении к полю. Возвращаясь к основной идее, примите, что условия такие, что вихревые токи, произведенные вращением диска усиливают поле, и предполагают что последнее, постепенно увеличивается, в то время как диск остается, вращающимся по нарастающей (Dragons’ Lord : однако здесь проскакивает нужная мысль). Ток когда-то начался, и может быть достаточен, чтобы поддержать себя и даже увеличиться в силе, и затем мы имеем случай «аккумулятора тока сэра Вильяма Томсона». Но из вышеупомянутых соображений, казалось бы, следует, что для успеха эксперимента сопротивление сплошного диска будет существенно, поскольку, если бы имелось радиальное разбиение, вихревые токи не могли бы формироваться, и их вредное воздействие прекратилось бы. Если бы использовался, такой звездообразный радиально составной диск было бы необходимо соединить спицы по краю проводником или любым другим образом, чтобы формировать симметричную систему замкнутых цепей. Действие вихревых токов может использоваться, чтобы возбудить машину любой конструкции. Например, на Рис.2 и 3, показаны устройства, в которых машина с ротором-диском могла бы быть возбуждена вихревыми токами.    Рисунки 2 и 3.  Здесь множество магнитов, N-S, N-S, помещено звездообразно радиально на каждой стороне металлического диска D и в продолжение его периферии набор изолированных катушек, C и C. Магниты формируют две отдельных области, внутреннюю и внешнюю. Имеется твердый диск, вращающийся на оси, и катушки в области удаленной от нее. Примем что магниты, немного возбуждены при запуске; они могли бы усилить действие вихревых токов в твердом диске, чтобы предоставить более сильную область для периферийных катушек. Хотя нет сомнения, что при таких условиях машина могла бы быть возбуждена этим или подобным образом, достаточно экспериментальных свидетельств, чтобы гарантированно утверждать, что такой режим возбуждения будет расточителен. Но униполярный генератор с самовозбуждением или двигатель конструкции, показанной на Рис.1 могут быть возбуждены эффективно, просто посредством разделения диска или цилиндра, в котором наводятся токи, и удаления катушек возбуждения, которые обычно используются. Такая схема показана на Рис.4. Рисунок 4.Диск или цилиндр D, как предполагается, будут вращаться между этими двумя полюсами N и S магнита, которые полностью охватывают диск с обеих сторон, контуры диска и полюсов, представляемых кругами d и d’ соответственно, верхний полюс, не показан для наглядности. Сердечники магнита, как предполагается, имеют отверстия в центре, вал C диска пронзает их. Если немаркированный полюс — ниже, и диск вращается, ток винтовой формы, будет, как прежде, течь от центра к периферии, и может быть снят соответствующими скользящими контактами, B и B ‘, на вале и периферии соответственно. В этом устройстве ток, текущий сквозь диск и внешняя цепь не будут иметь никакого заметного влияния на возбуждающий магнит. Но позвольте теперь предположить, что диск разделен на сектора, по спирали, как обозначено сплошными или пунктирными линиями на Рис.4. Разность потенциала между точкой на вале и точкой на периферии останется неизменной, в знаке так же как в количестве. Единственная разница будет в том, что сопротивление диска будет увеличено и будет большее падение потенциала от точки на вале до точки на периферии, когда тот же самый ток протекает по внешней цепи. Но так как ток вынужден следовать по линиям разбиения, мы видим, что он будет или содействовать полю возбуждения или сопротивляться ему и это будет зависеть, при прочих равных условиях, от направления линии разбиения. Если разбиение реализовано как обозначено сплошными линиями в Рис.4, то очевидно, что, если ток имеет то же самое направление как прежде, то есть от центра до периферии, его эффект должен будет усилить возбуждающий магнит; тогда как, если разбиение реализовано как обозначено пунктирами, произведенный ток будет иметь тенденцию ослаблять магнит. В первом случае машина будет способна к возбуждению, когда диск вращается в направлении стрелки D; в последнем случае направление вращения должно быть обратным. Два таких диска могут быть объединены, однако, как обозначено выше, эти два диска, могут, как вращаться в противоположные стороны, так и в одну. Подобное расположение может, конечно же, быть реализовано в машине, в которой, вместо этого диска, вращается цилиндр. В таких униполярных машинах, подобного типа, обычные катушки возбуждения и полюсы могут быть опущены, и машина может быть сделана, так чтобы состоять только из цилиндра или двух дисков, окруженных металлическим корпусом. (Dragons’ Lord : что конкретно имеет в виду Тесла, — я расскажу ниже по тексту). Вместо того, чтобы подразделять диск или цилиндр по спирали, как обозначено в Рис.4, более удобно вставить один или более витков между диском и контактным кольцом на периферии, как показано на Рис.5. Рисунок 5. Генератор с самовозбуждением Форбеса может, например, быть возбужден вышеописанным образом. В опыте автора вместо снятия тока с двух таких дисков скользящими контактами, как обычно, использовался гибкий приводной проводящий ремень для повышения эффективности. Диски в таком случае, снабжаются большими фланцами, предоставляя большой контакт с поверхностью. Пояс должен быть сделан, так чтобы сцепляться с фланцами в натяг, чтобы компенсировать неплотность прилегания. Несколько машин с контактным поясом были построены автором два годы назад, и работали удовлетворительно; но из-за отсутствия времени работа в этом направлении была временно остановлена. Множество особенностей, указанных выше также было использовано автором в некоторых типах двигателей переменного тока. * * * Собственно, — вот и вся статья. Я вообще, долгое время не мог понять, как работает униполярка. Но однажды я набрёл на сайт Евгения Арсентьева http://evg-ars.narod.ru . Есть у него там малюсенький раздельчик, «Электродвигатель» называется. Описывается в нём — магнитогидродинамический двигатель. Вот где я и «просёк фишку». Только там вращается вода, а в нашем случае металлический диск, — но сила, заставляющая вращаться рабочее тело, — одна и та же 😉 . В общем, умудрился я в один и тот же день сложить три разных ниточки в одну. И озарило меня, — догадался, как Тесла сделал свой сверхединичный генератор, о котором так много слухов. Ниточка первая, — это сайт Арсентьева. Вторая, — перевод «заметок» от Sib’а. И третья, — посетил я тогда же ещё один сайт http://energy.org.ru , где раскопал интереснейшую статью. Оригинал статьи был опубликован в журнале «Изобретатель и рационализатор», № 2, 1962 г. Называлась «Туман над магнитным полем», — имеется в виду недоссказанность некоторых моментов в классической физике. Чтобы Вам стало всё понятно, приведу её здесь : * * * — Я к вам по поводу статьи «Противозаконная статика». Моя фамилия Родин. — Еще один. Призыв калужских изобретателей объяснить, что происходит с двигателем, ротор которого вращается под действием электростатического поля (ИР, 6, 81), затронул умы необычайно. Звонят и пишут в редакцию беспрерывно. Предполагаем в будущем дать обзор наиболее интересных объяснений. Собрался я было направить и Родина к авторам изобретения, как он вдруг: «у меня самого есть кое-что не менее интересное. Поехали ?» Приятная, со вкусом обставленная квартира Александра Леонтьевича — не типично изобретательское жилье. Но он ведет меня в какой-то безоконный закуток, явно бывший стенной шкаф. «Мой кабинет». Тут верстак, выпрямитель, приборы, инструменты. На верстаке некая конструкция. На одной оси сидят два кольцевых постоянных магнита, между ними медный диск. К диску подсоединены щетки, провода которых выведены на микроамперметр. — Такую же модельку я собрал несколько лет назад, когда по работе понадобился униполярный двигатель — это вращающийся между магнитами диск или цилиндр, ток с которого снимают щетками. Вот так. — Родин закрепил магниты и начал ручкой вращать ось, а вместе с ней и диск. Стрелка амперметра поползла вправо — есть ток. — Вы меня пригласили для демонстрации опыта Фарадея ? Я, знаете, еще в школе. .. — А что будет, если мы станем вращать магниты, а диск будет неподвижен ? — как бы не замечая моего раздражения, спросил Родин. — То же и будет. Какая разница ? Извините, но у меня, к сожалению, время… — я осекся. Хозяин квартиры с солидной скоростью вращал магниты около неподвижного диска, а стрелка стояла на нуле. — Вот и я тогда так же рот раскрыл, — рассмеялся Родин. — Стал искать, проверять контакты — все в порядке. Да убедитесь сами, шевельните слегка диск. По сравнению с бешено вращающимися магнитами движение диска было ничтожным, но стрелка тут же шелохнулась. — Ну а теперь, если вращать магниты и диск вместе, соединив их в единый ротор ? — Да вроде бы не должно быть тока, — уже неуверенно сказал я. — Ведь они относительно неподвижны… Однако вращающиеся вместе диск и магниты ток дали. А затем Родин продемонстрировал мне двигатель без статора, подсоединив один из проводов, идущих от выпрямителя, к оси, на которой сидят диск и магниты, а другой поднес прямо к диску — вся система закрутилась. Александр Леонтьевич Родин со своими униполярками. — Понимаете, почему меня заинтересовал ротор калужан ? Но у них другое. А для моих опытов у меня есть вот какое объяснение. Я предполагаю, что традиционное представление о магнитном поле, как непременной принадлежности магнита неверно. В этом случае действительно не играло бы роли, что относительно чего мы перемещаем. Как ни странно, никто не двигал «бесконечный» магнит вдоль проводника, по крайней мере, в литературе я этого не встречал. Куда проще двигать проводник по скользящим контактам, чем магниты, сохраняя при этом их плоскопараллельное перемещение. Я же не только двигал магниты параллельно столу, на котором лежал проводник, но и вращал их в разные стороны и в направлении обратном перемещению диска — результат тот же самый: величина и направление тока в цепи зависят только от скорости и направления вращения диска. Значит, поле неподвижно? Я делаю вывод: оно, не пугайтесь, магниту не принадлежит, а как бы разлито по вселенной. Магнит лишь возбуждает его, как корабль возбуждает волны, не увлекая их за собой. И как у корабельного винта они наиболее велики, так и наибольшее возбуждение возникает вблизи магнита. Теперь понятно, почему, вращаясь вместе с магнитами, проводник пересекает неподвижное магнитное поле. Что же касается движения ротора без статора, то единственное здесь объяснение — работа сил Лоренца, действующих на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле. Электроны под их влиянием приобретают тангенциальное направление движения и увлекают за собой диск вместе с магнитами. Кстати, реактивного момента на магнитах не возникает : я устанавливал магнит между дисками, подводил к нему ток — не шевельнулся. Пока другого объяснения этому эффекту я не нахожу, хотя искал очень долго, обращаясь за помощью в весьма высокие научные инстанции. Высказывались, например, предположения, что при одновременном вращении магнитов и проводника ток наводится в щетках и их проводах, идущих к амперметру. Это, разумеется, не так, в противном случае он наводился бы и при неподвижном диске. Или изменялся бы при перемещении самих проводников, Но я на всякий случай собрал схему без щеток и проводов — эффект тот же. Полагали, что возможно влияние магнитного поля Земли. Малоправдоподобно, но попробуем. Перемещал систему так и эдак в пространстве, вращал один диск без магнитов — никакого тока, естественно. Так что если найдутся более правдоподобные объяснения — только спасибо скажу. Итак, еще одна задача читателям: попробуйте найти другое объяснение результатов опытов Родина, кстати, легко воспроизводимых… И второе: как их практически использовать ? Подобные безроторные и вообще униполярные двигатели и генераторы пока маломощны и имеют невысокий КПД. Но уже сегодня просматриваются области их применения, например, в приборостроении. Особенно привлекает то, что двигатель не имеет статора и реактивного момента. А кроме того, если эти двигатели и генераторы действительно изменят наше представление о магнитном поле, практическая ценность их может оказаться огромной. * * * Ну как ? — Самое реальное знание из последнего текста, это то, что мы можем магниты непосредственно на диск прилепить. Таким образом получим ЦЕЛЬНОЕ устройство, без взаимодействующих частей. Так я подумал сразу же, мечтая, как я «напрягу» спонсоров на тонкие (а значит и лёгкие), но очень мощные кольцевые магниты из редкоземельных металлов. Мощные магниты нам нужны, т.к. общий КПД униполярного генератора довольно мал. Естественно, что радиус и магнитов и диска нужно сделать побольше, чтобы увеличить полезную площадь, а значит и уровень получаемого напряжения. Но это всё детский лепет. Моя мысль, конечно, поползла дальше. Оказалось важным само знание о том, что нам наплевать «вращается» магнитное поле или нет и, соответственно, вращаются катушки электромагнитов (а у Теслы, обратите внимание, — именно электромагниты) или стоят на месте. Я обращаю Ваше внимание на описание технологии, показанной на Рис.5 самим Теслой. Он предложил вообще отказаться от внешних возбуждающих магнитов (на что я указывал по тексту «заметок») и получать магнитное поле в диске, посредством прохождения генерируемого тока по внешнему контуру. — Он называет этот контур «одним или более витком», но я Вам скажу больше, — этот контур, в усовершенствованном варианте, сам Тесла запатентовал отдельно, спустя четыре года исследований, — в ДРУГОМ патенте ! Это его бифилярная катушка «ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ» !!! Это и было моё озарение. Теперь становится понятным, почему же Тесла запатентовал этот «странный» патент именно в тот период своей творческой деятельности (как и замечал в своей знаменитой статье Oliver Nichelson). И становится понятно само предназначение, сформулированное в названии патента бифилярки. Просто так догадаться, что можно обойтись без внешних магнитов весьма сложно, т.к. эта мысль описана самим Теслой очень туманно. Тут же становится понятным, как применить суперсвойства бифилярки. Ведь почему Тесла говорит о «одном или более» витке, а не о полноценной катушке ? Потому, что у обычной плоской катушки велико сопротивление току, что заметно снижено в конструкции бифилярки, посредством увеличения разности потенциалов в соседних витках (о чём тоже, практически, не возможно догадаться, не прочитав сам патент в русском варианте). Здесь стоит заметить, что катушка работает НЕ В РЕЗОНАНСЕ, т.к. ток не переменный, а постоянный. Но тем не менее, её свойства на порядок эффективнее, чем у обычной плоской катушки, намотанной в один провод. А значит и магнитное поле, создаваемое такой бифилярной катушкой будет гораздо сильнее ! Но, постойте, — скажут читатели. О какой «целостности» устройства может идти речь, если известно, что диск нужно вращать, а значит нужно иметь соединение с мотором, а значит и от подшипников для оси устройства не уйти, не говоря уже о «передаточных» механизмах внутри самого электродвигателя ? — Самая ценность униполярной индукции в том, что если подать напряжение на такой диск, то диск начинает вращаться. И как мы видим из последней статьи, катушка, создающая магнитное поле для этого диска, тоже может вращаться с самим диском и быть на нём закрепленной, т.е. составлять с ним одно целое. Маленько прервусь и замечу следующее. В своём патенте к униполярному генератору, принимая во внимание трение о боковую поверхность диска внешнего съёмного контакта (а значит и огромный момент торможения, — и чем больше радиус, тем он больше), гениальный Тесла предлагает использовать устройство, состоящее из ДВУХ дисков. Через гибкий проводящий ремень ток передаётся от внешней поверхности одного к внешней поверхности другого, а снимающие напряжение контакты он предлагает упирать в центра осей каждого диска, чем обеспечивает минимальное трение, какое только возможно. Единственное неудобство, как мы видим, заключено в самом гибком ремне. Рискну заглянуть дальше, чем позволил себе сам Тесла (он просто ещё не знал в то время, что магниты можно вращать вместе с диском). — Очевидным усовершенствованием является такой путь : насадить оба диска НА ОДНУ ОСЬ ! Понятно, что обе полуоси (для двух дисков) изолированы друг от друга непроводящим соединителем. Получаем генератор, где не нужен гибкий ремень, т.к. электричество от одного диска на другой (внешние контуры) передаём через обычный провод. Ясно, что оба диска, хоть и вращаются вместе с осью, но друг относительно друга неподвижны (провод тоже). Дальше по описанию патента. Ладно, вернёмся к размышлению о нашем «вечном движке». Я уже сказал, что униполярный эффект, возникающий в диске можно использовать и наоборот, т. е. в качестве мотора. Ни что не мешает нам посадить и диск, генерирующий ток, и диск, служащий мотором, — на единую ось. Оба диска относительно друг друга — неподвижны. Итак избавились ещё от одного соединения (между двигателем и генератором). Остаётся проблема токосъёмных контактов, идущих как от генератора, так и к электродвигателю. Выход из проблемной ситуации лежит на поверхности. — Не нужны нам контакты вообще ! Передаём полученное напряжение с генератора на двигатель НАПРЯМУЮ !!! — Через пару проводов. Нет, даже через один провод, т.к. вторым проводником служит общая, в данном случае, для двух дисков ось 😉 . Оставшийся единственный контакт самого устройства (ЦЕЛЬНОГО) с внешним миром, — это подшипники на концах оси. Всё просто. — делаем «магнитный завес» всего устройства (как это сделать я потом, как ни будь, расскажу), в результате чего ВЕСЬ наш генератор получается висящим в воздухе !!! И никакие провода к нему не подходят и не отходят ! Это уже круто… Главная изюминка такого спаривания в том, что по свойствам самого процесса униполярной индукции, — нет противодействия действию, т.е. нет самоиндукции (полностью отсутствует). Более того, как нас научил Тесла, — мы не то, чтобы ослабляем действие противодействием, а даже наоборот, — прибавляем наше противодействие к действию, чем его всё время наращиваем ! С обычными двигателем и генератором такое бы не получилось. Итак, имеем устройство, которое будет бесконечно наращивать свою скорость (трение равно нулю, — наш магнитный завес), делая самого себя всё сильнее и сильнее !!! Вот ведь сатанизм какой 😉 . Очень внимательный читатель заметит, что осталась не решённой одна маленькая деталька. Как сделать устройство полезным. То есть, как снимать напряжение в нагрузку. — Очень просто, — нагрузка должна быть тоже помещена на само устройство генератора (например, лампочка), и составлять с ним единое целое 😉 . С нагрузкой, кстати, как указал Oliver Nichelson в своей статье (редакция от 91-го года мне нравится даже больше, чем от 93-го), тоже имеем великий прикол. Добавление в цепь генератора внешней нагрузки не только не ослабляет его, а даже усиливает и заставляет, работая интенсивнее, вырабатывать больше тока !!! Это вообще отпад. Хе-хе, если действительно сделать такую штуковину, то её просто разорвёт от мегасуперскорости, которую она достигнет, поэтому предлагаю не делать магнитный завес, а использовать обычные подшипники. Более того, давайте снимать напряжение с обоих торцов (центра осей), как я и предложил в своём усовершенствовании униполярного генератора Теслы, т.е. теперь мы можем использовать получаемое напряжение в своих целях (произвольная внешняя нагрузка). Таким образом скорость вращения нашего генератора не будет стремиться к бесконечности, а сила тока к тому, чтобы спалить провод катушек 😉 . При достижении определённых оборотов генератор, наконец, успокоится, и не будет набирать более быстрые обороты (из за трения качения в подшипниках и контактах). Ну вот, — вроде, уговорили генератор не обгонять наш дремучий век слишком на много. Общую мощность нашего генератора мы можем увеличить посредством установки на общую ось дополнительных дисков с катушками. Ведь скользящих контактов не станет больше (соединяем проводами непосредственно). Что ещё хорошо, так это очень низкая себестоимость такого генератора. Всё, что нам нужно, так это несколько металлических (можно медных) дисков и немного толстого провода (диаметр провода должен равняться толщине диска). Позже, как предполагают, Тесла «забил» на механический сверхединичный генератор (так поступают все изобретатели, когда добиваются полной реализации идеи) и, по видимому, придумал полностью электростатический генератор, в котором ничего не крутится вообще. Если такое устройство существовало, то со временем, я обязательно приду к подобной идее и изобрету повторно, после Теслы, эту штуковину 😉 . До встречи. * * * Спустя 5 лет могу сделать уточнения по данным этой статьи. Не буду изобретать велосипед, а просто зацитирую правильные данные: «Униполярный генератор (кольцевой однородный по окружности магнит и проводящий диск, ЭДС снимается с оси и края диска) имеет особенности: — магнит вращается, диск стоит — ЭДС=0, — диск вращается, магнит стоит — ЭДС=Е1, — диск и магнит вместе вращаются — ЭДС=Е1, — диск вращается, магнит вращается в любом направлении с любой скоростью — ЭДС=Е1. Униполярный мотор той же конструкции (напряжение подается на ось и край диска): — диск закреплен, магнит имеет возможеность вращаться — при подаче напряжения на диск магнит стоит, — магнит закреплен, диск может вращаться — при подаче напряжения на диск он (диск) вращается, — диск закреплен на магните — при подаче напряжения на диск магнит с закрепленном на нем диске вращается (в своем поле!). Два однородных магнита имеют возможность независимо вращаться вокруг одной оси. Начинаем вращать один магнит, другой стоит (магнитный подшипник). На любой магнит, помещенный рядом с вращающимся однородным магнитом ОКРУЖНЫЕ СИЛЫ НЕ ДЕЙСТВУЮТ! Таким образом, перемещение (вращение) носителя ОДНОРОДНОГО магнитного поля не проявляется никак НИ В КАКОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ и не может быть обнаружено никакими приборами! Носитель движется — поле стоит! Магнитное поле НЕ ПРИНАДЛЕЖИТ НОСИТЕЛЮ, не является «особой формой материи», а является искажением некой среды (эфира?). Получается, что для наведения ЭДС проводник должен двигаться относительно этой среды, а не относительно носителя поля. Эти эффекты должны проявляться в окрытом космосе, где среда не заэкранирована. Такой эффект и был обнаружен в эксперименте на шаттле в программе «Electrodynamic tether» когда наведенные в 20-и километровом кабеле силы и ЭДС разорвали в клочья кабель и шаттл получил сильнейший разряд на корпус. А большому сожалению физические основы электрического и магнитного поля неизвестны. Моделирование магнитного поля вихревым потоком идеальной жидкости (общепринятое в современной физике) — возмутительное и безграмотное (простительное, впрочем для 19-го века)! Соответственно, «житейские воззрения» по поводу электромагнетизма больших теоретиков и профессоров — Тамма и Ландау — описанные в их учебниках не стоят и сушеной мухи.» Отмечу лишь самое важное: токоснимающий провод ОБЯЗАН быть подвижным относительно токогенерирующего диска, иначе работать не будет. В виду этого необходимо дать коррекцию на описанные выше теоретические усовершенствования, то есть в обязательном порядке ток пропускать через неподвижные проводники, закреплённые на корпусе устройства. Источник: http://www.matri-x.ru/energy/unipolar.shtml Современные работы Униполярный генератор Н. Тесла в действии Коментарии Проделанная работа заслуживает уважения. Теперь о грустном: U=0.3В, I=0,7А, следовательно мощность P=UV=2.1(Вт). Дрель, с помощью которой раскручивается генератор , минимум потребляет 20 Вт, отсюда КПД всей системы максимум 10%, 90% энергии уходит в тепло. Униполярный генератор Н. Тесла, ток — 15 ампер Коментарии По идее у генераторов данного типа КПД должен быть выше, так как в нем минимум потерь. Но есть проблемы со съемом тока, из-за чего конструкция токосъемных устройств достаточно сложна и дорога, именно в них происходят основные потери, что в итоге снижает КПД. Тем не менее этот КПД не ниже, чем у обычных генераторов, даже с учетом всех потерь. Если удастся решить проблему съема тока, и минимизировать сопутствующие потери, то КПД будет немного выше. Преимущество данных машин в том, что они проще.

Самоподдерживающийся униполярный генератор Тесла: afhh723 — LiveJournal

лазея по великому и могучему тырнету наткнулся на забавную картинку и соотвествующий патент:

честно говоря в патенте ниписана чушь, да и рисунок иимет кучу непонятных обозначений что означеет что они нарисованы в представлении 19 века или «дыму напущено» сознательно или то и другое вместе 🙂

однако некоторые идеи выглядят полезными. первое что не так в рисунке это магниты покрывают пластину неполностью, значит при вращении пластины в пластине будет происходить изменение потока магнитной индукции, соотвественно появится вехривые токи, и согласно принципу Ленца направлены они будут так, чтобы пряпятствовать возбуждающему изменению потока т.е. припятствовать вращению и торомозить диск.

т.е. совершенно очевидно что такое изменение потока «вредное» и от него надо избавится, чего легко добится использовав магниты-шайбы покывающие диск полностью.

можно немного подумать и разрисовать диаграму — поле тока и поле магнита — считаем что он покрывает всю область дисков.

видно что как только ток появился — появляется сила Ампера (сила Лоренца но запишем через ток и длину проводника). т.е. надо запустить эту штуковину. т.е. у Форбса эти поля компенсируются (два тока направлены в противоположнуе стороны)здесь наоборот поле является полезным. т.е. со здровыми постоянными магнитами будет «самовращение».

напомню тем, кто уже со школы забыл, что такое сила Ампера.

для запуска генератора нужна батарейка. и без тока крутится не будет т.е. цепь надо замкнуть. например раскрутил ротор и щелкаем тублером на замыкание цепи — ни чего не напоминает? но гладкао было на бумаге… делов том, что ток, скорость, поток индукции всегда образуют правую тройку. т.е. если что-то вызвало ток то он всегда направлен так, чтобы этой силе припятствовать. т.е. ток будет диск не раскручивать, а тормозить. но не все так плохо т.к. в униполярном генераторе в ток превращается не работа а поток, эти поля можно ловко компенсировать, поставив рядом такой же дик и придав ему вращение  в противоположную сторону, и электрически соединив центры. тогда токи идущие по радиусам дисков будут направлены в противоположные стороны. при удачном стечении обстоятельств, магнитные поля этих токов могут компенсировать друг друга. можно еще почитать

Заметки об Униполярном Генераторе, Никола Тесла

ЗАМЕТКИ ОБ УНИПОЛЯРНОМ ГЕНЕРАТОРЕ Особенностью фундаментальных открытий, великих достижений интеллекта является то, что они имеют непреходящую власть над воображением думающего человека. Незабвенный эксперимент Фарадея с диском, вращающимся между двумя полюсами магнита, породивший столь прекрасные плоды, давно стал тривиальным опытом и, вместе с тем, этот эмбрион современных генераторов и моторов тревожит нас и заслуживает быть в центре внимательного изучения благодаря некоторым своим особенностям. Представим, например, случай, когда диск из железа или другого метала вращается между разноименными полюсами магнита и поверхности полюсов полностью покрывают обе стороны диска и, предположим, ток снимается или направляется контактами равномерно во всех переферийных точках диска. Рассмотрим сначала случай мотора. Во всех обычных моторах его работа зависит от движения или изменения результирующих магнитных сил притяжения, приложенных к ротору, этот процесс является результатом либо некоторых механических устройств мотора, либо действия токов с определенными характеристиками. Мы можем объяснить работу такого мотора просто, как мы объясняем работу водяной мельницы. Однако, если обратиться к вышеприведенному примеру с диском полностью окруженному поверхностями полюсов, мы не найдем движения магнитных сил и, насколько нам известно, никакого движения вообще, тем не менее мы будем наблюдать вращение. Здесь, обычные соображения не применимы; мы не можем дать даже поверхностное объяснение, как для обычных моторов, таким образом, принципы работы станут ясными для нас только когда мы поймем глубинную природу вовлеченных сил и проясним загадку невидимого механизма сцепления. Рассмотренный как генератор, диск оказывается столь же интересным объектом изучения. В дополнение к его способности создавать токи одного направления без использования переключающих устройств, такая машина отличается от обычных генераторов тем, что в ней нет сил реакции между ротором и полем. Роторный ток имеет тенденцию создавать магнитное поле под прямыми углами к потоку внешнего поля, однако, так как ток снимается равномерно со всех периферийных точек, а внешняя цепь может быть организована идеально симметрично к полю магнита, никакой реакции не возникает. Это, однако, правильно только пока магниты слабо возбуждены, когда же магниты более или менее насыщены, оба магнитных поля, видимо, взаимодействуют друг с другом под прямыми углами. Исходя из вышесказанного, можно предположить, что эффективность такой машины должна быть, при том же весе, намного большей чем любой другой машины в которой роторный ток стремится скомпенсировать магнитное поле. Экстраординарная эффективность униполярного генератора Форбса и эксперименты автора подтверждают эту точку зрения. Далее, оборудование с помощью которого такая машина может быть построена и возбуждена, поражает, но это может быть объяснено – кроме отсутствия реакции ротора – благодаря постоянству тока и отсутствию самоиндукции. Если полюсы не покрывают диск полностью с обеих сторон, тогда, конечно, если только диск не будет правильно разделен, машина будет очень неэффективной. И опять, в этом случае многое можно подметить. Если диск вращался и поток поля был прерван, ток в цепи будет продолжать идти и магниты будут терять свою силу сравнительно медленно. Причина этого будет ясна, если мы рассмотрим направление системы токов в диске. Посмотрите на диаграмму Фиг.1, где d обозначает диск со скользящими контактами B и B` на оси и переферии, N и S обозначают два полюса магнита. Если полюс N будет сверху (перед диском, биже к зрителю – прим. перев.), как показано на диаграме, диск располагается в плоскости листа бумаги и вращается в направлении, указанном стрелкой D, то ток в диске будет течь от центра к переферии, как показано стрелкой A. Так как действие магнитного поля более или менее сосредоточено в пространстве между полюсами NS, другие части диска можно считать не активными. Ток на показанной схеме, таким образом, не полностью будет идти через внешнюю цепь F, но будет замкнут через сам диск и, в общем случае, если схема будет в какой-то части похожа на указанную, намного большая часть сгенерированного тока не появится снаружи, так как цепь F, фактически, замкнута накоротко через неактивные части диска. Направление результирующих токов, в итоге, можно принять такими, как показано пунктирными линиями и стрелками a b c d, изучение рисунка показывает, что одна из двух частей вихревого тока, а именно A B` m B будет стараться скомпенсировать магнитное поле, тогда как другая часть – A B` n B, будет иметь противоположный эффект. Поэтому часть A B` m B та, которая приближается (курсив здесь и далее автора – прим. перев.) к полю будет отталкивать его линии, тогда как часть A B` n B, которая покидает поле, будет собирать силовые линии на себе. В результате этого, будет присутствовать постоянная тенденция уменьшить ток на пути A B` m B, тогда когда на другой стороне, по пути A B` n B, такого противодействия не будет и эффект последней части или пути будет более или менее преобладать над первой. Сумарный эффект обоих рассматриваемых частей токов может быть представлен одним единственным током того же направления, которое усиливает поле. Другими словами, вихревые токи, циркулирующие в диске, будут усиливать магнитное поле. Это достаточно противоречивый результат, по сравнению с тем, что мы могли бы предположить изначально, и естественно ожидать, что результирующий эффект роторных токов должен бы быть таким, чтобы сопротивляться потоку поля, как, в общем, и происходит когда первичный и вторичный проводники приведены к индуктивному взаимодействию друг с другом. Однако, мы должны помнить, что в данном случае это результат именно специфического взаимного расположения двух выбранных путей тока и последующего выбора пути, создающего меньшее сопротивление своему течению. Из этого мы видим, что вихревые токи, текущие в диске, частично усиливать поле, и по этому, когда поток поля прерван, токи в диске будут продолжать течь и поле магнита будет терять свою силу относительно медленно и может даже сохранить некоторую силу пока вращение диска продолжается. Результат будет, конечно, сильно зависить от сопротивления и геометрических размеров пути результирующего вихревого тока и от скорости вращения; именно эти элементы и определяют замедление этого тока и его положение относительно поля. При некоторой скорости эффект усиления поля будет максимальным, далее, при больших скоростях, он постепенно упадет до нуля и, в конечном итоге, обратится вспять, этот результирующий вихревой ток будет уже ослаблять поле. Эффект может быть наилучшим образом продемонстрирован экспериментально созданием полей NS, N`S`, свободно передвигающихся вокруг оси концентрически с осью диска. Если последний вращался, как и ранее, в направлении стрелки D, поле будет сдвигаться в том же направлении с крутящим моментом, который до некоторой точки будет увеличиваться с увеличением скорости вращения и далее упадет и, пройдя через нулевую точку, в итоге станет отрицательным; то есть, поле будет вращаться в противоположную сторону по отношению к диску. В экспериментах с моторами переменного тока в которых поле сдвигалось токами различной фазы, были обнаружены интересные результаты. При очень низких скоростях вращения поля, двигатель мог показать крутящий момент в 900 фунтов или более, измеренный на шкифе диаметром 12 дюймов. Когда скорость вращения полюсов была увеличена, крутящий момент пропал и, в итоге, обратился в нуль и стал отрицательным, и далее ротор начал вращаться в противоположную сторону по отношению к полю. Возвращаясь к предмету обсуждения, предположим, что условия были таковы, что вихревые токи, созданные вращением диска усилили напряженность поля и, предположим, последнее было постепенно убрано пока диск продолжал вращаться с увеличивающейся скоростью. Ток, изначально возникший, может быть достаточным далее для поддержания самого себя и, даже, увеличивать свою силу, и, в итоге, мы имеем случай «аккумулятора тока» Сэра Вильяма Томсона. Однако из вышеописанных рассуждений видно, что для успеха эксперимента будет необходимо использовать неразделенный диск, так как если диск будет иметь радиальное деление, вихревые токи не сформируются и самовозбуждение не возникнет. Если используется такой радиально разделенный диск, необходимо соединить спицы проводящим ободом или любым другим способом для формирования симметричной системы замкнутых цепей. Действие вихревых токов может быть использовано для возбуждения машины любой конструкции. Например, на Фиг. 2 и 3 показана конфигурация с помощью которой может быть возбуждена машина с дисковым ротором. Здесь несколько магнитов NS, NS, установленые радиально с каждой стороны металлического диска D, несут на его ободе множество изолированных катушек, CC. Магниты формируют два отдельных поля: внутреннее и внешнее; сплошной диск вращается в поле, ближайшем к оси, а катушки — в поле дальше от нее. Предположим, что магниты слабо усилены в начале, они могут быть усилены действием вихревых токов в сплошном диске, таким образом, усиливая поле в области переферических катушек. Хотя нет сомнений, что при благоприятных условиях машина может быть возбуждена этим или сходным образом, есть достаточно экспериментальных оснований это утверждать, такой способ возбуждения был бы неэкономным. Однако униполярный генератор или мотор, такой, как изображенный на Фиг. 1, может быть эффективно возбужден просто правильным делением диска или цилиндра в котором, могут возникать токи и будет правильным избежать катушек, которые обычно используются. Такой план проиллюстрирован на Фиг. 4. Диск или цилиндр D сделан так, чтобы вращаться между двумя полюсами N и S магнита, который полностью покрывает его с обеих сторон, контуры диска и полюсов представлены кругами d и d` соответственно. Верхний полюс не показан в целях ясности рисунка. В центральной части магнитов предполагаются отверстия через которые проходит ось C. Если необозначенный полюс будет внизу и диск будет вращаться в соответствии с правилом винта, ток будет, как и прежде, идти от центра к переферии и может быть снят подходящими скользящими контактами B, B` на оси и переферии соответственно. В этой конфигурации, ток текущий через диск и внешнюю цепь не будет иметь никакого заметного влияния на магнитное поле. Но давайте представим, что диск поделен спирально, как показано сплошными и пунктирными линиями, Фиг. 4. Разница потенциалов между точкой на оси и точкой на переферии останется прежней, как по знаку так и по значению. Единственная разница будет в том, что сопротивление диска увеличится и падение потенциала между точкой на оси и точкой на переферии увеличится когда тот же ток будет проходить через внешнюю цепь. Однако, так как ток будет вынужден следовать линиям раздела, мы увидим, что он будет стараться либо усилить либо ослабить поле, и это будет зависеть, при прочих равных условиях, от направления линий раздела. Если линии раздела будут такими как показано сплошными линиями на Фиг. 4, ясно, что если ток будет течь в том же направлении как и раньше, то есть от центра к переферии, он будет создавать эффект усиления поля магнита, тогда как если разделение будет таким как показано пунктирными линиями, то создаваемый ток будет ослаблять магнит. В первом случае машина будет способна самовозбудиться когда диск вращается в направлении стрелки D, а во втором случае направление вращение должно быть обратным. Два таких диска могут быть совмещены, однако, как показано, эти два диска вращаются в противоположных полях и в том же или в противоположном направлении. Такая же конфигурация, конечно, может быть использована в машине, в которой вместо диска вращается цилиндр. В таких униполярных машинах, описанной конструкции, обычные катушки и полюсы могут быть опущены и машина может состоять только из цилиндра или двух дисков, заключенных в металлический корпус. Вместо спирального разделения диска или цилиндра, как показано на Фиг. 4, лучше поместить один или более витков между диском и контактным кольцом на переферии, как показано на Фиг. 5. Генератор Форбса, к примеру, может быть возбужден таким образом. По опыту автора, вместо съема тока с двух таких дисков, как обычно, посредством скользящих контактов, выгоднее использовать гибкий проводящий ремень. Диски, в этом случае изготавливаются с широкими фланцами, дающими прекрасную поверхность для контакта. Ремень должен быть сделан так, что бы быть натянутым на фланцах и пружинить, растягиваясь. Два года назад автором были сконструированы несколько машин с ременным контактом, которые работали удовлетворительно, но из-за нехватки времени это направление работы было временно приостановлено. Несколько решений, отмеченных здесь, было использовано автором в области моторов переменного тока некоторых типов. Никола Тесла The Electrical Engineer, N.Y., Sept. 2, 1891.

Nikola Tesla

Никола Тесла (1856-1943 гг.) — это выдающийся учёный и гениальный изобретатель, который в своё время задал путь для развития электротехники во всём мире. Его называют «человеком, который создал ХХ век», и «святым заступником современного электричества». Патенты и теоретические работы Теслы дали основу для изобретения и развития многих электротехнических устройств, работающих на переменном токе, многофазных систем передачи и электродвигателей, которые подтолкнули второй этап промышленной революции.

Никола Тесла

Первые идеи

Никола Тесла появился на свет 10 июля 1856 г. в селе Смиляны в семье сербского православного священника Милутина Теслы. Сегодня Смиляны находятся на территории Хорватии, а в то время это местечко принадлежало имперской Австро-Венгрии. Отец видел в сыне будущего священника. Вопреки его воле Никола отправился учиться в Высшую техническую школу г. Граца (Австрия), а затем — в Пражский университет. Уже на втором курсе его осенила идея индукционного генератора переменного тока. Профессор, с которым Тесла поделился идеей, счёл её бредовой, ведь в то время последним чудом техники считалась кольцевая машина Т. Грамма, которая выдавала постоянный ток. Но такое заключение только подстегнуло творческую мысль изобретателя, и в 1882 г., уже работая в Париже, он построил первую действующую модель изобретённого им генератора.

Генератор Теслы

В 1884 г. Тесла отправился покорять Америку, где некоторое время работал в компании Томаса Эдисона. Эдисон довольно холодно воспринимал новые идеи Теслы и открыто высказывал недовольство личными изысканиями изобретателя. Весной 1885 г. Эдисон пообещал Тесле 50 тыс. долл. (сумма, примерно эквивалентная 1 млн современных долларов), если у него получится конструктивно улучшить электрические машины постоянного тока, придуманные Эдисоном. Никола активно взялся за работу и вскоре представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики машин. Одобрив все усовершенствования, в ответ на вопрос о вознаграждении Эдисон отказал Тесле и заметил, что эмигрант пока плохо понимает американский юмор. Оскорблённый Тесла немедленно уволился.

Изобретая будущее

В апреле 1887 г. Тесла при поддержке единомышленников основал собственное предприятие Tesla Arc Light Company. Благодаря необыкновенному таланту его основателя, наброски чертежей которого можно было сразу использовать для серийного производства изделий, компания стремительно развивалась и вскоре стала смертельным конкурентом для Томаса Эдисона. Последний тратил уйму времени и денег на эксперименты, а Тесла играючи воплощал в жизнь устройство за устройством, каждое из которых оказывалось гораздо эффективнее эдисоновских. В «Войне токов» (War of Currents), как остроумно называли в американских СМИ конкурентную борьбу Теслы и Эдисона, явный перевес был на стороне «сумасшедшего серба».

В 1887 г. Никола Тесла научно обосновал явление вращающихся магнитных полей. По результатам исследований он получил патент на полифазную систему передачи электрической энергии и индукционный мотор высокой эффективности. С 1887 по 1891 гг. Тесла получил ещё около 40 патентов в этой области.

16 мая 1888 г. Тесла докладывал о своём генераторе переменного тока на заседании Американского института инженеров-электриков. Это было знаменательное событие как для самого учёного, так и для общественности, огромный шаг к популяризации изобретений. Патенты Теслы на индукционный двигатель переменного тока вскоре приобрёл Джордж Вестингауз, чтобы создать на его базе энергетическую систему Вестингауза, контуры которой по сей день прослеживаются в облике современной электроэнергетики.

В 1890-х гг. Тесла начал исследовать высокочастотные токи, построив генераторы с частотой приблизительно 30 кГц. В 1891 г. он изобрёл, а в 1896 г. запатентовал резонансный трансформатор для получения высокочастотного высокого напряжения, который позднее стал известен как «трансформатор Теслы». В этом своём самом известном изобретении Тесла использовал искровой осциллятор для создания колебаний в катушке, состоящей из нескольких витков провода большого диаметра. Внутри этой первичной катушки находилась другая, вторичная, уже из сотен витков тонкого провода. В отличие от обычного повышающего трансформатора, здесь нет ферромагнитного сердечника.

Излагая историю своего изобретения, Тесла писал: «Когда конденсатор разряжается, возникает электрический ток в первичной катушке, который индуцирует колебания во вторичной. Таким образом трансформатор, или индукционная катушка, вызывает электрические эффекты с любыми заданными параметрами и мощностью, немыслимой ранее и легко достижимой сейчас с помощью устройства данного типа».

Обычный повышающий трансформатор создаёт напряжение за счёт уменьшения силы тока. В трансформаторе Теслы всё иначе: он фактически представляет собой два связанных колебательных контура, откуда и происходят его необыкновенные свойства. Для полноценной работы трансформатора колебательные контуры должны быть настроены на одну резонансную частоту. На выходе трансформатора напряжение может достигать нескольких миллионов вольт. Трансформатор Теслы применяется и сегодня на телевидении и радио.

В 1893 г. Никола Тесла сконструировал первый в мире волновой радиопередатчик, тем самым на семь лет опередив Маркони (первенство Теслы в изобретении радио было в 1943 г. признано Верховным судом США) и на два года — Попова. (Эдисон тоже изобрёл радио. — Прим. ред.) Используя радиоуправление, изобретатель создал «телеавтоматы» — самоходные механизмы, управляемые на расстоянии. В Мэдисон-Сквер-Гарден учёный показал небольшие лодочки с дистанционным управлением. А в 1895 г. была введена в строй Ниагарская ГЭС (на тот момент самая большая в мире) с генераторами Теслы.

В Колорадо Спрингс

В 1899 г. Никола Тесла переехал в курортный городок Колорадо Спрингс, расположенный на плато на высоте 2000 м над уровнем моря. Видимо, сильные грозы в тех местах так впечатлили Теслу, что он создал там лабораторию для своих экспериментов.

Никола Тесла в своей лаборатории

За грозами и сопровождавшими их изменениями потенциала Земли Тесла наблюдал с помощью специально сконструированной им установки. Это был трансформатор, один конец первичной обмотки которого заземлён, а второй, заканчивавшийся шаром, поднят на большую высоту. Во вторичную обмотку этого трансформатора был включён регистрирующий прибор. Следя за его записями, Тесла изучал изменение потенциала Земли, включая эффект стоячих электромагнитных волн от грозовых разрядов в атмосфере (сейчас он известен как «резонанс Шумана»).

Затем учёный берётся за ещё более грандиозный эксперимент. Подсоединив к вторичной обмотке трансформатора 60-метровую мачту с медным шаром диаметром 1 м на вершине, Тесла стал подавать на первичную обмотку переменное напряжение в несколько тысяч вольт. Накапливаемые на шаре потенциалы разряжались стрелами молний длиной более 4,5 м. Опыты сопровождались громовыми раскатами, слышными на расстоянии до 24 км. Вокруг башни пылал огромный световой шар. Всю эту электрическую фантасмагорию устраивали не для того, чтобы пугать людей. Цель опытов была иной: за двадцать пять миль от башни разом загорались 200 электрических лампочек. Электрический заряд впервые был передан без проводов, через землю. Кроме того, Тесла доказал возможность искусственного создания стоячей волны.

Наследие Теслы

После 1900 г. Тесла получил множество новых патентов на изобретения в различных областях техники: электрический счётчик, частотомер, водяной насос, ряд усовершенствований в радиоаппаратуре, паровых турбинах и пр. В дальнейшем элементы конструкции турбины легли в основу его нового изобретения, известного под названием «динамо-машина», патент на которую был получен в 1913 г. Имеющая форму турбины, униполярная динамо-машина могла производить электрический ток и после отключения внешнего источника возбуждения. В 1917 г. Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок, а в 1925-1926 гг. в Филадельфии учёный разрабатывал для автомобильной компании Budd бензиновую турбину.

Умер Тесла в преклонном возрасте от болезней в ночь с 7 на 8 января 1943 г. 12 января 1943 г. его тело кремировали, и урну с прахом установили на Фернклиффском кладбище в Нью-Йорке. Позже она была перенесена в Музей Николы Теслы в Белграде.

Как автор чрезвычайно важных открытий и изобретений, Тесла занимает одно из выдающихся мест в истории современной науки и техники. Сложно переоценить его достижения, ведь сегодня для передачи электроэнергии на большие расстояния используют преимущественно переменный ток. Электрогенераторы, описанные учёным, служат главными элементами на ГЭС, АЭС, ТЭС. Электродвигатели, впервые созданные Николой Тесла, используются в современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах. Радиоуправляемая техника широко распространена во всех отраслях и применяется для обеспечения государственной безопасности.

Никола Тесла удостоился высшей почести, доступной для учёного: его именем названа физическая величина — единица измерения магнитной индукции. А его идеи по-прежнему тревожат умы учёных во всём мире.

Униполярный генератор импульсов

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве униполярных генераторов импульсов.

Известны униполярные генераторы постоянного тока, применяемые для питания низковольтных электрических устройств. Среди них наиболее известно двухдисковое динамо Н. Тесла (патент N. Tesla. Dinamo-electric machine, US, №406.968, July 16, 1889), ставшее основой конструкций современных униполярных генераторов (Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. — М.: Энергия, 1980, § 65-7; патенты SU 1739447 и SU 1532989).

Известны также униполярные генераторы импульсов (УГИ), применяемые для питания электрофизических и электротехнологических установок. (Электрические униполярные машины // Под ред. Л.А. Суханова / Л.А. Суханов, Р.Х. Сафиуллина, Ю.А. Бобков. — ВНИИЭМ. — М., 1964 г., 136 с.). Генерация импульсов напряжения в них осуществляется путем реализации периодических коммутаций цепи якоря генератора на нагрузочное сопротивление. Другим способом получения импульсного выходного напряжения известных УГИ является способ реализации периодических циклов форсировки и дефорсировки возбуждения.

Недостатком известных УГИ является то, что для их действия необходима дополнительная аппаратура, производящая коммутации цепи якоря или форсировку — дефорсировку возбуждения, что снижает надежность установки с генератором импульсов.

Другим недостатком известных УГИ является то, что для периодического формирования импульсов выходного напряжения генератора дополнительная аппаратура должна иметь мощность, близкую к мощности генератора, что существенно увеличивает стоимость установки с генератором импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому является УГИ на базе униполярного генератора Форбса (Электрические униполярные машины. // Под ред. Л.А. Суханова / Л.А. Суханов, Р.Х. Сафиуллина, Ю.А. Бобков — ВНИИЭМ. — М., 1964 г., 136 с.). Генератор, вращаемый приводным двигателем, содержит корпус, полюса, обмотку возбуждения, выполненную из двух катушек, включенных последовательно-встречно, и двухдисковый якорь, объединенный с валом.

Недостатком данного униполярного генератора является то, что он не может генерировать импульсы напряжения без дополнительной коммутационной аппаратуры в цепи якоря или без аппаратуры форсировки-дефорсировки возбуждения.

Технической задачей изобретения является создание униполярного генератора импульсов, осуществляющего генерацию импульсов выходного напряжения без дополнительной коммутационной аппаратуры в цепи якоря и без аппаратуры форсировки-дефорсировки возбуждения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в униполярном генераторе, вращаемым приводным двигателем с номинальной частотой, содержащем корпус, полюса, обмотку возбуждения, выполненную из двух катушек, включенных последовательно-встречно, и двухдисковый якорь, объединенный с валом, установлена дополнительная обмотка, индуктивно связанная с обмоткой возбуждения, полюса перед началом эксплуатации размагничиваются, процесс самовозбуждения генератора инициируется токовым импульсом дополнительной обмотки.

Конструкция предлагаемого УГИ приведена на фиг. 1. Для повышения выходного напряжения генератор конструктивно выполнен в виде двух последовательных однодисковых униполярных генераторов А и Б с самовозбуждением, имеющих общие вал и корпус. Верхняя часть фиг. 1 соответствует генератору А, нижняя — генератору Б. Оба генератора заключены в общий корпус 1. Генератор А состоит из продольных и поперечных элементов корпуса 1, полюсов 2, дискового якоря 5, катушки дополнительной обмотки 6, катушки обмотки возбуждения 7. Элементы корпуса и полюса выполнены из стали с низким магнитным сопротивлением и служат для замыкания магнитного потока. Генератор Б имеет аналогичную конструкцию. Оба генератора имеют общий вал 4, выполненный совместно с дисковыми якорями из материала с низким электрическим сопротивлением. Вал установлен в подшипниках 3, закрепленных в корпусе 1. Электрический контакт с дисковыми якорями и валом осуществляется посредством щеток 8, а между дисковыми якорями — через вал 4. Катушки возбуждения генераторов А и Б включены последовательно-встречно и образуют обмотку возбуждения УГИ. Катушки дополнительной обмотки генераторов А и Б включены последовательно-встречно и образуют дополнительную обмотку УГИ. Дополнительная обмотка конструктивно расположена внутри обмотки возбуждения (см. фиг. 1) и индуктивно связана с ней. К выводам якорной цепи УГИ Я₁, Я₂ подключается нагрузка. К выводам дополнительной обмотки УГИ Д₁, Д₂ подключается генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), формирующий, совместно с дополнительной обмоткой, запускающий токовый импульс для процесса начального самовозбуждения. На фиг. 1 стрелками показаны направление вращения якоря ω, направление действия момента приводного двигателя М_С, направление действия электромагнитного момента генератора М_ЭМ, а также магнитные линии поля обмотки возбуждения.

На фиг. 2 приведена схема подключения обмоток униполярного генератора импульсов. На схеме показаны катушки обмотки возбуждения, включенные последовательно-встречно в цепь якоря между щетками и выводами Я₁, Я₂. Там же показаны включенные последовательно-встречно катушки дополнительной обмотки, выводы которой Д₁, Д₂ подключены к ГПИ. Ключ К предназначен для соединения цепи якоря УГИ с нагрузкой, имеющей сопротивление R_n. Стрелками показаны направления тока якоря i, выходного напряжения УГИ u, моментов М_ЭМ, М_С и частоты вращения якоря ω. ГПИ питается от маломощного источника постоянного тока.

УГИ работает следующим образом. С определенной частотой он создает на валу незатухающие отрицательные импульсы электромагнитного момента М_ЭМ, под действием которых частота вращения якоря ω снижается. В промежутки времени между импульсами частота вращения якоря увеличивается под действием момента М_С. При колебаниях частоты вращения ЭДС якоря, ток якоря i и напряжение на нагрузке iR_n приобретают форму заостренных импульсов. Последовательное включение обмотки возбуждения в цепь якоря УГИ способствует высокой крутизне импульсов выходного напряжения и его стабильности при изменениях нагрузки.

Перед началом эксплуатации УГИ требуется размагничивание остаточной намагниченности полюсов. Процесс размагничивания, при необходимости, может быть повторен и в ходе эксплуатации. Контролировать остаточную намагниченность полюсов можно по напряжению на выводах Я₁, Я₂ при номинальной частоте вращения якоря УГИ и разомкнутом ключе К (см. фиг. 2). При любом направлении вращения якоря это напряжение должно быть равно нулю. Напряжение величиной более 3% от номинального свидетельствует о необходимости размагничивания.

Перед запуском частота вращения якоря УГИ доводится приводным двигателем до номинальной и замыканием ключа К (см. фиг. 2) подключается нагрузка. Якорь УГИ будет вращаться с номинальной частотой, но, из-за отсутствия остаточного намагничивания полюсов, самовозбуждения не произойдет, а обмотки УГИ и нагрузка будут обесточены. Запуск УГИ происходит при подаче прямоугольного импульса с ГПИ на дополнительную обмотку Д₁, Д₂ (см. фиг. 2). Появившийся под его действием в дополнительной обмотке ток трансформируется в обмотку возбуждения УГИ в виде запускающего токового импульса, который инициирует процесс самовозбуждения. Далее УГИ самовозбуждается так же, как обычные генераторы постоянного тока параллельного возбуждения (Вольдек А.И. Электрические машины: учебник для студентов ВУЗов. — 3-е изд. — Л.: Энергия. — 1978, § 9-4) с той разницей, что лавинообразно растет не только ток возбуждения, но и совпадающий с ним ток якоря. После начального самовозбуждения УГИ переходит в рабочий режим, а дополнительная обмотка и ГПИ отключаются. Прямоугольный импульс ГПИ и запускающий токовый импульс величиной i₀ показаны на фиг. 3. Длительность и величина импульса ГПИ выбираются из расчета обеспечения

i₀~(0,005-0,05)I_n,

где I_n — номинальный ток УГИ.

Пока момент М_ЭМ меньше момента М_С, частота вращения якоря ω растет под действием момента М_С. При этом униполярный генератор самовозбуждается. Рост ω сопровождается характерным для самовозбуждения лавинообразным нарастанием тока i в обмотке возбуждения и таким же нарастанием величины момента М_ЭМ и ЭДС в дисковых якорях генератора А

и генератора Б (см. фиг. 1)

где L_f — главная индуктивность обмотки возбуждения. Таким образом, со стороны дисковых якорей к валу прикладывается короткий импульс отрицательного электромагнитного момента

Под его действием частота вращения якоря, ЭДС якоря, ток якоря и, в результате, электромагнитный момент резко снижаются, а генератор в значительной мере теряет возбуждение. Далее все процессы повторяются. Импульсная форма тока якоря обеспечивает такую же форму выходного напряжения УГИ

В соответствии со схемой на фиг. 2 и формулами (1)-(4) математическая модель УГИ включает в себя следующие уравнения

где уравнение (5) описывает цепь якоря, уравнение (6) задает баланс моментов на валу, выражения (7), (8) задают начальное состояние УГИ, выражения (9), (10) связывают электромагнитный момент и выходное напряжение с током якоря. В (5)-(10) J — момент инерции вращающихся масс, ω_n — номинальная частота вращения якоря, (ΣL), (Σr) — суммарные значения индуктивности и активного сопротивления короткозамкнутой якорной цепи, включающие индуктивности и активные сопротивления щеточных контактов, щеток, обмотки возбуждения, участка вала между дисками якоря, дисков якоря и соединительных проводов.

Расчет процессов в устройстве был проведен по модели (5)-(10) в относительных единицах. В качестве базовых были приняты следующие величины: для моментов сил — номинальная величина момента приводного двигателя M_Cn, Н*м; для тока — номинальное значение тока , А; для напряжения — номинальное падение напряжения I_n(Σr) В; для времени — постоянная времени короткозамкнутой якорной цепи Т=(ΣL)/(Σr), с; для частоты вращения — величина T^-1, с^-1; для индуктивностей — величина (ΣL), Гн; для активных сопротивлений — величина (Σr), Ом; для момента инерции — величина M_CnT², кг*м².

Математическая модель (4)-(8) в относительных единицах имеет вид

Номинальными значениями частоты вращения ω_n и тока якоря I_n УГИ являются их значения в точке статического равновесия. В соответствии с выражениями (11), (12) и (15) модели, при М_С=1 о.е.

I_n=1 о.е.

Аналогичные выражения в абсолютных единицах при М_С=M_Cn

Расчет режима работы УГИ производился для L_f=0,9 о.е., J=15 о.е., М_С=1 о.е., R_n=15 о.е. Начальные значения переменных составляли i(0)=0.01 о.е., ω(0)=17,8 о.е. На фиг. 4 приведены графики зависимостей выходного напряжения u, частоты вращения якоря ω и электромагнитного момента М_ЭМ УГИ от времени, выраженные в относительных единицах. При величине постоянной времени T=0,01 с частота пульсаций выходного напряжения составляет 4 Гц. На фиг. 5 показана фазовая траектория УГИ ω(i), также выраженная в относительных единицах. Пересечением пунктирных линий показана точка статического равновесия. Графики свидетельствуют о том, что УГИ генерирует незатухающие импульсы выходного напряжения без дополнительной коммутационной аппаратуры в цепи якоря и без аппаратуры форсировки-дефорсировки возбуждения, реализуя тем решение поставленной технической задачи. Отсутствие дополнительной аппаратуры позволяет повысить надежность и снизить стоимость установки с униполярным генератором импульсов.

Униполярный генератор импульсов, вращаемый приводным двигателем с номинальной частотой, содержащий корпус, полюса, обмотку возбуждения, выполненную из двух катушек, включенных последовательно-встречно, и двухдисковый якорь, объединенный с валом, отличающийся тем, что в нем установлена дополнительная обмотка, индуктивно связанная с обмоткой возбуждения, полюса перед началом эксплуатации размагничиваются, процесс самовозбуждения генератора инициируется токовым импульсом дополнительной обмотки.

Науково-дослідницька робота «Уніполярний двигун»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

                     І.Введение:…………………………………………с. 3

                     ІІ. Из истории развития униполярных двигателей:

• Открытия Майкла Фарадея: ………………с. 4
• Парадокс Фарадея………………………….с. 6
• Никола Тесла.

Самоподдерживающий генератор…………с.7

           ІІІ. Принцип действия униполярного генератора…с.8

                    ІV.Эксперимент………………………………………с.12

           V. Заключение……………………………………….с.14

                    VІ. Литература: ………………………………………с.16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ:

          Двигатель — это прибор, который преобразует любую энергию в механическую. Самым любопытным для меня стал двигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую.

Самые известные модели униполярного двигателя – Николы Тесла и Майкла Фарадея. Изучив литературу и материалы в интернете про униполярные генераторы, я раскрыл для себя секреты униполярной индукции.            В Большом энциклопедическом словаре написано: «В технике униполярные машины используются редко, т.к. они являются токовыми машинами, т.е. дают большой ток (до 100кА), но маленькое напряжение (1 – 10В). Они применяются в электрохимии, при электросварке, в ускорителях заряженных частиц, для питания электромагнитов, в установках электроискровой обработки металлов, как источник питания жидкометаллических насосов постоянного тока и др.»                                                              

 В промышленных униполярных генераторах используются не постоянные магниты, а тороидальные катушки возбуждения. В экспериментальных установках получают ток до миллиона ампер. Особый класс униполярных генераторов составляют ударные униполярные генераторы, которые при торможении дают очень большие и короткие импульсы тока. Например, от такого генератора питается ТОКАМАК в Канберрском университете в Австралии. Такие мощные импульсы тока хороши для питания перспективных электромагнитных орудий сверхвысокой кинетической энергии.

Мне показалось, что униполярные двигатели имеют перспективу развития, поэтому мною и была выбрана данная тема исследования.  Прежде всего я поставил перед собой цели и задачи, которые надеюсь решить в результате данной работы.

Цель работы: понять связь между электричеством и магнетизмом.

Задачи:   

1. Узнать подробнее об изобретателях Майкле Фарадее и Николе Тесле.
2. На простейших устройствах понять, как работает униполярный двигатель, изучить теорию униполярной индукции, расширить свои знания по физике.

                                              ОТКРЫТИЕ МАЙКЛА ФАРАДЕЯ

  Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791года в Лондоне.

 Всемирную славу М. Фарадею принесли электрические исследования.

   Фарадей, узнав об открытии Эрстеда, тщательно изучил литературу по этому вопросу и выступил в 1821-1822г. со статьей «Опыт истории электромагнетизма». Статья Фарадея подсказывала мысль о наличии вращения магнита вокруг тока, хотя Фарадей, стал думать о том, как экспериментально обнаружить вращение. Ему удалось обеспечить действие тока лишь на один из полюсов магнита и с помощью ртутного контакта осуществить непрерывное вращение магнита вокруг проводника с током. Тогда же, в 1821г. Фарадей записал в своем дневнике задачу: превратить магнетизм в электричество. В этом же году Фарадей доказал экспериментально, что отдельный магнитный полюс, помещенный вблизи проводника с током приходит в непрерывное вращение. Ученому пришлось проявить немало изобретательства, чтобы придумать такое расположение проводника, при котором действию тока подвергался только один полюс. Магнит в опыте Фарадея безостановочно вращался, пока цепь была замкнута. Это был первый электродвигатель, который потом назовут униполярным. Он заработал в декабре 1821 года.

   Установка Фарадея: к металлическому коромыслу подвешены две проволоки, левая неподвижно соединенная с коромыслом, а правая закреплена так, что может вращаться. Концы проволок опущены в чашечки с ртутью, в которых вертикально установлены полосовые магниты так, что магнит слева может вращаться, а правый закреплен неподвижно. При замыкании цепи магнит слева вращается вокруг неподвижного проводника; в правой чашечке проводник вращается вокруг неподвижного магнита.

     Через несколько дней после открытия электромагнитной индукции Фарадей делает набросок пером на бумаге и строит первый в мире униполярный электрогенератор, наиболее сложный по принципу действия.    Радиус вращающегося диска проходит сквозь магнитное поле и вдоль радиуса генерируется ЭДС. Электрические заряды одного знака скапливаются на периферии, а заряды противоположного знака – на оси диска. Если замкнуть цепь с помощью скользящих контактов, то возникает ток от оси вдоль радиуса и через внешнюю цепь назад к оси. Подобный генератор работает неплохо, но в нем не особенно эффективно использованы конструкционные материалы и занимаемое пространство. С немалыми трудностями связано снятие больших токов с помощью скользящих контактов. Униполярный генератор, предложенный Фарадеем, был очень красив по принципу действия, но не был удобен для практического использования. В лучшем случае он мог служить изящным украшением физических лабораторий, никому и в голову не приходило, что устройство можно использовать практически.

ПАРАДОКС ФАРАДЕЯ

Закон электромагнитной индукции, сформулированный Фарадеем, рассматривал проводящий контур, пересекающий линии магнитного поля. Однако в случае диска Фарадея магнитное поле было направлено вдоль оси вращения, контур относительно поля не перемещался. Наибольшее жеудивление вызвал тот факт, что вращение магнита вместе с диском также приводило к появлению ЭДС в неподвижной внешней цепи. Так появился парадокс Фарадея, разрешённый только через несколько лет после его смерти с открытием электрона — носителя электрического заряда, движение которого обуславливает электрический ток в металлах.

Наглядно видимая парадоксальность униполярной индукции выражается ниже в таблице 1. Восклицательным знаком отмечен результат, интуитивно не объяснимый — возникновение тока в неподвижной внешней цепи при одновременном вращении диска и закреплённого вместе с ним магнита

 

Магнит	Диск	Внешняя цепь	Напряжение
Неподвижен	Неподвижен	Неподвижен	Отсутствует
Неподвижен	Вращается	Неподвижен	Есть
Неподвижен	Неподвижен	Вращается	Есть
Неподвижен	Вращается	Вращается	Не определено
Вращается	Неподвижен	Неподвижен	Отсутствует
Вращается	Вращается	Неподвижен	!      Есть
Вращается	Неподвижен	Вращается	Есть
Вращается	Вращается	Вращается	Не определено

НИКОЛА ТЕСЛА. САМОПОДДЕРЖИВАЮЩИЙ

ГЕНЕРАТОР, ИЛИ СЕКРЕТЫ УНИПОЛЯРНОЙ ИНДУКЦИИ

Последовательное же объяснение явления униполярной индукции даётся работами Н. Тесла.

Никола Тесла  — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился 10 июля 1856   в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США. В 1891г получил гражданство США. По национальности — серб.

Именем Н. Теслы названа единица измерения плотности магнитного потока (магнитной индукции). Среди многих наград учёного — медали

Э. Крессона, Дж. Скотта, Т. Эдисона.

Современники-биографы считают Теслу «человеком, который изобрёл XX век»

Униполярный двигатель-генератор Тесла относится к дисковым   динамо — машинам первоначально исследованным М. Фарадеем.
Никола Тесла в 1889 г. запатентовал собственное устройство, работающее на принципе униполярной индукции — Динамо электрическую машину, которая отличалась простотой конструкции и повышенной эффективностью, но основным преимуществом конструкции было оригинальное решение проблемы контактных узлов. Патент США № 406968. 
В патенте автор пишет следующее: Чтобы сделать корпус с двумя силовыми магнитными полями, я отливал основание с интегрированными двумя частями магнита — полюсами B. К корпусу я присоединял болтами E к отливке D, с двумя подобными и соответствующими частями магнита — полюсами C. Части полюса B

предназначены для производства силового поля определенной полярности, а части полюса C предназначены для производства силового поля противоположной полярности. Валы управления F и G пронзают полюсы и вращаются в изолированных подшипниках в отливке D.
H и K — диски или генерирующие проводники. Они изготовлены из меди, латуни, или железа и прикреплены к соответствующим валам. Они снабжаются широкой периферийной, отбортовкой J. Конечно, очевидно что диски могут быть изолированными от их валов, если нужно. Гибкий металлический пояс L проходит через фланцы двух дисков, и, если нужно, может использоваться, чтобы вращать один из дисков. Я предпочитаю, однако, использовать этот пояс просто как проводник, и для этой цели может использовать тонколистовую сталь, медь, или другой соответствующий металл. Каждый вал, снабжается шкивом управления М, через который передается мощность извне. 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УНИПОЛЯРНОГО ГЕНЕРАТОРА

Принцип действия униполярного генератора простой. На электроны, находящиеся в диске, действует Сила Лоренца, являющаяся векторным произведением напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником в результате вращения диска. Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем.

Наглядное изображение действие Силы Лоренца

где  – сила Лоренца,  – заряд частицы,  – модуль вектора индукции магнитного поля,  – скорость частицы,  – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения.

Униполярным двигателям  и генераторам,  как  в  прошлом,  так  и  в настоящем,  уделяется большое  внимание. Хотя  используются  такие  моторы  и  генераторы  в  специфических условиях. Например, когда надо получить постоянный электрический ток большой величины, но при малом напряжении.

  Или  получить мотор,  работающий  от мощных аккумуляторов небольшим напряжением, таких как магнето на автомобилях, тракторах и т.п.

До сих пор не решена загадка движения униполярного двигателя Фарадея. Дело в том, что изобретенный им двигатель вращается вопреки физическим законам. Ученые не могут пока преодолеть парадокс движения. В  отличие  от  других  электрических  машин,  такой  генератор  имеет 

чрезвычайно  низкую  ЭДС  (от  долей  до  единиц  вольт)  при  низком внутреннем сопротивлении и большом токе; равномерность получаемого 

тока, отсутствие необходимости коммутировать его коллектором ротора,  или  выпрямлять  полученный  другими  машинами  переменный  ток  внешними  коммутирующими  или  электронным  приборами; большие собственные потери энергии протекающих по диску обратных токов, его бесполезно нагревающих. Эта проблема частично решается  в  конструкциях  двигателей  и  генераторов  с  жидким 

 проводящим  токосъёмником  по  всему  периметру  диска.  Сочетание  этих свойств обусловило очень узкие сферы применения этого типа генераторов — ушей силы в его двигателе, в котором функционирует вращающийся магнит-ротор.

     Любой человек, знакомый с элементами электротехники, знает, что обычные электродвигатели состоят из неподвижного статора и вращающегося ротора. В качестве статора используются два вида магнитов: постоянный или электромагнит (постоянный или переменный). Как правило, в моторах устанавливается переменный электромагнит. Вращение ротора происходит за счет притягивания и отталкивания его от статора, таким образом, ротору передается непрерывное движение.

          Если ротор притягивается к статору, то и статор притягивается к ротору. Если ротор отталкивается от статора, то и статор отталкивается от ротора. На двигателе Фарадея отсутствует статор. Ротору в этом случае не от чего отталкиваться. В соответствии с известными законами физики  двигатель не должен вращаться. А он вращается.

ЗЕМЛЯ – ПРИРОДНЫЙ УНИПОЛРНЫЙ ИНДУКТОР

Современная наука рассматривает разные гипотезы о причинах земного магнетизма: а) создание токов на поверхности и внутри Земли за счет ее вращения; б) гиромагнитный эффект; в) термоэлектрический ток в ядре; г) теория динамо и др.

    Наиболее популярная в последнее время  «теория геомагнитного динамо». Результаты геологических исследований позволяют считать, что в центре Земли находится жидкое электропроводящее ядро. Радиус ядра примерно 3900км. Согласно теории динамо, токи в ядре образуются за счет  электромагнитной индукции при вращательном движении проводящего ядра в магнитном поле. Магнитное поле создается тем же током. Таким образом, магнитное поле само себя поддерживает. Однако для начала такого процесса должно быть «затравочное « поле. Одно из наиболее простых объяснений создания «затравочного» поля – намагничивание присуще любому вращающемуся телу. Эта мысль была высказана еще в начале ХХ века П.Н.Лебедевым. В его опытах делалась попытка обнаружить намагничивание, создаваемое вращающимся стержнем. Техника того времени не позволила зафиксировать результат.

По оценке  величина магнитного поля, возникающего при вращении Земли, составляет  0, 00000000001 долю существующего магнитного поля.  Возникнув, оно могло усилиться за счет действия  «геомагнитного» динамо. По другим версиям:  начальное поле  — это чрезвычайно слабое магнитное поле, которое пронизывает всю Вселенную, или термоэлектрические токи в земном ядре.

   Итак, наша планета Земля является вращающимся магнитом, а значит, представляет собой униполярный индуктор (генератор). Свободные электрические заряды ее проводящих сред (ионосфера, моря, недра) подвержены действию силы Лоренца. Возникает глобальное перераспределение зарядов, генерируется ЭДС униполярной индукции. Видимо, это должно влиять на природные процессы на Земле: на климат, электрические явления в атмосфере. Но все это еще нужно изучать.

 

                                           

ЭКСПЕРИМЕНТ

Цель: изготовить униполярный  двигатель, рассмотреть принцип его действия.

Оборудование: источник тока (пальчиковая батарейка), магнит, медные проводники, соединительные провода, вольтметр (амперметр).

Инструкция (процесс сборки и результат)

1. Поместить магнит на отрицательный контакт батарейки. Используемый в примере магнит 1,25 см в диаметре и 0.65 см толщиной. Подойдет любой магнит похожего размера, но обычные керамические магниты слишком слабые, поэтому лучше использовать неодимовый.
2. Если проволока имеет изоляцию, то ее необходимо снять. Согнуть проволоку в любую понравившуюся форму, убедившись, что получившийся контур имеет хороший контакт с положительной клеммой батарейки и по окружности магнита. Придание проволоке красивой и функциональной формы требует определенного терпения. За основу можно взять формы приведенные на фотографиях.
3. Отбалансировать контур на батарейке и, внося в него изменения, добиться чтобы он вращался легко и быстро. Заряда батарейки хватит на несколько минут работы.

Опыт І. (Проведен согласно инструкции)

 

 

 

 

 

 

        Результаты эксперимента:

1.При замыкании цепи наблюдалось быстрое вращение проволочной рамки  по часовой стрелке.

2.При повороте магнита на 180  ̊ вращение рамки происходит против часовой стрелки.

3.Если поменять полюса батарейки при вращении рамки против часовой стрелки, то меняется и направление вращения.

4. При использовании пальчиковой батарейки типа ААА, опыт не удается,

необходима более мощная батарейка типа АА.

5.Форма рамки не влияет на скорость вращения.

6. При использовании ферритового магнита опыт не удается, необходим сильный неодимовый магнит.

Объяснение: на свободные заряды, движущиеся радиально от оси магнита к его ободу или наоборот, в магнитном поле действует сила Лоренца, направление которой определяется правилом левой руки. В результате образуется пара сил, вращающих проводник. При недостаточно хорошем электрическом контакте и слабой батарейке  или магните вращение не очень быстрое.

Опыт ІІ.

Шуруп с магнитом подвешен на положительном электроде батарейке. Шуруп намагничивается и прилипает к батарейке острием, один конец провода соединяется с минусом батарейки, второй конец приближаем к головке шурупа с магнитом. Как только контакт касается магнита, шуруп начинает быстро вращаться.

 

 

 

 

Вывод: хотя конструкция униполярного двигателя проста, для понимания его принципа работы надо хорошо знать теорию электромагнитных явлений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  Мне нравится заниматься техническими вопросами. Проведя данную работу, я узнал много нового и неожиданного о   униполярном   двигателе и генераторе, о применение этих устройств. Я столкнулся с практическими проблемами эксперимента: подбор деталей, изготовление рамок, планирование опытов, поиск информации, оформление отчета о работе. Эта работа еще раз подтвердила, что научная теория и инженерная мысль  неразделимы. Подобные безроторные и вообще униполярные двигатели и генераторы (которые я изучал) пока маломощны и имеют невысокий КПД. Но уже сегодня просматриваются области их применения, например, в приборостроении. Особенно привлекает то, что двигатель не имеет статора и реактивного момента. А кроме того, если эти двигатели и генераторы действительно изменят наше представление о магнитном поле, практическая ценность их может оказаться огромной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. А.В.Перышкин «Физика-8-9» М. Дрофа,2003г.

2. П.С.Кудрявцев  «Курс истории физики» М. Просвещение, 1982г.

3. Ф.М.Дягилев «Из истории физики и жизни ее творцов» М.Просвещение, 1986г.

4. «Первое сентября». Физика земного магнетизма. №4 2003г., стр.10-17.

5. Физический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия,1960г.

6. http://fiziks.org.ua/samyj-prostoj-v-mire-elektrodvigatel/#more-313

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор халявы — «Хакер»

При споре с умным человеком у
собеседника два выхода:
первый – признать свою неправоту,
второй – назвать своего оппонента
сумасшедшим.
Ясно, что второе гораздо легче…

Зачем?

А может за что? Сразу должен предупредить
– статья не имеет отношения к кодингу,
хакингу, фрикингу и прочим отраслям
народного хозяйства :). Для тех, кто хочет
знать, что нас ждет в будущем. Почему Чубайс
уйдет на незаслуженную пенсию, мы скоро
будем пользоваться халявным
электричеством, расплатимся с долгами
России, а потом, глядишь, и всех буржуев
крепко поимеем. Но если уж взялся читать –
прочитай до конца. Или хотя бы конец :).

Для тех, кому того и другого и побольше

Когда-то, когда компьютеры были большими,
а я был маленьким. Когда у нас на дворе было
светлое будущее, а вместо сердца пламенный
мотор. Когда генетика, голография и
квантовая механика с кибернетикой были
лженауками, а за то, что ты допускаешь
существование НЛО, тебя исключали из
Академии наук, лишая всех званий, не смотря
на заслуги перед отечеством. Когда… ну, в
общем, тогда :). Читал я воистину хакерский
по тем временам журнал – “Юный техник”. И,
как настоящий пионеро-комсомольский
октябренок, я выискивал в вышеупомянутом
журнале инфу, которую можно нехило замутить
в пользу самого себя. А именно –
всевозможные мини-халявки, типа солнечных
батарей на крыше (тогда еще было, где их
скоммуниздить : ) или вроде того. Дабы не
напрягать читателя списком того, что я
выискивал (ведь думать вредно, ты уже читал?
:), я назову только одну вещь, которую я
действительно ХОТЕЛ найти, о ней собственно
вся статья. Perpetum mobile. Сейчас объясню, какого
такого первого мая я тут матерюсь, как
последний латын 🙂 . Кому не по душе халява (что,
и такие есть?!) – тем два часа в холодной
ванне, остальные – слушайте: PM – это вечный
двигатель. Для тех, кто в танке – вечный
двигатель это не “вечно закатывающиеся
шарики за ролики”, а просто двигатель с КПД
> 100%, т.е. отдающий энергии больше, чем
получает. Выходит речь здесь пойдет о
реально нехилой халяве, а как у кого шарики
катаются – дело нетленных Бивиса и
Баттхэда.

Ну вот, читаю я стопочку ЮТ, запиваю
кефиром и неожиданно, в статье о
предполагаемом устройстве движителей
различных типов НЛО, натыкаюсь на что-то
дельное. Обычно в заметках подобного типа
не встретишь ничего, кроме поддельных фоток
и сумбурных показаний очевидцев, а тут
наоборот – все чистенько, чертежи (кстати,
почти настоящие :), упоминание Николы Тесла
и прочая скука. И скромный такой абзац о том,
что русские ученые создали несколько
моделей действующих генераторов с КПД>100%.
Маленькими такими буковками… незаметно. Ну,
я и плюнул на это дело, подумал – фуфло
гонимое. Но, через год на меня как будто
напали, попал на конференцию посвященную
этим генераторам, затем в НИИ, где ими и не
только ими занимались местные ученые. И
пошло-поехало.

Что за #$@%?

Действительно, что за… Спокойно,
медсестра – передайте скальпель 🙂 . Мы эти
генераторы слегка препарируем. Итак, что у
нас внутри? Пациент подсказывайте! Первое и
самое главное – им не нужно топливо.
Некоторым вообще, некоторым нужно, но лишь в
начале, для разгона. Это зависит от
конструкции. Генераторы эти называются
спин-торсионными. Это название означает,
что генераторы эти при работе создают и
взаимодействуют с торсионными полями,
полями вращения. Эти поля создаются любым
вращающимся телом. Официальная наука долго
не хотела признавать даже возможности
существование таких полей. Но за их
существование говорили многие факты.
Первой была теория японского ученого
Утиямы. В самом упрощенном изложении суть в
следующем. Известно, что так называемые
универсальные поля — электромагнитное и
гравитационное — порождаются элементарными
частицами. Утияма высказал предположение:
если частицы обладают набором независимых
параметров, то каждому должно
соответствовать свое поле. Заряду
соответствует электромагнитное поле, массе
— гравитационное. И здесь сомнений нет. Ну а
спину, характеризующему вращение частицы
вокруг своей оси? Если теория Утиямы верна,
торсионное поле обязано быть. И второе –
существовало множество явлений, которые
шли в разрез с “нормальной” физикой, и
большинство этих явлений было связанно с
вращающимися объектами. Существование
таких полей объясняло все эти нестыковки.
Должен сказать, что теория эта не
единственная и не самая удачная, я не
являюсь ее поклонником. Я вообще не являюсь
поклонником физики 🙂 , я поклонник халявы 🙂 .
И по сему, расскажу о том, какие из известных
мне конструкций реально осуществимы на
практике.

Первый тип – с вращающимися частями,
модели мне известно две.

Первая, без чертежа, так как очень он
довольно сложен. Из постоянных магнитов,
собирается, в соответствии с расположением
полюсов, колесо радиусом ~ 1,5 метра. Вокруг,
собирается электромагнит, с обмоткой,
способной выдержать высокий вольтаж и силу
тока (до нескольких сотен ампер, иногда выше).
Таким образом, у нас вышел просто на просто
– униполярный двигатель, такой можно найти
в пылесосе или вентиляторе. Правда, не таких
размеров 🙂 .

Работать этот монстр начнет не сразу. Его
еще надо раскрутить и не хило. Для этого
желательно под рукой держать подстанцию,
которую не жалко J . И в запасе еще парочку
таких движков, так как он может взорваться
от центробежной перегрузки, потому что
скорость рабочего вращения для 2-х
метрового радиуса около 100об/сек, причем,
чем меньше радиус, тем больше необходимая
скорость вращения. А еще он может
прикинуться НЛО и улететь, если вовремя не
начать снимать излишки энергии. Такой
случай уже был J . Дело в том, что эти
генераторы не чисто торсионные – они
активно взаимодействуют с гравитационным
полем Земли. Как ты уже понял, конструкция
эта довольно взрывоопасна.

Вторая конструкция выглядит примерно так:

1. Оболочка, желательно платиновая 🙂 . Но
   можно и титановую :).
2. Очень инертная жидкость, желательно
   ртуть.
3. Контакты, снимающие разность
   потенциалов.

Опять же необходимо предварительное
раскручивание. Как побочный эффект области
пониженной и повышенной гравитации,
соответственно под и над вращающейся
емкостью. Плюс всё те же коврижки с
опасностью использования.

Второй тип таких генераторов – без
движущихся частей. Это, например, может быть
множество конусов (или пирамид),
изготовленных по пропорциям золотого
сечения, направленных на полупроводящую
поверхность, типа солнечной батареи.
Приблизительно его действие можно описать.
Возникающая, в вакууме поперечная спиновая
поляризация провоцирует появление в
солнечной батарее, так называемых “дырок”
J , дырка – это отсутствие электрона, они
тоже могут быть (есть и будут есть)
носителями тока.

Дык че ж?!

Ты хочешь спросить: раз все это работает и
давно известно, то какого хана это все не
используют до сих пор?! В том то и дело, что “Ж”,
с двумя “П”! Вот ты прочитал, как они
работают. Чего-нибудь понял? Не читал? Тем
более! Физики и сами не понимают, как это
работает, а теории, существовавшие до сих
пор, не могут дать нормального объяснения
или сами выглядят как бредни сумасшедшего.
А чтобы открытие или, хотя бы изобретение,
зарегистрировать, надо объяснить принцип
действия. А как его объяснить, если
официальная наука не признает возможности
существования двигателей с КПД>100%. НЕТ ИХ
В ПРИРОДЕ, ДАЖЕ ЕСЛИ ОНИ ЕСТЬ! А как получить
деньги на внедрение в производство того,
чего нет? Никак :).

Что делать?!

Ничего. Во всяком случае, официально –
ничего. А подпольно проводились опыты. Люди
просто жили в лабораториях. Что-то
испытывали, что-то придумывали. Работали,
пили…

Я был в одной такой лаборатории. Ее
обитатель проводил опыты с магнитами,
точнее с необычными их свойствами. Из его
рук вышли официально теперь уже признанные:
Магнитные подшипники из НЕ магнитного
материала, кстати идеальные для наших
генераторов с их скоростью вращения.
Вентилятор БЕЗ движущихся частей.
Магнитные “дыры”, это эффект, когда
постоянные(!) магниты на некотором
расстоянии (например, 1 см) друг от друга
сменяют (!!) притягивание на отталкивание.
Последнее открытие купили Японцы – и
делают теперь игрушечные грузовики с
прицепами, без видимых креплений. Нас, как
всегда опередили :).

Все это время, пока никто не хотел верить
– мы с моим другом занимались сбором инфы и
этих генераторов. Но видно поздно занялись.
Через пятнадцать лет.

А теперь ВНИМАНИЕ:

13 июля, в пятницу по РТР, то есть по
ГОСУДАРСТВЕННОМУ ТЕЛЕВИДЕНИЮ было сделано
открытое заявление о том, что, цитирую:

“…русскими учеными был открыт новый
источник энергии, который не требует
внешних топливных затрат и обладает
свойствами, делающими его пригодным для
использования в создании летательных
аппаратов наподобие НЛО. Внутреннее его
устройство засекречено (ну-ну :). Ученые,
обнародовавшие открытие, написали письмо
президенту Российской Федерации с просьбой
о внедрении изобретения в производство…”

Без комментариев.

Ресурсы:

http://www.ya.ru –
здесь набираешь “бестопливные генераторы
торсионные”, правда без кавычек, и
получаешь кучу ресурсов по этим
генераторам.

Я не издеваюсь, просто ресурсов СЛИШКОМ
много.

Принцип работы униполярного динамо Тесла

Конструкция

Tesla отличалась от конструкции Фарадея по двум основным причинам. Сначала он использовал магнит большего диаметра, чем диск, так что магнит полностью покрыл диск. Во-вторых, он разделил диск на секции со спиральными кривыми, расходящимися от центра к внешнему краю.

В униполярном генераторе Фарадея «ток», как заметил Тесла, «поэтому настроенный не будет полностью проходить через внешнюю цепь … и … намного большая часть генерируемого тока не будет появляться извне …» ⁽⁷⁾ Благодаря тому, что магнит полностью покрыл диск, Тесла использовал всю поверхность диска для генерации тока, а не только небольшую часть, непосредственно прилегающую к стержневому магниту, как это произошло в устройстве Фарадея.Это не только увеличивает количество генерируемого тока, но, заставляя ток перемещаться от центра к внешнему краю, делает весь этот ток доступным для внешней цепи.

Что еще более важно, эти модификации конструкции Фарадея устранили одну из самых больших проблем в любой физической системе — реакцию на каждое действие. Именно эта реакция сводит на нет все усилия, прилагаемые к первоначальному действию. В электрической системе, если есть два витка проволоки, намотанные рядом друг с другом, и ток проходит через провод, ток, проходящий через первый контур, создает магнитное поле, которое будет работать против тока, проходящего через второй контур.

Спиральные деления в диске заставляют ток проходить полный радиус диска или, как в его альтернативной версии генератора, совершать полный обход внешнего края диска. Поскольку ток течет по большому кругу на ободе диска, магнитное поле, создаваемое током, не только не действует против полевого магнита над круглой пластиной, как в обычных генераторах, но фактически усиливает магнит. Так как диск перерезает магнитные линии, чтобы произвести ток, ток, исходящий от диска, усиливает магнит, позволяя ему производить еще больший ток.

Как и обычные генераторы постоянного тока, униполярное динамо-машина также функционирует как двигатель, если ток подается на диск, находящийся под магнитом, и это, по-видимому, последний элемент, который может сделать устройство самоподдерживающимся, то есть способным генерировать ток после отключения от внешнего источника движения, например падающей воды или пара.

Вращение запускается, например, двигателем, питаемым от сети. И генератор, и моторный диск установлены в магнитном корпусе.По мере того, как диски набирают скорость, возникает ток, который, в свою очередь, усиливает магниты, что приводит к генерации большего тока. Этот ток, вероятно, сначала направляется на диск двигателя, что увеличивает скорость системы. В определенный момент скорость двух дисков достаточно велика, чтобы магнитное поле, создаваемое током, имело силу, чтобы поддерживать динамо-двигатель в работе самостоятельно.

Какой процесс мог поддерживать работу униполярного динамо-машины после пуска с питанием, на данный момент является предположением, однако важны две особенности генератора.Во-первых, когда в цепь добавляется резистивная нагрузка, например, лампочка, она снижает напряжение в центре диска. Это более низкое напряжение в центре означает, что существует большая разница в напряжении между центром и внешним краем диска, чем была до того, как была добавлена ​​лампочка. По мере увеличения разницы между центром и внешней стороной динамо-машина работает более интенсивно и увеличивает ток. Во-вторых, что еще более важно, динамо-машине требуется либо очень мало энергии, либо ее отсутствие, потому что ток, исходящий от генератора, выполняет двойную функцию.Ток заставляет лампочку светиться, но на пути от генератора к нити накала в лампе он проходит путь, который увеличивает импульс динамо-машины и, следовательно, потребляет энергию с очень низкой скоростью. Казалось бы, процесс продолжается до тех пор, пока тепловые потери в нити накала не сравняются с энергией вращения маховика генератора.

С точки зрения критериев Эльзассера для самоподдерживающегося генератора, униполярное динамо Тесла ближе всего подходит к условиям лучшего электрического проводника.Дело не в том, что используется новый материал, а в том, что применяется новая геометрия, чтобы ток не создавал свои собственные противодействующие силы. Это похоже на лучший проводник, но не эквивалентно.

Независимо от того, является ли динамо-машина на самом деле «бестопливным» генератором, это кажется гениальным инженерным достижением, которое берет один из основных принципов природы, равное и противоположное действие для каждого действия, и поворачивает его с помощью новая геометрия схемы в реакцию, которая добавляется к исходному действию.Вместо противоположной реакции, замедляющей систему, которая ее создала, реакция добавляет системе энергии.

Тесла, однако, не удовлетворился своим механическим самоподдерживающимся генератором. Динамо-машина должна была обеспечивать энергию для работы одной машины, но его видение заключалось в том, чтобы освещать города, и в статье журнала 1900 Century он подробно остановился на теории такой машины.

Представьте, — предложил он, — закрытый цилиндр с небольшим отверстием в нижней части.Допустим, этот цилиндр, добавил он, содержит очень мало энергии, но находится в среде, которая имеет много энергии. В этом случае энергия будет течь из внешней среды, источника высокой энергии, через небольшое отверстие в нижней части цилиндра в цилиндр, где энергии меньше. Также предположим, что по мере того, как энергия, проходящая в цилиндр, преобразуется в другую форму энергии, например, тепло преобразуется в механическую энергию в паровом двигателе.Если бы было возможно искусственно создать такой «сток» для энергии окружающей среды, тогда «мы должны были бы иметь возможность получать в любой точке земного шара непрерывный источник энергии, днем ​​и ночью ⁽⁸⁾ ».

В статье он продолжил подробное описание своего энергетического насоса, но немного изменил изображение. На поверхности земли мы находимся на высоком уровне энергии и можем представить себя на дне озера с водой, окружающей нас, равной энергии в окружающей среде.Если в цилиндре должен быть создан «сток» для энергии, необходимо заменить воду, которая будет течь в резервуар, чем-то намного более легким, чем вода. Это можно сделать путем откачки воды из цилиндра, но когда вода потечет обратно, мы сможем выполнить с поступающей водой только тот же объем работы, что и при ее первой откачке. «Следовательно, ничего не будет достигнуто в этой двойной операции: сначала поднять воду, а затем дать ей упасть.”

Энергия, однако, может быть преобразована в различные формы при переходе от более высокого состояния к более низкому. Он сказал: «Предположим, что вода, попадая в резервуар, превращается во что-то еще, что может быть извлечено из нее без ее использования или с очень малой мощностью ⁽⁹⁾ ». Например, если в качестве энергии окружающей среды принять воду, кислород и водород, составляющие воду, являются другими формами энергии, в которые она может превратиться, попадая в цилиндр.

В соответствии с этим идеальным случаем, вся вода, поступающая в резервуар, будет разлагаться на кислород и водород… и в результате вода будет непрерывно поступать внутрь, но резервуар останется полностью пустым, а образующиеся газы улетучатся. Таким образом, мы могли бы произвести, затратив первоначально определенный объем работы на создание раковины для… воды, в которую втекает, условие, позволяющее нам получать любое количество энергии без дополнительных усилий ⁽¹⁰⁾ .

Тесла признал, что никакая система преобразования энергии не будет идеальной, некоторое количество воды всегда будет попадать в резервуар, но «откачивать будет меньше, чем втекает, или, другими словами, для поддержания начального состояния потребуется меньше энергии. чем развивается [поступающей водой], и это означает, что некоторая энергия будет получена от среды ⁽¹¹⁾ .”

Он обнаружил, что это перекачивание может быть выполнено с помощью поршня, «не связанного ни с чем другим, но совершенно свободно вибрирующего с огромной скоростью ⁽¹²⁾ ». Это он смог сделать с помощью своего «механического осциллятора», парового двигателя, используемого для создания высокочастотных токов. Чем быстрее будет работать насос, тем эффективнее он будет извлекать энергию из космоса. Исследования в этом направлении завершились созданием осциллятора, продемонстрированного на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году.Лишь намного позже, в статье 1900 года, он сообщил: «В этом случае я раскрыл принципы работы механического осциллятора, но первоначальное назначение этой машины впервые объясняется здесь ⁽¹³⁾ ».

Также в 1893 году Тесла подал заявку на патент на электрическую катушку, которая является наиболее вероятным кандидатом на немеханический преемник его экстрактора энергии. Это его «Катушка для электромагнитов», патент № 512,340. Это еще одна любопытная конструкция, потому что, в отличие от обычной катушки, изготовленной путем поворота проволоки на трубчатой ​​форме, в этой катушке используются два провода, уложенные рядом друг с другом на форме, но с концом первого, соединенным с началом второго.

В патенте Тесла объясняет, что эта двойная катушка будет хранить во много раз больше энергии, чем обычная катушка ⁽¹⁴⁾ . Предварительные измерения двух спиралей одинакового размера и с одинаковым числом витков, одна с одиночной обмоткой, а другая с бифилярной обмоткой, показывают разницу в коэффициенте усиления по напряжению ⁽¹⁵⁾ . На рисунке 6 верхняя кривая соответствует конструкции Тесла, нижняя — однообмоточной катушке. Патент, однако, не дает намеков на то, что могло бы быть его более необычной способностью.

В статье Century Тесла сравнивает извлечение энергии из окружающей среды с работой других ученых, которые в то время учились конденсировать атмосферные газы в жидкости. В частности, он процитировал работу доктора Карла Линде, который открыл то, что Тесла назвал методом «самоохлаждения» для сжижения воздуха. Как сказал Тесла: «Это было единственное экспериментальное доказательство того, что я все еще хотел, чтобы энергия могла быть получена из среды способом, который я предполагал ⁽¹⁶⁾ ».”

Что связывает работу Linde с катушкой электромагнита Теслы, так это то, что они оба использовали двойной путь для материала, с которым работали. У Linde был компрессор, который нагнетал воздух до высокого давления, позволял давлению падать, когда он проходил через трубу, а затем использовал этот охлажденный воздух для снижения температуры входящего воздуха, заставляя его возвращаться вверх по первой трубе через вторую. трубка, охватывающая первые ⁽¹⁷⁾ . Уже охлажденный воздух добавлялся в процесс охлаждения машины и быстро превращал газы в жидкость.

Тесла намеревался сконденсировать энергию, заключенную между землей и ее верхними слоями атмосферы, и превратить ее в электрический ток. Он представил солнце как огромный электрический шар, положительно заряженный с потенциалом около 200 миллиардов вольт. Земля же заряжена отрицательным электричеством. Огромная электрическая сила между этими двумя телами составляла, по крайней мере частично, то, что он называл космической энергией. Он менялся от ночи к дню и от сезона к сезону, но присутствует всегда.

Положительные частицы останавливаются в ионосфере и между ней и отрицательными зарядами в земле, на расстоянии 60 миль, есть большая разница в напряжении — что-то порядка 360 000 вольт. Поскольку газы атмосферы действуют как изолятор между этими двумя противоположными накопителями электрических зарядов, область между землей и краем космоса улавливает большое количество энергии. Несмотря на большие размеры планеты, электрически она похожа на конденсатор, который разделяет положительные и отрицательные заряды, используя в качестве изолятора непроводящий материал.

Земля имеет заряд 90 000 кулонов. При потенциале в 360 000 вольт земля представляет собой конденсатор на 0,25 фарада (фарады = кулоны / вольт) ⁽¹⁸⁾ . Если применить к Земле формулу для расчета энергии, запасенной в конденсаторе (E = 1 / 2CV ² ), то окажется, что окружающая среда содержит 1,6 x 10 ¹¹ джоулей или 4,5 мегаватт-часов электроэнергии. .

Для того, чтобы задействовать этот энергохранилище, Тесла пришлось выполнить две вещи — создать «холодный сток» в окружающей энергии и разработать способ заставить этот «сток» самокачиваться.Объяснение того, как мог работать этот процесс, опять же требует предположений.

Такой «сток» должен быть в более низком энергетическом состоянии, чем окружающая среда, и для того, чтобы энергия непрерывно поступала в него, «сток» должен поддерживать более низкое энергетическое состояние, удовлетворяя при этом требования к мощности нагрузки. прикреплен к нему. Электрическая энергия, ватт-секунды, складывается из вольт x ампер x секунд. Поскольку период колебаний не меняется, напряжение или ток должны быть переменными в уравнении энергии катушки.

Поскольку катушка с двойной обмоткой максимизирует разность напряжений между ее витками, вероятно, что это ток, который минимизируется для создания состояния с низкой энергией в катушке. Если катушка изначально была «пустой» и имела низкую энергию, это означало бы, что она работала при высоком напряжении с небольшим количеством заряда ⁽¹⁹⁾ .

Катушка, таким образом, будет приводиться в колебание на ее резонансной частоте от внешнего источника энергии. В течение части своего цикла катушка будет казаться электрическому полю земли как одна пластина конденсатора.По мере того как напряжение на катушке увеличивается, количество заряда, которое она может «поглотить» из более высокого энергетического поля земли, будет увеличиваться.

Энергия, забираемая в катушку — через «маленькое отверстие», которое, по-видимому, является атомной структурой проводника в соответствии с физикой времени Теслы, — «конденсируется» в положительные и отрицательные компоненты тока, более низкое энергетическое состояние по сравнению с исходное поле.

Ток эквивалентен превращению воды в газы в описании Тесла самодействующего двигателя.Ток будет «уходить» из «стока» в любую нагрузку, подключенную к катушке. Движение тока в нагрузку вызовет сильное магнитное поле (заявленное намерение патента), которое, когда оно схлопнется, снова вызовет «сток» с высоким потенциалом и низким зарядом, который соединится с электрическим полем Земли.

Поскольку поступающая энергия выполняет двойную функцию, аналогичную униполярному генератору, обеспечивая ток в нагрузку и помогая функции накачки, энергозатраты системы на движущийся заряд низкие, что позволяет системе получать больше энергии от среды, чем она расходует в его работа.Катушка не требует дополнительной энергии от внешнего источника для перекачки извлеченной энергии.

Энергия будет исходить непосредственно от солнца.

Более современный взгляд на такое устройство, если он будет работать таким теоретическим образом, будет описывать его как автоколебательную емкостную систему. Когда устройство приводится в колебательное состояние, на приведение в действие нагрузки расходуется очень мало энергии. Поскольку это электростатическая колебательная система, только небольшое количество заряда проходит через нагрузку за цикл, то есть кулон в секунду = низкий ток.Если заряд используется с низкой скоростью, энергия, запасенная в емкостной системе, будет медленно превращаться в тепло, позволяя колебаниям продолжаться в течение длительного периода времени.

С его выдающимся положением в мире науки в то время любопытно, почему изобретение Теслы не было коммерциализировано или, по крайней мере, широко разрекламировано. Похоже, что главным фактором была экономика, а не наука. Принятию переменного тока противостояли влиятельные финансисты того периода. Михаил Пупин, еще один ведущий исследователь электричества на рубеже веков, отметил в своей автобиографии:

… промышленные руководители… боялись, что им придется отказаться от некоторых из своих аппаратов постоянного тока и заводов по их производству, если система переменного тока получит какую-либо поддержку… в начале девяностых преобладали невежества и ложные представления, потому что капитаны промышленности уделяли мало внимания высококвалифицированным ученым ^{(20) (21)} .

Патенты Теслы на электрические генераторы и двигатели были получены в конце 1880-х годов. В 1890-х годах возникла крупная электроэнергетическая промышленность в лице Westinghouse и General Electric. С десятками миллионов долларов, вложенных в заводы и оборудование, промышленность не собиралась отказываться от очень прибыльной технологии десятилетней давности в пользу еще одной новой.

Тесла видел, что прибыль может быть получена от самодействующего генератора, но где-то по ходу дела он указал ему на негативное влияние, которое может оказать устройство.В конце раздела Century , где он описал свой новый генератор, он написал:

Я работал долгое время, полностью убежденный, что практическая реализация метода получения энергии от солнца будет иметь неисчислимое промышленное значение, но продолжающееся изучение этого предмета выявило тот факт, что пока он будет коммерчески выгодным, если мои ожидания хорошо обоснованы, это не будет так в чрезвычайной степени ⁽²²⁾ .

Спустя годы, в 1933 году, он более резко высказался о внедрении своего бестопливного генератора.В Филадельфии Public Ledger от 2 ноября есть интервью с Tesla под заголовком «Tesla« использует космическую энергию ». В нем его спросили: «На вопрос, нарушит ли внезапное внедрение его принципа нынешнюю экономическую систему, доктор Тесла ответил:« Она уже сильно расстроена ». Он добавил, что сейчас, как никогда раньше, пришло время для разработки новых ресурсов. . »

Прошло почти столетие с тех пор, как Никола Тесла объявил о принципиально новом методе производства электроэнергии.Потребность в освоении новых ресурсов сейчас больше, чем в конце прошлого века. Возможно, эти недооцененные изобретения сделают его видение «увеличения человеческой энергии за счет использования энергии солнца» реальностью.

(Посещали 1875 раз, посещали сегодня 1)

Заметки об униполярном динамо

Для фундаментальных открытий, великих достижений интеллекта характерно то, что они сохраняют неизменную власть над воображением мыслителя.Запоминающийся эксперимент Фарадея с диском, вращающимся между двумя полюсами магнита, принесший такие великолепные плоды, давно перешел в повседневную жизнь; тем не менее, у этого зародыша нынешних динамо-машин и двигателей есть некоторые особенности, которые даже сегодня кажутся нам поразительными и заслуживают самого внимательного изучения.

Рассмотрим, например, случай, когда диск из железа или другого металла вращается между двумя противоположными полюсами магнита, и полярные поверхности полностью покрывают обе стороны диска, и предположим, что ток должен сниматься или передаваться в то же за счет контактов равномерно со всех точек периферии диска.Возьмем сначала случай с двигателем. Во всех обычных двигателях работа зависит от некоторого сдвига или изменения результирующей магнитного притяжения, оказываемого на якорь, причем этот процесс осуществляется либо каким-либо механическим приспособлением на двигателе, либо действием токов надлежащего характера. Мы можем объяснить действие такого двигателя так же, как и работу водяного колеса. Но в приведенном выше примере диска, полностью окруженного полярными поверхностями, нет никакого сдвига магнитного действия, никаких изменений, насколько нам известно, и все же происходит вращение.Итак, здесь обычные соображения неприменимы; мы не можем дать даже поверхностного объяснения, как в обычных двигателях, и работа станет для нас ясной только тогда, когда мы узнаем саму природу задействованных сил и постигнем тайну невидимого соединительного механизма.

Диск, рассматриваемый как динамо-машина, представляет собой не менее интересный объект исследования. Помимо особенности подачи токов одного направления без использования коммутирующих устройств, такая машина отличается от обычных динамо тем, что в ней нет реакции между якорем и полем.Ток якоря имеет тенденцию создавать намагниченность под прямым углом к ​​току возбуждения, но поскольку ток снимается равномерно со всех точек периферии, и поскольку, точнее, внешняя цепь также может быть устроена совершенно симметрично. к полевому магниту никакая реакция возникнуть не может. Это, однако, верно только до тех пор, пока магниты слабо возбуждены, поскольку, когда магниты более или менее насыщены, оба намагничивания, расположенные под прямым углом, по-видимому, интерферируют друг с другом.

Только по вышеуказанной причине может показаться, что выходная мощность такой машины при том же весе должна быть намного больше, чем у любой другой машины, в которой ток якоря имеет тенденцию размагничивать поле. Необычайная мощность однополярного динамо-машины Forbes и опыт писателя подтверждают эту точку зрения.

Опять же, поразительна легкость, с которой такая машина может возбуждать себя, но это может быть связано — помимо отсутствия реакции якоря — с идеальной плавностью тока и отсутствием самоиндукции.

Если полюса не покрывают диск полностью с обеих сторон, то, конечно, если диск не будет должным образом разделен на части, машина будет очень неэффективной. Опять же, в этом случае есть моменты, заслуживающие внимания. Если диск вращается и ток возбуждения прерывается, ток через якорь будет продолжать течь, и магниты поля сравнительно медленно потеряют свою силу. Причина этого сразу же появится, если мы рассмотрим направление токов, возникающих в диске.

Рис. 1.

Ссылаясь на схему на рис. 1, d представляет диск со скользящими контактами B B ’ на валу и периферии. N и S представляют собой два полюса магнита. Если полюс N находится выше, как показано на схеме, диск должен находиться в плоскости бумаги и вращаться в направлении стрелки D , ток, установленный в диске, будет течь из центра. к периферии, как показано стрелкой A .Поскольку магнитное действие более или менее ограничено пространством между полюсами N S , другие части диска могут считаться неактивными. Таким образом, установленный ток не будет полностью проходить через внешнюю цепь F , но будет закрываться через сам диск, и, как правило, если расположение каким-либо образом похоже на показанное, намного большая часть генерируемого тока не будет появляться снаружи, так как цепь F практически закорочена неактивными частями диска.Можно предположить, что направление результирующих токов в последнем указано пунктирными линиями и стрелками m и n ; и направление тока возбуждающего поля указано стрелками abcd , осмотр рисунка показывает, что одна из двух ветвей вихревого тока, то есть A B ‘m B , будет стремиться размагнитить поле, в то время как другая ветвь, то есть A B ‘n B , будет иметь противоположный эффект. Следовательно, ветвь AB m B , то есть ветвь , приближающаяся к полю, будет отталкивать те же линии, а ветвь A B ‘n B , то есть ветвь , покидающая поле , соберет на себя силовые линии.

Вследствие этого будет постоянная тенденция к уменьшению тока на пути A B ‘m B , в то время как, с другой стороны, такого противодействия не будет на пути A B’ n B , и влияние последнего ответвления или пути будет более или менее преобладающим над первым. Совместный эффект обоих предполагаемых токов ответвления может быть представлен действием одного одиночного тока того же направления, что и ток, возбуждающий поле. Другими словами, вихревые токи, циркулирующие в диске, возбуждают полевой магнит.Это результат, совершенно противоположный тому, что мы могли бы предположить вначале, поскольку мы, естественно, ожидаем, что результирующий эффект токов якоря будет таким, чтобы противодействовать току возбуждения, как обычно происходит, когда первичный и вторичный проводники помещены в индуктивные отношения друг к другу. Но следует помнить, что это результат особого расположения в данном случае, а именно, два пути, предоставленные потоку, и последний выбирает тот путь, который оказывает наименьшее сопротивление его потоку.Из этого мы видим, что вихревые токи, текущие в диске, частично возбуждают поле, и по этой причине, когда ток поля прерывается, токи в диске будут продолжать течь, и магнит поля со сравнительно медленно потеряет свою силу и может даже сохраняют определенную силу, пока продолжается вращение диска.

Результат, конечно, будет во многом зависеть от сопротивления и геометрических размеров пути возникающего вихревого тока, а также от скорости вращения; эти элементы, а именно, определяют запаздывание этого тока и его положение относительно поля.Для определенной скорости будет максимальное возбуждающее действие; затем на более высоких скоростях оно постепенно упадет до нуля и, наконец, обратное, то есть результирующий эффект вихревых токов ослабит поле. Реакцию лучше всего продемонстрировать экспериментально, расположив поля N S , N ’S , свободно перемещаемые по оси, концентричной с валом диска. Если бы последние вращались, как и раньше, в направлении стрелки D , поле тянулось бы в том же направлении с крутящим моментом, который до определенной точки продолжал бы увеличиваться со скоростью вращения, а затем уменьшался бы. , и, переходя через ноль, окончательно становятся отрицательными; то есть поле начнет вращаться в направлении, противоположном диску.Этот интересный результат наблюдался в экспериментах с двигателями переменного тока, в которых поле сдвигалось токами разной фазы. При очень низких скоростях вращения поля двигатель будет показывать крутящий момент 900 фунтов. или больше, измеренное на шкиве диаметром 12 дюймов. Когда скорость вращения полюсов увеличивалась, крутящий момент уменьшался, в конце концов упал до нуля, стал отрицательным, а затем якорь начинал вращаться в направлении, противоположном полю.

Рис.2 и 3.

Вернуться к основной теме; предположим, что условия таковы, что вихревые токи, генерируемые вращением диска, усиливают поле, и предположим, что последнее постепенно удаляется, в то время как диск продолжает вращаться с повышенной скоростью. Когда ток однажды начался, он может быть достаточным для поддержания самого себя и даже увеличения силы, и тогда мы имеем дело с «аккумулятором тока» сэра Уильяма Томсона. Но из приведенных выше соображений может показаться, что для успеха эксперимента использование диска , не разделенного на , было бы существенным, поскольку, если бы было радиальное деление, вихревые токи не могли образоваться и самовозбуждающее действие могло бы возникнуть. прекратить.Если бы использовался такой радиально разделенный диск, необходимо было бы соединить спицы токопроводящим ободом или каким-либо надлежащим образом, чтобы сформировать симметричную систему замкнутых контуров.

Действие вихревых токов можно использовать для возбуждения машины любой конструкции. Например, на рис. 2 и 3 показано устройство, с помощью которого можно возбуждать машину с дисковым якорем. Здесь несколько магнитов, N S , N S , размещены радиально на каждой стороне металлического диска D , несущего на своем ободе набор изолированных катушек, C , C .Магниты образуют два отдельных поля, внутреннее и внешнее, твердый диск, вращающийся в поле, ближайшем к оси, и катушки в поле дальше от нее. Предположим, что магниты вначале находятся под небольшим напряжением; они могут быть усилены действием вихревых токов в твердом диске, чтобы обеспечить более сильное поле для периферийных катушек. Хотя нет сомнений в том, что при надлежащих условиях машина могла бы возбуждаться таким или подобным образом, существует достаточное экспериментальное свидетельство, подтверждающее такое утверждение, такой способ возбуждения был бы расточительным.

Рис. 4 и 5.

Но униполярный динамо-двигатель или двигатель, например, показанный на рис. 1, можно эффективно возбуждать, просто правильно разделив диск или цилиндр, в которых возникают токи, и практически полностью исключить с обычно используемыми катушками возбуждения. Такой план показан на рис. 4. Предполагается, что диск или цилиндр D должен вращаться между двумя полюсами N и S магнита, которые полностью покрывают его с обеих сторон, контуры диск и полюса представлены окружностями d и d ‘ соответственно, причем верхний полюс опущен для ясности.Сердечники магнита должны быть полыми, через них проходит вал C диска. Если немаркированный полюс находится ниже, а диск вращается в виде винта, ток будет, как и раньше, от центра к периферии и может быть отведен подходящими скользящими контактами B B ‘ на валу и периферии. соответственно. В этом устройстве ток, протекающий через диск и внешнюю цепь, не будет иметь заметного влияния на полевой магнит.

Но давайте теперь предположим, что диск разделен по спирали, как показано сплошными или пунктирными линиями на рис.4. Разница потенциалов между точкой на валу и точкой на периферии останется неизменной как по знаку, так и по величине. Единственная разница будет заключаться в том, что сопротивление диска будет увеличиваться и что будет большее падение потенциала от точки на валу к точке на периферии, когда тот же ток проходит через внешнюю цепь. Но поскольку ток вынужден следовать по линиям разделения, мы видим, что он будет иметь тенденцию либо возбуждать, либо обесточивать поле, и это будет зависеть, при прочих равных, от направления линий разделения.Если разделение будет таким, как показано сплошными линиями на рис. 4, очевидно, что если ток имеет то же направление, что и раньше, то есть от центра к периферии, его эффект будет заключаться в усилении полевого магнита; тогда как, если разделение будет таким, как указано пунктирными линиями, генерируемый ток будет иметь тенденцию ослаблять магниты. В первом случае машина будет способна возбуждать себя, когда диск вращается в направлении стрелки D ; в последнем случае необходимо изменить направление вращения.Однако два таких диска могут быть объединены, как указано, причем два диска вращаются в противоположных полях и в одном или противоположном направлении.

Подобные расположения, конечно, могут быть выполнены в типе машины, в которой вместо диска вращается цилиндр. В таких униполярных машинах, как указано, обычные катушки возбуждения и полюса могут быть исключены, и машина может быть выполнена только из цилиндра или из двух дисков, окруженных металлической отливкой.

Вместо разделения диска или цилиндра по спирали, как показано на рис.4, более удобно разместить один или несколько витков между диском и контактным кольцом на периферии, как показано на рис. 5.

Динамо-машина Forbes может, например, возбуждаться таким образом. На опыте автора было обнаружено, что вместо того, чтобы снимать ток с двух таких дисков с помощью скользящих контактов, как обычно, можно использовать гибкий проводящий ремень. В этом случае диски снабжены большими фланцами, обеспечивающими очень большую контактную поверхность.Ремень должен опираться на фланцы под давлением пружины, чтобы компенсировать расширение. Несколько машин с контактом ремня были сконструированы писателем два года назад и работали удовлетворительно, но из-за недостатка времени работы в этом направлении были временно приостановлены. Ряд упомянутых выше функций также использовался автором в связи с некоторыми типами двигателей переменного тока.

тесланихельсон

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 истории электротехники.

Документы Николы Теслы «Свободная энергия» (1976) воспроизводят Письмо изобретателя 1902 года Роберту У. Джонсону о новом генераторе энергии Теслы что « не будет потреблять топливо ». Это письмо было найдено в Коллекция Тесла в библиотеке Колумбийского университета во время посещения IEEE Tesla Симпозиум в Нью-Йорке в январе 1976 года. Это письмо будет рассмотрено. столь же важны в истории электротехники, как работы Франклина, Фарадей и Максвелл.Оригинальный вариант сложного почерка здесь.

Более поздние проекты выработки энергии Николы Теслы были подготовлены для 26-й Межобщественной инженерной конференции по преобразованию энергии в августе 1991 года. В бумажных документах говорится, что Никола Тесла утверждал, что построил генератор электроэнергии, который не потреблял бы топливо, что в его трудах найдено описание такого устройства, теория о том, как может быть возможен бестопливный генератор, и предложение относительно того, как могло работать новое устройство Теслы.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 г.) 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.

Особый случай усиления напряжения — это техническое примечание, показывающее, что уравнение для усиления напряжения должно быть изменено для специальной катушки, которая может быть связана с конструкцией бестопливного генератора энергии Теслы. Измеряется и сравнивается обычная катушка и катушка конструкции Тесла. Измерения показывают, что конструкция Tesla более чем на 900% лучше по усилению напряжения, чем прогнозировалось расчетами.

Система подводной связи Николы Теслы была написана в 1992 году как часть исследования его метода подводной связи. Его отправной точкой является утверждение Теслы о том, что его беспроводная система работает без электромагнитного излучения и передается через землю. Современный анализ его беспроводного метода, с другой стороны, начинается с неверного предположения, что он использовал современные методы радиовещания, а затем продолжает либо опровергать утверждения Теслы, либо пытается найти какой-то способ сделать описание Теслы того же. его метод передачи соответствует сегодняшним технологиям.Варианты теории колебаний земной / ионосферной полости были популярны в обеих этих попытках. Однако эта статья показывает, что работа Теслы с электростатикой указывает на то, что он использовал токи смещения для передачи через землю. Показано, что такой метод согласуется с утверждениями Теслы и возможен с научной точки зрения.

Беспроводной передатчик мощности Тесла и взрыв на Тунгусе в 1908 году впервые появился в другой форме в виде журнальной статьи в 1990 году.В трудах Теслы встречается много упоминаний об использовании его технологии беспроводной передачи энергии в качестве системы оружия направленной энергии. Чем больше расследовались заявления, тем больше выяснялось, что его заявления о применении оружия соответствовали как его личным обстоятельствам, так и публичным событиям. Они указали на вероятность того, что он произвел пробный запуск своего передатчика энергии в качестве оружия направленной энергии.

Tesla: Forgotten Genius , совместно с Кристофером Бердом, представляет собой обзор работы Теслы и изобретателей устройств «свободной энергии» Альфреда Хаббарда, Лестера Хендершота и Т.Генри Морей. Он появился в журнале New Age в феврале 1977 года.

Эксперименты по методу беспроводной передачи Тесла для подводной связи
Физические испытания метода беспроводной передачи энергии Тесла применительно к подводной связи.

Интересная числовая последовательность — ( 2008) не Тесла: когда обычное значение скорости света делится на длину волны электрона, получается приближение частоты электрона.Частотное приближение представляет собой уникальную числовую последовательность.

[email protected]

Изменение конструкции колеса Фарадея: создание эффективных униполярных генераторов

Ациклический генератор, униполярный генератор, дисковая динамо-машина, колесо Фарадея: как бы вы это ни называли, униполярный генератор — интересное устройство. В отличие от большинства генераторов, униполярные генераторы вырабатывают большой ток при низком напряжении и могут накапливать и выделять большое количество электричества.Благодаря этим способностям ученые работали над улучшением этого устройства с момента его изобретения. Чтобы продолжить эту работу, вы можете оценить производительность конструкций униполярных генераторов с помощью программного обеспечения COMSOL Multiphysics®.

Краткая история униполярного генератора

Через 10 лет после прорыва в области электродвигателей Майкл Фарадей создал первый электрический генератор в 1831 году. Устройство для этого устройства (позже названного униполярным генератором ) было простым, состояло из медного диска, который вращался между полюсами постоянный магнит.Хотя генератор Фарадея успешно продемонстрировал электромагнитную индукцию, он был слишком неэффективен, чтобы быть практичным, поскольку ток имел тенденцию циркулировать в обратном направлении и создавать противотоки.

Эскиз раннего униполярного генератора, также известного как диск Фарадея. Изображение находится в общественном достоянии в США, через Wikimedia Commons.

Спустя годы другие ученые пытались улучшить характеристики униполярных генераторов. Известным примером является Никола Тесла, который разработал конструкцию, в которой металлический ремень разделял параллельные диски с параллельными валами.Такое расположение помогло снизить потери на трение, что является важным фактором повышения их эффективности.

В 1950-х годах было обнаружено, что униполярные генераторы особенно хороши для импульсных источников питания, поскольку они могут накапливать энергию в течение длительных периодов времени и выделять ее импульсами. Это открытие привело к возобновлению интереса к генератору, и ученые создали большие версии устройства. Один из таких примеров был построен сэром Марком Олифантом для Австралийского национального университета.Этот крупногабаритный генератор мог обеспечивать ток до 2 МА и использовался более 20 лет.

Детали униполярного генератора, созданного сэром Олифантом, который был разобран и выставлен на обозрение. Изображение Мартимана в англоязычной Википедии. Под лицензией CC BY-SA 3.0 Unported, через Wikimedia Commons.

Хотя униполярные генераторы прошли долгий путь — и получили множество имен — со времен Фарадея, исследователи и инженеры все еще работают над улучшением их характеристик.Одним из подходов к исследованию потенциальных конструкций является электромагнитное моделирование…

Моделирование простого униполярного генератора с помощью COMSOL Multiphysics® и модуля переменного / постоянного тока

В этом примере моделируется простой трехмерный униполярный генератор, который состоит из вращающегося диска радиусом 10 см, помещенного в однородное магнитное поле 1 Тл. Проводник соединяет обод диска с центром, проходя через магнитное поле и генерируя Лоренца. токи в диске.

Геометрия модели униполярного генератора.

Обратите внимание, что угловая скорость диска составляет 1200 об / мин и что по проводнику протекает ток ~ 45,16 кА.

Для моделирования вращения диска вы можете использовать термин Лоренца по двум причинам:

1. Диск не имеет магнитного источника, который движется вместе с ним
2. Диск не ограничен, и направление его движения не меняется

Здесь текущее распределение остается неизменным и не следует за вращением диска.

Исследование результатов электромагнитного моделирования

После использования стационарного решателя можно исследовать поток тока, проходящего как через диск, так и через проводник. Глядя на норму плотности тока и направление тока, вы можете найти способы улучшить ток в конструкции униполярного генератора.

Норма плотности тока (слева) и направление тока (справа) в проводнике и диске.

Кроме того, можно исследовать влияние магнитного поля на конструкцию, например, как оно влияет на вращение.В качестве примера вы можете увидеть полную и индуцированную плотности магнитного потока ниже.

Униполярный генератор вызывает возмущения в B-поле, как показано стрелкой в ​​объеме, окружающем генератор. Скорость колеса отображается стрелками и цветами на поверхности.

Поскольку резистивные потери играют ключевую роль в эффективности этих генераторов, важно максимально их минимизировать. Как видно на изображении ниже, моделирование позволяет определить потери в проводящих частях конструкции генератора.

Резистивные потери в диске и проводнике.

Используя электромагнитное моделирование, инженеры могут улучшать конструкции униполярных генераторов, повышая их производительность за счет снижения потерь на трение или изменения магнитного поля.

Следующие шаги

Чтобы начать моделирование униполярных генераторов, нажмите кнопку ниже. Вы попадете в галерею приложений, где сможете войти в свою учетную запись COMSOL Access, а затем загрузить MPH-файл и учебную документацию для этого примера.

Дополнительная литература

• Узнайте больше о моделировании генераторов и двигателей в блоге COMSOL:
• Посмотрите, что еще можно смоделировать с модулем AC / DC

Катушка Тесла — 2D символы

Катушка Тесла — это электрическая резонансная трансформаторная схема, разработанная изобретателем Никой Тесла в 1891 году. ^{[1] [2]} Она используется для выработки высоковольтного, слаботочного и высокочастотного переменного тока. ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]} Тесла экспериментировал с множеством различных конфигураций, состоящих из двух, а иногда и трех , связанные резонансные электрические цепи.

Тесла использовал эти схемы для проведения инновационных экспериментов в области электрического освещения, фосфоресценции, генерации рентгеновских лучей, явлений высокочастотного переменного тока, электротерапии и передачи электрической энергии без проводов. Цепи катушки Тесла коммерчески использовались в искровых радиопередатчиках для беспроводной телеграфии до 1920-х годов, ^{[1] [10] [11] [12] [13] [14]} и в медицине оборудование, такое как электротерапия и устройства с фиолетовыми лучами.Сегодня они в основном используются для развлекательных и образовательных дисплеев, хотя небольшие катушки все еще используются в качестве детекторов утечек для систем высокого вакуума. ^[9]

Операция

Катушка Тесла — это радиочастотный генератор, который управляет двойным резонансным трансформатором с воздушным сердечником для создания высокого напряжения при малых токах. ^{[10] [15] [16] [17] [18] [19]} В оригинальных схемах Теслы, а также в большинстве современных катушек используется простой искровой промежуток для возбуждения колебаний в настроенной трансформатор.Более сложные конструкции используют транзисторные или тиристорные переключатели ^[15] или электронные генераторы на электронных лампах для управления резонансным трансформатором.

Катушки Тесла могут создавать выходное напряжение от 50 киловольт до нескольких миллионов вольт для больших катушек. ^{[15] [17] [19]} Выход переменного тока находится в диапазоне низких радиочастот, обычно от 50 кГц до 1 МГц. ^{[17] [19]} Хотя некоторые катушки, управляемые генератором, генерируют постоянный переменный ток, большинство катушек Тесла имеют импульсный выход; ^[15] Высокое напряжение состоит из быстрой последовательности импульсов высокочастотного переменного тока.

Общая схема катушки Тесла с искровым возбуждением, показанная ниже, состоит из следующих компонентов: ^{[16] [20]}

• Высоковольтный трансформатор питания (T) , для повышения напряжения сети переменного тока до достаточно высокого, чтобы вызвать скачок искрового промежутка. Типичное напряжение составляет от 5 до 30 киловольт (кВ). ^[20]
• Конденсатор (C1) , который образует настроенную цепь с первичной обмоткой L1 трансформатора Тесла
• Искровой разрядник (SG) , который действует как переключатель в первичной цепи
• Катушка Тесла (L1, L2) , двухнастроенный резонансный трансформатор с воздушным сердечником, который генерирует высокое выходное напряжение.
• Необязательно, емкостной электрод (верхняя нагрузка) (E) в виде гладкой металлической сферы или тора, прикрепленный к вторичному выводу катушки. Его большая площадь поверхности подавляет преждевременный пробой воздуха и дуговые разряды, увеличивая добротность и выходное напряжение.

Резонансный трансформатор

Цепь униполярной катушки Тесла. C2 не является фактическим конденсатором, но представляет собой емкость вторичных обмоток L2 плюс емкость относительно земли тороидального электрода E .

Более подробная эквивалентная схема вторичной обмотки, показывающая вклад различных паразитных емкостей.

Специализированный трансформатор, используемый в цепи катушки Тесла, называемый резонансным трансформатором, колебательным трансформатором или радиочастотным (RF) трансформатором, работает иначе, чем обычный трансформатор, используемый в цепях питания переменного тока. ^{[21] [22] [23]} В то время как обычный трансформатор предназначен для эффективной передачи энергии от первичной к вторичной обмотке, резонансный трансформатор также предназначен для временного хранения электроэнергии.Каждая обмотка имеет емкость и функционирует как LC-контур (резонансный контур, настроенный контур), накапливая колеблющуюся электрическую энергию, аналогично камертону. Первичная катушка (L1) , состоящая из относительно небольшого числа витков тяжелого медного провода или трубки, подключена к конденсатору (C1) через искровой промежуток (SG) . ^{[15] [16]} Вторичная катушка (L2) состоит из множества витков (от сотен до тысяч) тонкой проволоки в полой цилиндрической форме внутри первичной обмотки.Вторичная обмотка не подключена к реальному конденсатору, но она также функционирует как LC-цепь, индуктивность (L2) резонирует с паразитной емкостью (C2) , суммой паразитных емкостей между обмотками катушки. и емкость тороидального металлического электрода, присоединенного к высоковольтному выводу. Первичный и вторичный контуры настроены так, что они резонируют на одной и той же частоте, имеют одинаковую резонансную частоту. Это позволяет им обмениваться энергией, поэтому колеблющийся ток попеременно перемещается между первичной и вторичной обмотками.

Особая конструкция катушки продиктована необходимостью достижения низких резистивных потерь энергии (высокая добротность) на высоких частотах, ^[17] , что приводит к самым большим вторичным напряжениям:

• Обычные силовые трансформаторы имеют железный сердечник для увеличения магнитной связи между катушками. Однако на высоких частотах железный сердечник вызывает потери энергии из-за вихревых токов и гистерезиса, поэтому он не используется в катушке Тесла. ^[23]
• Обычные трансформаторы спроектированы так, чтобы быть «плотно соединенными».Благодаря железному сердечнику и непосредственной близости обмоток они имеют высокую взаимную индуктивность (M) , коэффициент связи близок к единице 0,95 — 1,0, что означает, что почти все магнитное поле первичной обмотки проходит через вторичную. . ^{[21] [23]} Трансформатор Тесла, напротив, имеет «слабую связь», ^{[15] [23]} первичная обмотка больше по диаметру и разнесена от вторичной, ^[16] поэтому взаимная индуктивность ниже, а коэффициент связи равен всего 0.05 до 0,2. ^[24] Это означает, что только от 5% до 20% магнитного поля первичной катушки проходит через вторичную обмотку, когда она разомкнута. ^{[15] [20]} Слабая связь замедляет обмен энергией между первичной и вторичной катушками, что позволяет колебательной энергии дольше оставаться во вторичной цепи, прежде чем она вернется в первичную и начнет рассеиваться в искре.
• Каждая обмотка также ограничена одним слоем провода, что снижает потери из-за эффекта близости.Первичная обмотка несет очень высокие токи. Поскольку ток высокой частоты в основном протекает по поверхности проводников из-за скин-эффекта, он часто изготавливается из медных трубок или полос с большой площадью поверхности для уменьшения сопротивления, а его витки разнесены, что снижает потери на эффект близости и искрение между витками. . ^{[25] [26]}

Униполярная конструкция катушки, широко используемая в современных катушках. Первичная обмотка — это плоская красная спиральная обмотка внизу, вторичная — это вертикальная цилиндрическая катушка, намотанная тонким красным проводом.Клемма высокого напряжения — это алюминиевый тор в верхней части вторичной обмотки.

Биполярная катушка, использовавшаяся в начале 20 века. Имеются две выходные клеммы высокого напряжения, каждая из которых подключена к одному концу вторичной обмотки с искровым разрядником между ними. Первичная обмотка состоит из 12 витков толстой проволоки, которая расположена посередине вторичной обмотки, чтобы предотвратить образование дуги между катушками.

Выходная цепь может иметь две формы:

• Униполярный — Один конец вторичной обмотки подключен к единственной высоковольтной клемме, другой конец заземлен.Этот тип используется в современных катушках, предназначенных для развлечения. Первичная обмотка расположена рядом с нижним концом вторичной обмотки с низким потенциалом, чтобы минимизировать дуги между обмотками. Поскольку земля (Земля) служит обратным путем для высокого напряжения, дуги стримеров от клеммы имеют тенденцию переходить на любой ближайший заземленный объект.
• Биполярный — Ни один конец вторичной обмотки не заземлен, и оба выведены на клеммы высокого напряжения. Первичная обмотка расположена в центре вторичной катушки, на равном расстоянии между двумя выводами с высоким потенциалом, чтобы предотвратить возникновение дуги.

Рабочий цикл

Схема работает в быстром повторяющемся цикле, в котором трансформатор питания (T) заряжает первичный конденсатор (C1) , который затем разряжается искрой через искровой промежуток, создавая короткий импульс колебательного тока в первичная цепь, возбуждающая высокое колебательное напряжение на вторичной обмотке: ^{[18] [20] [23] [27]}

1. Ток от трансформатора питания (T) заряжает конденсатор (C1) до высокого напряжения.
2. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения пробоя искрового промежутка (SG) , начинается искра, снижая сопротивление искрового промежутка до очень низкого значения. Это замыкает первичную цепь, и ток от конденсатора течет через первичную катушку (L1) . Ток быстро течет вперед и назад между пластинами конденсатора через катушку, генерируя высокочастотный колебательный ток в первичной цепи на резонансной частоте цепи.
3. Колебательное магнитное поле первичной обмотки индуцирует колебательный ток во вторичной обмотке (L2) по закону индукции Фарадея. За несколько циклов энергия в первичном контуре передается вторичному. Общая энергия в настроенных схемах ограничена энергией, первоначально запасенной в конденсаторе C1 , так что по мере того, как колебательное напряжение во вторичной обмотке увеличивается по амплитуде («звенит вверх»), колебания в первичной обмотке уменьшаются до нуля («звенят вниз» «).Хотя концы вторичной катушки разомкнуты, она также действует как настроенная цепь из-за емкости (C2) , суммы паразитной емкости между витками катушки и емкости тороидального электрода E . Ток быстро течет вперед и назад через вторичную катушку между ее концами. Из-за небольшой емкости колебательное напряжение на вторичной катушке, которое появляется на выходном зажиме, намного больше, чем первичное напряжение.
4. Вторичный ток создает магнитное поле, которое индуцирует напряжение обратно в первичной катушке, и в течение нескольких дополнительных циклов энергия передается обратно в первичную обмотку.Этот процесс повторяется, энергия быстро переключается между первичной и вторичной настроенными цепями. Колебательные токи в первичной и вторичной обмотках постепенно затухают («звенят вниз») из-за энергии, рассеиваемой в виде тепла в искровом промежутке и сопротивлении катушки.
5. Когда ток через искровой промежуток становится недостаточным для ионизации воздуха в промежутке, искра останавливается («гаснет»), прекращая ток в первичной цепи. Колебательный ток во вторичной обмотке может продолжаться некоторое время.
6. Ток от питающего трансформатора снова начинает заряжать конденсатор C1 , и цикл повторяется.

Весь этот цикл происходит очень быстро, колебания затухают за время порядка миллисекунды. Каждая искра в искровом промежутке создает на выходе катушки импульс затухающего синусоидального высокого напряжения. Каждый импульс гаснет до появления следующей искры, поэтому катушка генерирует цепочку затухающих волн, а не непрерывное синусоидальное напряжение. ^[18] Высокое напряжение от питающего трансформатора, которое заряжает конденсатор, представляет собой синусоидальную волну 50 или 60 Гц. В зависимости от того, как установлен искровой разрядник, обычно одна или две искры возникают на пике каждого полупериода сетевого тока, поэтому в секунду возникает более сотни искр. Таким образом, искра в искровом промежутке кажется непрерывной, как и высоковольтные стримеры в верхней части катушки.

Вторичная обмотка питающего трансформатора (T) подключена через первичный настроенный контур.Может показаться, что трансформатор будет путём утечки высокочастотного тока, гасящего колебания. Однако его большая индуктивность дает ему очень высокий импеданс на резонансной частоте, поэтому он действует как разомкнутая цепь для колебательного тока. Если трансформатор питания имеет недостаточную индуктивность рассеяния, радиочастотные дроссели размещаются во вторичных выводах, чтобы блокировать ВЧ ток.

Частота колебаний

Для получения максимального выходного напряжения первичная и вторичная настроенные цепи настроены так, чтобы резонировать друг с другом. {2}) L_ {2} C_ {2} \,}

Однако трансформатор Тесла очень слабо связаны, а коэффициент связи k {\ displaystyle k \,} мал в диапазоне 0.{2}}} \,} близко к единице, от 0,98 до 0,999, поэтому две резонансные частоты различаются не более чем на 2%. Следовательно, большинство источников ^{[17] [18] [21]} заявляют, что трансформатор является резонансным, когда резонансные частоты первичной и вторичной обмоток равны.

Резонансная частота катушек Тесла находится в диапазоне низких радиочастот (RF), обычно между 50 кГц и 1 МГц. Однако из-за импульсивного характера искры они производят широкополосный радиошум и без экранирования могут быть значительным источником радиопомех, мешая приему радио и телевидения поблизости.

Выходное напряжение

В резонансном трансформаторе высокое напряжение создается резонансом; выходное напряжение не пропорционально соотношению витков, как в обычном трансформаторе. ^{[23] [32]} Его можно приблизительно рассчитать из сохранения энергии. {2} \,}

Во время «звонка» эта энергия передается вторичной схема.{2} \,}

При отсутствии потерь энергии W2 = W1 {\ displaystyle W_ {2} \; = \; W_ {1}}. Подставляя в это уравнение и упрощая, пиковое вторичное напряжение равно ^{[17] [18] [23]}

V2 = V1C1C2 = V1L2L1. {\ Displaystyle V_ {2} = V_ {1} {\ sqrt {C_ {1} \ over C_ {2}}} = V_ {1} {\ sqrt {L_ {2} \ over L_ {1}}}.}

Вторая формула выше получена из первой с использованием условия резонанса L1C1 = L2C2 {\ displaystyle L_ {1} C_ {1} \; = \; L_ {2} C_ {2}}. ^[23] Поскольку емкость вторичной катушки очень мала по сравнению с первичным конденсатором, первичное напряжение повышается до высокого значения. ^[18]

Может показаться, что выходное напряжение можно увеличивать до бесконечности, уменьшая C2 {\ displaystyle C_ {2}} и L1 {\ displaystyle L_ {1}}. Однако по мере увеличения выходного напряжения оно достигает точки, в которой воздух рядом с высоковольтным выводом ионизируется и воздух разряжается; коронки, щеточные разряды и стримерные дуги выходят из терминала.Это происходит, когда напряженность электрического поля превышает диэлектрическую прочность воздуха, примерно 30 кВ на сантиметр, и возникает сначала в острых точках и краях высоковольтного вывода. Результирующая потеря энергии гасит колебания, поэтому приведенная выше модель без потерь больше не является точной, и напряжение не достигает теоретического максимума, указанного выше. ^{[18] [23] [25]} Выходное напряжение катушек Тесла на открытом воздухе ограничено примерно несколькими миллионами вольт за счет пробоя воздуха, но более высокие напряжения могут быть достигнуты за счет катушек, погруженных в резервуары с изоляционным маслом под давлением. .

Верхний нагрузочный или «тороидальный» электрод

Большинство конструкций катушек Тесла имеют гладкий металлический электрод сферической или тороидальной формы на высоковольтном выводе. Электрод служит одной пластиной конденсатора, а земля — ​​другой пластиной, образуя настроенный контур с вторичной обмоткой. Хотя «тороид» увеличивает вторичную емкость, которая имеет тенденцию к уменьшению пикового напряжения, его основным эффектом является то, что его криволинейная поверхность большого диаметра уменьшает градиент потенциала (электрическое поле) на высоковольтном выводе, увеличивая порог напряжения, при котором корона и образуются стримерные дуги. ^[33] Подавление преждевременного пробоя воздуха и потерь энергии позволяет напряжению повышаться до более высоких значений на пиках формы волны, создавая более длинные и эффектные стримеры. ^[23]

Если верхний электрод большой и достаточно гладкий, электрическое поле на его поверхности может никогда не стать достаточно высоким даже при пиковом напряжении, чтобы вызвать пробой воздуха, и разряды воздуха не возникнут. У некоторых развлекательных катушек есть острая «точка искры», выступающая из тора, чтобы начать разряды. ^[33]

Типы

Термин «катушка Тесла» применяется к ряду цепей резонансных трансформаторов высокого напряжения.

Цепи катушки Тесла можно классифицировать по типу «возбуждения», которое они используют, по типу цепи, используемой для подачи тока на первичную обмотку резонансного трансформатора: ^{[34] [35]}

• Искровозбуждение или Катушка Тесла с искровым зазором (SGTC) — Этот тип использует искровой разрядник для переключения импульсов тока через первичные, возбуждающие колебания в трансформаторе.Этот импульсный (прерывистый) привод создает импульсный выход высокого напряжения. У искровых разрядников есть недостатки, связанные с большими токами в первичной обмотке, с которыми они должны справляться. Во время работы они издают очень громкий шум, вредный газ озон и высокие температуры, что часто требует системы охлаждения. Энергия, рассеиваемая в искре, также снижает добротность и выходное напряжение.
  • Статический разрядник — это наиболее распространенный тип, подробно описанный в предыдущем разделе. Он используется в большинстве развлекательных катушек.Напряжение переменного тока от высоковольтного трансформатора питания заряжает конденсатор, который разряжается через искровой промежуток. Скорость искры не регулируется, но определяется частотой сети. В каждом полупериоде могут возникать множественные искры, поэтому импульсы выходного напряжения не могут быть равномерно распределены.
  • Статический искровый разрядник с триггером — В коммерческих и промышленных цепях часто подается постоянное напряжение от источника питания для зарядки конденсатора и используются импульсы высокого напряжения, генерируемые генератором, подаваемым на запускающий электрод, для запуска искры. ^[15] Это позволяет контролировать частоту искры и напряжение возбуждения. Промышленные искровые разрядники часто заключены в изолирующую газовую атмосферу, такую ​​как гексафторид серы, что уменьшает длину и, следовательно, потери энергии в искре.
  • Вращающийся искровой разрядник — В них используется искровой разрядник, состоящий из электродов по периферии колеса, вращаемого двигателем, которые создают искры при прохождении мимо неподвижного электрода. Тесла использовал этот тип на своих больших катушках, и сегодня они используются в больших развлекательных катушках.Высокая скорость разделения электродов быстро гасит искру, позволяя гасить «первую ступеньку», что делает возможным более высокие напряжения. Колесо обычно приводится в движение синхронным двигателем, поэтому искры синхронизируются с частотой сети переменного тока, причем искра возникает в одной и той же точке формы волны переменного тока в каждом цикле, поэтому первичные импульсы повторяются.
• Переключаемая твердотельная катушка Тесла или (SSTC) — В них используются силовые полупроводниковые устройства, обычно тиристоры или транзисторы, такие как MOSFET или IGBT, ^[15] для переключения импульсов тока от источника постоянного тока через первичную обмотку .Они обеспечивают импульсное (прерывистое) возбуждение без недостатков искрового разрядника: громкого шума, высоких температур и низкого КПД. Напряжение, частоту и форму волны возбуждения можно точно контролировать. SSTC используются в большинстве коммерческих, промышленных и исследовательских приложений ^[15] , а также в развлекательных катушках более высокого качества.
  • Одинарная резонансная твердотельная катушка Тесла (SRSSTC) — В этой схеме первичная обмотка не имеет конденсатора и поэтому не является настроенной схемой; только вторичное есть.Импульсы тока на первичную обмотку от переключающих транзисторов вызывают резонанс во вторичной настроенной цепи. Одиночные настроенные SSTC проще, но не имеют такой высокой добротности и не могут производить такое высокое напряжение при заданной входной мощности, как DRSSTC.
  • Двойная резонансная твердотельная катушка Тесла (DRSSTC) — Схема аналогична схеме с двойным настроенным искровым возбуждением, за исключением того, что вместо искрового промежутка используются полупроводниковые переключатели. Это функционирует аналогично двойной настраиваемой цепи с искровым возбуждением.Поскольку первичная и вторичная обмотки являются резонансными, он имеет более высокую добротность и может генерировать более высокое напряжение при заданной входной мощности, чем SRSSTC.
  • Поющая катушка Тесла или музыкальная катушка Тесла — Это катушка Тесла, на которой можно играть как на музыкальном инструменте, с ее высоковольтными разрядами, воспроизводящими простые музыкальные тона. Импульсы тока возбуждения, прикладываемые к первичной обмотке, модулируются со скоростью звука твердотельной схемой «прерыватель», заставляя дуговый разряд от высоковольтного вывода издавать звуки.Пока созданы только тоны и простые аккорды; катушка не может работать как громкоговоритель, воспроизводя сложную музыку или звуки голоса. Вывод звука управляется клавиатурой или файлом MIDI, применяемым к схеме через интерфейс MIDI. Были использованы два метода модуляции: AM (амплитудная модуляция возбуждающего напряжения) и PFM (частотно-импульсная модуляция). В основном они строятся как новинки для развлечения.
• Непрерывная волна — В них трансформатор приводится в действие генератором обратной связи, который подает на трансформатор синусоидальный ток.Первичный настроенный контур служит резервуаром для генератора, и этот контур напоминает радиопередатчик. В отличие от предыдущих схем, которые генерируют импульсный выходной сигнал, они генерируют непрерывный синусоидальный выходной сигнал. Силовые вакуумные лампы часто используются в качестве активных устройств вместо транзисторов, поскольку они более надежны и устойчивы к перегрузкам. Как правило, непрерывное возбуждение дает более низкие выходные напряжения при заданной входной мощности, чем импульсное возбуждение.

Цепи Тесла также можно классифицировать по количеству катушек (индукторов), которые они содержат: ^{[36] [37]}

• Две катушки или двухрезонансные цепи — Практически все существующие катушки Тесла используют двухкатушечный резонансный трансформатор, состоящий из первичной обмотки, к которой прикладываются импульсы тока, и вторичной обмотки, которая производит высокое напряжение, изобретенное Тесла в 1891 году.Термин «катушка Тесла» обычно относится к этим схемам.
• Три катушки , с тройным резонансом или схемы с лупой — Это схемы с тремя катушками, основанные на схеме «увеличивающего передатчика» Теслы, с которой он начал экспериментировать где-то до 1898 года и установил в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс 1899- 1900 и запатентовано в 1902 году. ^{[38] [39] [40]} Они состоят из повышающего трансформатора с воздушным сердечником и двумя катушками, подобного трансформатору Тесла, с вторичной обмоткой, соединенной с третьей катушкой, но не магнитно связана с другими катушками, называемыми «дополнительной» или «резонаторной» катушкой, которая питается последовательно и резонирует со своей собственной емкостью.Наличие трех контуров накопителя энергии придает этому контуру более сложное резонансное поведение. Это предмет исследования, но он использовался в нескольких практических приложениях.

История

Этапы разработки Тесла трансформатора Тесла около 1891 года. ^[43] (1) трансформаторы с закрытым сердечником, используемые на низких частотах, (2-7) перестановка обмоток для снижения потерь, (8) удаленный железный сердечник, (9) частичный сердечник, (10-11) конечный конический трансформатор Тесла, (12-13) схемы катушки Тесла

Никола Тесла запатентовал схему катушки Тесла 25 апреля 1891 года. ^{[44] [2]} и впервые публично продемонстрировал это 20 мая 1891 года в своей лекции « Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение в методах искусственного освещения » перед Американским институтом инженеров-электриков в Колумбийский колледж, Нью-Йорк. ^{[45] [46] [47]} Хотя Тесла запатентовал много подобных схем в этот период, это была первая, которая содержала все элементы катушки Тесла: первичный трансформатор высокого напряжения, конденсатор, искровой разрядник и воздушный сердечник «трансформатор колебаний».

Изобретение

Первый рисунок цепи катушки Тесла из патента Тесла 25 апреля 1891 года. ^[2] Катушка Тесла Элиху Томсона, опубликованная в феврале 1892 года, идентична катушке Теслы, за исключением искрового выброса сжатым воздухом (J) . ^[48]

Во время промышленной революции в электроэнергетике использовались постоянный ток (DC) и низкочастотный переменный ток (AC), но мало что было известно о частотах выше 20 кГц, которые сейчас называются радиочастотами.В 1887 году, за четыре года до этого, Генрих Герц открыл волны Герца (радиоволны), электромагнитные волны, которые колебались на очень высоких частотах. ^{[49] [50] [51]} Это привлекло большое внимание, и ряд исследователей начали экспериментировать с токами высокой частоты.

Тесла работал в новой области систем питания переменного тока, поэтому он разбирался в трансформаторах и резонансе. ^{[50] [47]} В 1888 году он решил, что высокие частоты являются наиболее многообещающей областью исследований, и основал лабораторию на Южной Пятой авеню, 33, Нью-Йорк, для их исследования, сначала повторив эксперименты Герца.

Он первым разработал генераторы переменного тока как источники высокочастотного тока, но к 1890 году обнаружил, что они ограничены частотами около 20 кГц. ^[47] В поисках более высоких частот он обратился к искровым резонансным контурам. ^[50] Инновация Теслы заключалась в применении резонанса в трансформаторах. ^[52] Трансформаторы работали иначе на высоких частотах, чем на низких частотах, используемых в энергосистемах; железный сердечник в низкочастотных трансформаторах вызывал потери энергии из-за вихревых токов и гистерезиса. ^[50] Тесла ^{[43] [52] [47]} и Элиху Томсон ^{[42] [53] [54]} независимо друг от друга разработали новый тип трансформатора без железного сердечника , «колебательный трансформатор» и цепь катушки Тесла, чтобы управлять им для создания высокого напряжения.

Тесла изобрел катушку Тесла во время попыток разработать «беспроводную» систему освещения с газоразрядными лампами, которые будут светиться в осциллирующем электрическом поле от источника высокого напряжения и высокой частоты. ^{[50] [47]} Для источника высокой частоты Тесла запитал катушку Румкорфа (индукционную катушку) своим высокочастотным генератором переменного тока. Он обнаружил, что потери в сердечнике из-за высокочастотного тока перегревают железный сердечник в катушке Румкорфа и расплавляют изоляцию между первичной и вторичной обмотками. Чтобы решить эту проблему, Тесла изменил конструкцию, так что между обмотками был воздушный зазор вместо изоляционного материала, и сделал железный сердечник регулируемым, чтобы его можно было перемещать внутрь или из катушки ^[55] В конце концов он нашел самый высокий напряжения могли возникнуть, когда железный сердечник не использовался.Тесла также обнаружил, что ему необходимо поместить конденсатор, обычно используемый в цепи Румкорфа, между его генератором переменного тока и первичной обмоткой катушки, чтобы избежать сгорания катушки. Регулируя катушку и конденсатор, Тесла обнаружил, что он может воспользоваться резонансом, установленным между ними, для достижения еще более высоких частот. ^[56] Он обнаружил, что самые высокие напряжения генерируются, когда «замкнутая» первичная цепь с конденсатором находится в резонансе с «открытой» вторичной обмоткой. ^{[52] [47]}

• Одна из первых катушек Теслы в его нью-йоркской лаборатории в 1892 году с конической вторичной обмоткой.

• Прототип «увеличительного передатчика» ^{[57] [58]} в лаборатории Теслы в Нью-Йорке около 1898 года, вырабатывающий 2,5 миллиона вольт. На заднем плане видна круглая вторичная обмотка «паутина».

• Компактный змеевик, разработанный Tesla для использования в качестве генератора озона для очистки воды ^[59]

Тесла не был первым, кто изобрел эту схему. ^{[60] [54]} Генри Роуленд построил схему резонансного трансформатора с искровым возбуждением (вверху) в 1889 г. ^[42] и Элиху Томсон экспериментировал с аналогичными схемами в 1890 г. (1.6 м) искры, ^{[48] [61] [62] [41]} и другие источники подтверждают, что Тесла не был первым. ^{[53] [63] [54]} Однако он был первым, кто увидел его практическое применение и запатентовал его. Тесла не проводил подробный математический анализ схемы, вместо этого полагаясь на метод проб и ошибок и свое интуитивное понимание резонанса. ^[47] Он даже понял, что вторичная катушка функционирует как четвертьволновой резонатор; Он указал, что длина провода во вторичной катушке должна составлять четверть длины волны на резонансной частоте. ^{[64] [47]} Первый математический анализ схемы был выполнен Антоном Обербеком (1895) ^{[65] [54]} и Полем Друде (1904). ^{[66] [44]}

Демонстрации Теслы

Харизматичный шоумен и саморекламы, в 1891–1893 годах Тесла использовал катушку Тесла в ярких публичных лекциях, демонстрирующих новую науку о высоковольтном и высокочастотном электричестве. ^[67] Высокочастотные переменные электрические токи, создаваемые катушкой Тесла, не вели себя так, как постоянный или низкочастотный переменный ток, с которыми ученые того времени знали.На лекциях в Колумбийском колледже 20 мая 1891 года, ^[45] научных обществ в Великобритании и Франции во время европейского турне 1892 года, ^[69] Института Франклина, Филадельфия в феврале 1893 года, и Национальной ассоциации электрического освещения, Св. Луи в марте 1893 г., ^[70] он произвел впечатление на публику впечатляющими щеточными разрядами и стримерами, нагретым железом индукционным нагревом, показал, что ВЧ-ток может проходить через изоляторы и проводиться по единственному проводу без обратного пути, и включил электрические лампочки. и моторы без проводов. ^[67] Он продемонстрировал, что токи высокой частоты часто не вызывают ощущения поражения электрическим током, прикладывая сотни тысяч вольт к его собственному телу, ^{[71] [67]} заставляя его тело загораться светящийся коронный разряд в затемненной комнате. Эти лекции познакомили научное сообщество с «осциллятором Тесла» и сделали Тесла всемирно известной. ^{[72] [51]}

Беспроводные эксперименты по мощности

Лампочка (внизу) с беспроводным питанием от катушки «приемника», настроенной на резонанс с огромной катушкой «увеличивающего передатчика» в лаборатории Теслы в Колорадо-Спрингс, 1899 год. ^[73] Предложенная Тесла система беспроводного электропитания из его патента 1897 года. ^[74] Передатчик (слева) состоит из катушки Тесла (A, C) , управляющей повышенным емкостным выводом (B) , подвешенным на воздушном шаре (D) . Приемник (справа) представляет собой аналогичный оконечный и резонансный трансформатор.

Тесла использовал катушку Тесла для достижения беспроводной передачи энергии, ^[75] — его мечту всей жизни. В период с 1891 по 1900 год он использовал его для выполнения некоторых из первых экспериментов в области беспроводной энергии, ^{[76] [77] [78]} , передавая радиочастотную энергию на короткие расстояния посредством индуктивной связи между катушками проводов. ^{[77] [78] [79]} На своих демонстрациях в начале 1890-х, например, перед Американским институтом инженеров-электриков ^[79] и на Колумбийской выставке 1893 года в Чикаго, он зажег лампочки со всего номер. ^[78] Он обнаружил, что может увеличить расстояние, используя приемный LC-контур, настроенный на резонанс с LC-контуром катушки Тесла, ^[52] , передающий энергию посредством резонансной индуктивной связи. ^[78] В своей лаборатории в Колорадо-Спрингс в 1899-1900 годах, используя напряжение порядка 10 миллионов вольт, генерируемое его огромной увеличивающей катушкой передатчика (описанной ниже), он смог зажечь три лампы накаливания на расстоянии примерно 100 футов (30 м). ^{[73] [6] [80]} Сегодня резонансная индуктивная связь, открытая Теслой, является известной концепцией в электронике, широко используемой в трансформаторах промежуточной частоты и системах беспроводной передачи энергии на короткие расстояния ^{[78] [81 ]} , например, зарядные устройства для мобильных телефонов.

Теперь понятно, что индуктивная и емкостная связь являются эффектами «ближнего поля», ^[78] , поэтому их нельзя использовать для передачи на большие расстояния. ^{[73] [82] [83] [84]} Однако Tesla была одержима разработкой системы беспроводной передачи энергии на большие расстояния, которая могла бы передавать энергию от электростанций напрямую в дома и фабрики без проводов, как описано в статье провидца в июне 1900 года в журнале Century Magazine ; «Проблема увеличения энергии человека». ^[85] Он утверждал, что может передавать энергию в масштабе по всему миру , используя метод, включающий проводимость через Землю и атмосферу. ^{[74] [86] [87] [75] [88]} Тесла полагал, что вся Земля может действовать как электрический резонатор, и что, направляя импульсы тока в Землю в ее резонансном состоянии. частоты от заземленной катушки Тесла с повышенной емкостью, потенциал Земли можно было заставить колебаться, создавая глобальные стоячие волны, и этот переменный ток можно было получить с помощью емкостной антенны, настроенной на резонанс с ней в любой точке Земли. ^{[89] [90] [91] [86]} Другая его идея заключалась в том, что передающие и приемные терминалы могут быть подвешены в воздухе с помощью воздушных шаров на высоте 30 000 футов (9 100 м), где воздух давление ниже. ^{[90] [57] [74] [75]} На этой высоте, подумал он, слой электропроводящего разреженного воздуха позволит передавать электричество при высоких напряжениях (сотни миллионов вольт) на большие расстояния.Тесла задумал построить глобальную сеть беспроводных электростанций, которую он назвал своей «Мировой беспроводной системой», которая будет передавать как информацию, так и электроэнергию всем на Земле. ^[92] Нет никаких надежных доказательств того, что он когда-либо передавал значительные количества энергии за пределы демонстрации ближнего радиуса действия выше. ^{[73] [93] [77] [94] [50] [95] [96] [97] [98]}

Увеличительный преобразователь

Беспроводные исследования Теслы требовали все более высоких напряжений, и он достиг предела напряжений, которые он мог генерировать в помещении своей нью-йоркской лаборатории.Между 1899-1900 годами он построил лабораторию в Колорадо-Спрингс и проводил там эксперименты по беспроводной передаче. ^[39] В лаборатории Колорадо-Спрингс была одна из самых больших когда-либо построенных катушек Тесла, которую Тесла назвал «увеличивающим передатчиком», поскольку она предназначалась для передачи энергии на удаленный приемник. ^[99] При входной мощности 300 киловатт он мог производить потенциалы порядка 10 миллионов вольт, ^{[39] [89]} на частотах 50–150 кГц, создавая, как сообщается, огромные «молнии». до 135 футов в длину. ^{[17] [94]} Во время экспериментов это вызвало перегрузку, которая привела к возгоранию генератора переменного тока энергетической компании Колорадо-Спрингс, разрушив его, и Тесла пришлось восстановить генератор. ^[17]

В увеличительном передатчике Тесла использовал модифицированную конструкцию (см. Схему) , с которой он экспериментировал с 1898 года и запатентовал в 1902 году, ^{[38] [32]} , отличную от его предыдущие схемы с двойной настройкой. В дополнение к первичной катушке (L1) и вторичной катушке (L2) , он имел третью катушку (L3) , которую он назвал «дополнительной» катушкой, не связанной с другими магнитами, прикрепленную к верхнему выводу. вторичного. ^[39] При возбуждении от вторичной обмотки он создавал дополнительное высокое напряжение за счет резонанса, настраиваясь так, чтобы резонировать с его собственной паразитной емкостью (C2) ^[39] Использование последовательно включенной резонаторной катушки для генерации высоких напряжений был независимо обнаружен Полем Мари Уденом в 1893 году и использован в его катушке Удена. ^[100]

Аппарат Колорадо-Спрингс состоял из трансформатора Тесла диаметром 51 фут (15,5 м), состоящего из вторичной обмотки (L2) из 50 витков толстого провода, намотанного на 6-футовый (2 м) высокий круглый деревянный «забор» по периметру лаборатории и одновитковая первичная обмотка (L1) , установленная на заборе или закопанная в землю под ним. ^{[101] [102]} Первичная обмотка была подключена к батарее масляных конденсаторов (C1) для создания настроенной цепи с вращающимся искровым разрядником (SG) , питаемым от 20 до 40 киловольт от сети. мощный повышающий трансформатор (Т) . Верх вторичной обмотки был подключен к «дополнительной» или «резонаторной» катушке (L3) диаметром 8 футов (2,4 м) в центре комнаты. Его высоковольтный конец был подсоединен к телескопической «антенной» штанге длиной 143 фута (43,6 м) с 30-дюймовым (1 м) металлическим шаром наверху, который мог выступать через крышу лаборатории.Поворачивая стержень вверх или вниз, он мог регулировать емкость в цепи дополнительной катушки, настраивая ее на резонанс с остальной частью цепи. ^[103]

Известное изображение увеличивающего передатчика в действии, рядом с которым сидит Тесла. Это фото «фокус», двойная экспозиция; Теслы не было в комнате, когда катушка работала. ^[103]

Катушка работает, напряжение -12 миллионов вольт. Показана «дополнительная» катушка диаметром 10 футов. Вторичная обмотка диаметром 51 фут смутно видна на заднем плане и на предыдущей фотографии.

Разряд той же катушки с емкостной клеммой с металлической сферой.

Первичная цепь, показывающая батарею масляных конденсаторов (коробки, передний план) , питающий трансформатор 40 кВ и поворотный искровой разрядник (сзади) и часть вторичной обмотки (стена, слева)

Огромный «увеличительный передатчик» катушка в лаборатории Теслы в Колорадо-Спрингс, 1899-1900 гг., фотографии фотографа Дикенсона Элли, декабрь 1899 г. Длинные дуги, показанные выше, не были особенностью нормальной работы передатчика, потому что они тратят впустую энергию; для этих фотографий Тесла заставлял машину производить дугу, быстро включая и выключая питание. ^[103]

Башня Варденклиф

Беспроводная станция Wardenclyffe Tower, по сути, огромная катушка Тесла, предназначенная в качестве прототипа трансатлантической радиотелеграфии и беспроводного передатчика энергии, построенная Тесла в Шорхэме, штат Нью-Йорк, в 1901–1902 годах. Он так и не был завершен. Проект, на котором был основан завод Wardenclyffe, взят из патента Теслы 1902 года ^[38] .

В 1901 году, убедившись, что его теории беспроводной связи верны, Тесла при финансовой поддержке банкира Дж. П. Моргана начал строительство высоковольтной беспроводной станции, которая теперь называется Башня Уорденклиф, в Шорхэме, штат Нью-Йорк. ^{[86] [104]} Хотя он был построен как трансатлантическая радиотелеграфная станция, Тесла также планировал передавать электроэнергию без проводов в качестве прототипа передатчика для предложенной им «Всемирной беспроводной системы». ^{[99] [92]} По сути, огромная катушка Тесла, она состояла из электростанции с 400-сильным генератором и 57-метровой башни, увенчанной металлическим куполом диаметром 68 футов (21 метр). емкостной электрод. ^{[99] [105]} Под поверхностью находилась сложная система заземления, которая, по словам Тесла, была необходима для «захвата земли» для создания колеблющихся земных токов, которые, как он полагал, будут передавать энергию.

К 1904 году его инвесторы вывели ^[92] , и строительство объекта так и не было завершено; он был снесен в 1916 году. ^{[87] [99]} Хотя Тесла, кажется, считал, что его идеи беспроводного электропитания были подтверждены, ^[94] у него была история заявлений, которые он не подтвердил экспериментально, ^{[106] [107] [108]} и, похоже, нет никаких доказательств того, что он когда-либо передавал значительную мощность, помимо демонстраций ближнего действия, упомянутых выше. ^{[73] [93] [77] [94] [50] [95] [97] [98] [96]} Несколько длинных отчетов -дистанционная передача энергии Tesla осуществляется не из надежных источников. Например, широко распространен миф о том, что в 1899 году он по беспроводной связи зажег 200 лампочек на расстоянии 26 миль (42 км). ^{[93] [94]} Нет никакого независимого подтверждения этой предполагаемой демонстрации; ^{[93] [94]} Тесла не упоминал об этом, ^[94] и не упоминается в его лабораторных записях. ^{[89] [109]} Он возник в 1944 году от первого биографа Теслы, Джона Дж. О’Нила, ^[6] , который сказал, что собрал его по кусочкам из «фрагментарного материала … из ряда публикаций». . ^[110]

За 100 лет, прошедших с тех пор, другие, такие как Роберт Голка ^{[101] [111] [112]} , построили оборудование, подобное Tesla, но передача энергии на большие расстояния не была продемонстрирована, ^{[113] [78] [6] [94]} и ученые согласны с тем, что его система World Wireless не сработала бы. ^{[114] [76] [77] [87] [94] [95] [107] [96]} соответствующие антенны) могут функционировать как радиопередатчики, передавая энергию в виде радиоволн, частота, которую он использовал, около 150 кГц, слишком мала для практической передачи энергии на большие расстояния. ^{[77] [94] [97]} На этих длинах волн радиоволны распространяются во всех направлениях и не могут быть сфокусированы на удаленном приемнике. ^{[76] [77] [94] [95] [107]} Мировая схема передачи электроэнергии Тесла остается сегодня такой, какой она была во времена Теслы: смелой, захватывающей мечтой. ^{[87] [95]}

Использование в радио

Мощный передатчик с искровым разрядником, показывающий последовательные искровые промежутки (горизонтальные цилиндрические объекты) , конденсаторы лейденской банки (вертикальные цилиндры, сзади) и резонансный трансформатор (вверху)

Схема передатчика искры из патента Маркони 1900 года. ^[115] Видно сходство с катушкой Тесла; Единственное отличие состоит в добавлении переменной индуктивности (g) для настройки антенны (f) на резонанс. ^{[116] [72]}

«[Катушка Тесла] была изобретена не для беспроводной связи, а для того, чтобы заставить вакуумные лампы светиться без внешних электродов, и позже она сыграла принципиальную роль в работе больших искровых станций. » — Уильям Х. Экклс , 1933 ^[117]

Одно из самых больших применений схемы катушки Тесла было в ранних радиопередатчиках, называемых передатчиками с искровым разрядником.Первые генераторы радиоволн, изобретенные Генрихом Герцем в 1887 году, были искровыми разрядниками, подключенными непосредственно к антеннам, питаемыми от индукционных катушек. ^{[118] [119] [51]} Из-за отсутствия резонансного контура эти передатчики генерировали радиоволны с сильным затуханием. В результате их передачи занимали чрезвычайно широкую полосу частот. Когда несколько передатчиков работали в одной и той же зоне, их частоты перекрывались, и они создавали помехи друг другу, вызывая искаженный прием.Приемник не мог выбрать один сигнал вместо другого. ^{[119] [118]}

В 1892 году Уильям Крукс, друг Теслы, прочитал лекцию ^[120] об использовании радиоволн, в которой он предложил использовать резонанс для уменьшения полосы пропускания в передатчиках и приемники. Используя резонансные схемы, можно «настроить» разные передатчики для передачи на разных частотах. При более узкой полосе пропускания отдельные частоты передатчика больше не будут перекрываться, поэтому приемник может принимать конкретную передачу, «настраивая» свой резонансный контур на ту же частоту, что и передатчик. ^{[118] [51] [116]} Это система, используемая во всех современных радио.

С соответствующей проволочной антенной цепь катушки Тесла могла бы работать как такой узкополосный радиопередатчик. ^{[10] [53] [17] [1]} В своей лекции в Сент-Луисе в марте 1893 года ^[70] Тесла продемонстрировал беспроводную систему, которая была первым применением настроенных схем в радио. хотя он использовал его для беспроводной передачи энергии, а не для радиосвязи. ^{[72] [51] [121] [116] [122] [123]} Заземленный конденсаторный трансформатор Тесла с искровым возбуждением, подключенный к приподнятой проволочной антенне, излучает радиоволны, которые были приняты через всю комнату проволочной антенной, прикрепленной к приемнику, состоящему из второго заземленного резонансного трансформатора, настроенного на частоту передатчика, который зажигал лампу Гейсслера. ^{[124] [118] [116] [123]} Эта система, запатентованная Теслой 2 сентября 1897 г., ^[74] была первым применением концепции «четырех цепей», заявленной позже Маркони. ^{[125] [123] [72] [122]} Однако Tesla в основном интересовалась беспроводной энергетикой и так и не разработала практическую систему радиосвязи . ^{[94] [8] [124] [118]} На самом деле он никогда не верил, что радиоволны можно использовать для практической связи, вместо этого он придерживался ошибочной теории, согласно которой радиосвязь была вызвана токами в Земля. ^[126]

Практические системы радиотелеграфной связи были разработаны Гульельмо Маркони, начиная с 1895 года.К 1897 году преимущества узкополосных (слегка затухающих) систем, отмеченные Круксом, были признаны, и в передатчики и приемники были включены резонансные цепи, конденсаторы и катушки индуктивности. ^[121] Схема резонансного трансформатора «замкнутая первичная, разомкнутая вторичная», используемая Tesla, оказалась лучшим передатчиком, ^[122] , потому что слабосвязанный трансформатор частично изолировал колеблющуюся первичную цепь от схемы излучающей энергию антенны, уменьшая затухание, позволяющее производить длинные «звенящие» волны с более узкой полосой пропускания. ^{[54] [53] [118] [127]} Версии схемы были запатентованы Маркони, ^{[115] [122]} Джон Стоун Стоун ^[128] и Оливер Лодж , ^[129] и широко использовались в радио в течение двадцати лет. ^{[51] [121] [75] [118] [116]} В 1906 году Макс Вин изобрел закаленный или «последовательный» искровой разрядник, который гасил искру после того, как энергия была передана в вторичный, позволяя вторичному устройству свободно колебаться после этого, еще больше уменьшая демпфирование и полосу пропускания.

Хотя их демпфирование было уменьшено в максимально возможной степени, искровые передатчики по-прежнему производили затухающие волны с широкой полосой пропускания, создавая помехи для других передатчиков. Примерно к 1920 году они устарели, их заменили передатчики на электронных лампах, которые генерировали непрерывные волны на одной частоте, которые также можно было модулировать для передачи звука. Резонансный трансформатор Теслы продолжал использоваться в передатчиках и приемниках на электронных лампах и по сей день является ключевым компонентом радио. ^[14]

Во время «эры искр» профессия радиотехника отдавала должное Тесле, ^[118] его схема стала известна как «катушка Тесла» или «трансформатор Тесла». ^{[51] [53] [12]} Однако Tesla не получила финансовой выгоды из-за конкурирующих патентных притязаний. Маркони заявил о правах на схему передатчика «замкнутая первичная открытая вторичная» в своем спорном патенте 1900 г. на «четырехконтурную» беспроводную связь. ^{[115] [125] [122] [75] [116]} В 1915 году компания Tesla подала на Маркони в суд за нарушение патентных прав, но не имела ресурсов для продолжения иска. ^{[118] [122] [121] [75]} Однако в 1943 году в отдельном иске, поданном компанией Marconi против правительства США за использование его патентов во время Первой мировой войны, Верховный суд США аннулировал патентную заявку Маркони 1900 года на концепцию «четырех цепей». ^{[130] [51] [75] [116] [13]} В постановлении упоминались предыдущие патенты Tesla, Lodge и Stone, ^{[118] [51]} , но не решили, какая из этих сторон имеет права на схему. ^{[75] [122] [116]} Конечно, к тому времени вопрос уже не обсуждался; срок действия патента истек в 1915 году, а искровые преобразователи давно вышли из употребления.

Хотя есть некоторые разногласия по поводу роли, которую сам Тесла сыграл в изобретении радио, ^{[131] [51] [75] [13]} источники согласны с важностью его схемы в раннем радио. передатчики. ^{[116] [132] [17] [1] [122] [118] [14]} С современной точки зрения большинство искровых передатчиков можно рассматривать как катушки Тесла. ^{[17] [10]}

Применение в медицине

Малая катушка Тесла для электротерапии, 1905 год. Трансформатор Тесла погружен в резервуар с маслом для изоляции, чтобы предотвратить дугу. Обработка оттока колена с помощью катушки Удина (слева) , трансформатор высокого напряжения, похожий на катушку Тесла, 1915

Катушка для электротерапии Тесла, изготовленная Адольфом Гайффом, около 1900 года. Первичный конденсатор находится в коробке; искровой разрядник установлен сверху.

Лечение рака с помощью спирали Оудина (слева) , 1910 г.Индукционная катушка, питающая катушку Удина, находится за головой пациента.

Комбинированный аппарат для электротерапии и рентгеновского излучения Тесла / Д’Арсонваля / Удена 1907

Электротерапия для лечения диабета с помощью вакуумного электрода, 1922 год. На передней части аппарата виден серийный искровой разрядник.

Установка для длинноволновой искровой диатермии с использованием схемы Тесла, 1921 г.

Вакуумный электрод «Фиолетовый луч» в действии.

Палочка с фиолетовым лучом, портативная катушка Тесла, продававшаяся как медицинское устройство для дома примерно до 1940 года.Говорят, что лечит все, от карбункулов до люмбаго.

Тесла заметил еще в 1891 году, что токи высокой частоты выше 10 кГц не вызывают ощущения поражения электрическим током, и на самом деле токи, которые были бы смертельными на более низких частотах, могли проходить через тело без видимого вреда. ^{[134] [135] [136]} Он экспериментировал на себе и заявлял, что ежедневное применение высокого напряжения снимает депрессию. ^[137] Он был одним из первых, кто наблюдал нагревающее действие высокочастотных токов на тело, лежащее в основе диатермии. ^{[138] [139]} Во время широко разрекламированных демонстраций в начале 1890-х годов он пропустил через свое тело сотни тысяч вольт. ^{[71] [67]} С характерной гиперболой он назвал электричество «величайшим из врачей» ^[137] и предложил проложить провода под классами, чтобы его стимулирующее действие улучшило успеваемость «тупых» школьников. ^{[139] [140]} В 1898 году Тесла написал новаторскую статью о медицинском использовании высокочастотных токов ^{[135] [141] [136]} , но мало что сделал в дальнейшем по этой теме.

Несколько других исследователей в это время также экспериментально применяли токи высокой частоты к телу. ^{[142] [143] [144] [42] [145]} Элиху Томсон, соавтор катушки Тесла, был одним из них, поэтому в медицине катушка Тесла стала известна как «Аппарат Тесла-Томсона». ^[42] Во Франции с 1889 года врач и новатор-биофизик Жак д’Арсонваль документировал физиологические эффекты высокочастотного тока на тело и сделал те же открытия, что и Тесла. ^{[146] [138] [145]} Во время своего европейского путешествия 1892 года Тесла встретился с Д’Арсонвалем и был польщен, обнаружив, что они используют аналогичные схемы. Резонансные цепи (вверху) Д’Арсонваля с возбуждением искрой не производили такого высокого напряжения, как трансформатор Тесла. ^[42] В 1893 году французский врач Поль Мари Уден добавил «резонаторную» катушку к цепи Д’Арсонваля, чтобы создать высоковольтную катушку Удена, ^{[145] [147]} схему, очень похожую на катушку Тесла , который широко использовался для лечения пациентов в Европе. ^[42]

В этот период люди были очарованы новой технологией электричества, и многие верили, что она обладает чудесными целебными или «оживляющими» свойствами. ^[148] Медицинская этика также была слабее, и врачи могли экспериментировать со своими пациентами. На рубеже веков приложение высокого напряжения, «высокочастотных» токов к телу стало частью медицинской области викторианской эпохи, частично законной экспериментальной медициной и частично шарлатанской медициной, ^[136] называлось электротерапией . ^{[148] [100] [149]} Производители производили медицинские аппараты для генерации «токов Тесла», «токов Д’Арсонваля» и «токов Удена» для врачей. В электротерапии заостренный электрод, прикрепленный к высоковольтному выводу катушки, держался рядом с пациентом, и светящиеся щеточные разряды от него (так называемые « эффлювы, ») прикладывались к частям тела для лечения широкого спектра медицинских заболеваний. условия. Чтобы приложить электрод непосредственно к коже или тканям во рту, анусе или влагалище, использовался «вакуумный электрод», состоящий из металлического электрода, запаянного внутри частично вакуумированной стеклянной трубки, которая производила драматическое фиолетовое свечение.Стеклянная стенка трубки и поверхность кожи образуют конденсатор, который ограничивает ток пациента, предотвращая дискомфорт. Эти вакуумные электроды позже были изготовлены с помощью портативных катушек Тесла для изготовления жезлов «фиолетового луча», продаваемых населению как шарлатанское домашнее медицинское устройство. ^{[150] [151]}

Популярность электротерапии достигла пика после Первой мировой войны, ^{[138] [148]} , но к 1920-м годам власти начали пресекать мошеннические методы лечения, и электротерапия в значительной степени стала устаревший.Часть области, которая выжила, была диатермия , применение высокочастотного тока для нагрева тканей тела, впервые примененное немецким врачом Карлом Нагельшмидтом в 1907 году с использованием катушек Тесла. ^{[138] [145]} К 1930 «длинноволновые» (0,5 ~ 2 МГц) диатермические аппараты с катушкой Тесла были заменены «коротковолновыми» (10 ~ 100 МГц) аппаратами для диатермии с вакуумными трубками, ^{[138] [145]} , но катушки Тесла продолжали использоваться как в диатермии ^[138] , так и в шарлатанских медицинских устройствах, таких как фиолетовый луч ^[150] до Второй мировой войны.

В течение 1920-х и 30-х годов все униполярные (с одним выводом) медицинские катушки высокого напряжения стали называться катушками Оудина, поэтому современные униполярные катушки Тесла иногда называют «катушками Оудина». ^[152]

Использование в шоу-бизнесе

Исполнительницу интермедии «Электрис» «убили током» 1914 ^[153] «Электрис» зажигает свечу щеточным разрядом из своих пальцев. ^[153] Ток исходил от электрического стула, к которому она прикасалась, который подключен к катушке Тесла на заднем плане.

Евангелист Ирвин Мун, стреляющий «молнией» из пальцев, 1938.

Демонстрация 10-дюймового (25-сантиметрового) разряда кистью от руки, 1913 ^[154] Радиочастотный ток от катушки Тесла освещает нить лампы, когда она проходит через провод для зарядки и разрядить тело исполнителя, которое действует как пластина конденсатора. ^[154]

Артисты, ведущие шоу на рубеже веков, выполняли трюки с катушками Тесла, которые сегодня считались бы чрезвычайно опасными. НЕ ПЫТАЙТЕСЬ ЭТИМ

Захватывающие искры на катушке Тесла и тот факт, что ее токи могут проходить через человеческое тело, не вызывая поражения электрическим током, привели к ее использованию в индустрии развлечений.

В начале 20-го века он появлялся на передвижных карнавалах, шоу уродов, цирковых и карнавальных шоу, во время которых исполнитель пропускал через свое тело высокое напряжение ^{[71] [155] [153] ] [156] [157]} У таких исполнителей, как «Доктор Резисто», «Человеческое Динамо», «Электрис», «Великая Вольта» и «Мадамуазель Электра», их тело было бы связано с высотой клеммы напряжения скрытой катушки Тесла, вызывающие искры, вылетающие из кончиков их пальцев и других частей тела, и лампы Гейсслера загораются, когда их держат в руках или даже подносят к ним. ^{[154] [158]} Они также могли зажигать свечи или сигареты пальцами. ^[153] Хотя обычно они не вызывают поражения электрическим током, высокочастотные дуговые разряды от оголенной кожи могут вызвать болезненные ожоги; чтобы предотвратить их, артисты иногда носили металлические наперстки на кончиках пальцев ^[153] (их использует преподобный Мун, изображение в центре выше) . Эти действия были чрезвычайно опасными и могли убить исполнителя, если катушка Тесла была неправильно отрегулирована. ^[156] На карни-жаргоне это называлось «действие на электрическом стуле», потому что оно часто включало в себя искровое «поражение электрическим током» исполнителя на электрическом стуле, ^{[156] [157]} , используя общественное восхищение этот экзотический новый метод смертной казни, который стал доминирующим методом казни в Соединенных Штатах примерно в 1900 году.Сегодня артисты все еще выполняют высоковольтные действия с катушками Тесла, ^{[159] [160]} , но современная биоэлектромагнетика принесла новое понимание опасностей, связанных с токами катушек Тесла, и позволять им проходить через тело сегодня считается чрезвычайно опасным. .

Катушки Тесла также использовались в качестве декораций в ранних детективных и научно-фантастических фильмах, начиная с эпохи немого кино. ^[71] Потрескивающие, извивающиеся искры, исходящие от электрода гигантской катушки Тесла, стали культовым символом Голливуда лаборатории «безумного ученого», признанным во всем мире. ^[161] Вероятно, это произошло потому, что сам эксцентричный Никола Тесла со своими знаменитыми демонстрациями высокого напряжения и своей таинственной лабораторией в Колорадо-Спрингс был одним из основных прототипов, от которых произошел обычный персонаж «безумный ученый». ^{[161] [162]} Некоторые ранние фильмы, в которых появлялись катушки Тесла: Волки культуры (1918), Бог силы (1926), Метрополис (1927), Франкенштейн (1931) и его многочисленные продолжения, такие как Сын Франкенштейна (1939), Маска Фу Маньчжурия (1932), Чанду-волшебник (1932), Затерянный город (1935) и Сцепляющаяся рука (1936) ^{[163] [71]} и многие более поздние фильмы и телешоу.К 1980-м годам CGI добавляла в фильмы такие эффекты, как высоковольтные искры, в качестве визуальных эффектов при пост-продакшене, устраняя необходимость в опасных высоковольтных катушках Тесла на съемочной площадке.

Катушки Тесла для многих из этих фильмов были сконструированы Кеннетом Стрикфаденом (1896-1984), который, начав с его впечатляющих эффектов в 1931 Frankenstein , стал выдающимся голливудским экспертом по электрическим спецэффектам. ^{[71] [164]} Его большая катушка Тесла «Мэг Сеньор», которую можно увидеть во многих из этих фильмов, состояла из конической вторичной обмотки длиной 6 футов на 1000 витков и первичной обмотки на 10 витков, подключенных к конденсатору через вращающийся искровой разрядник. питание от трансформатора 20 кВ. ^[164] Может производить искры длиной 6 футов. Некоторыми из его последних выступлений были сборка оригинального высоковольтного аппарата 1931 Frankenstein для сатиры Мела Брукса Young Frankenstein (1974) и создание катушки Тесла на миллион вольт, которая произвела 12-футовые искры для сценического шоу 1976 года. рок-группа Kiss . ^[163]

Использование в образовании

Демонстрация индуктивности с катушкой Тесла, 1906. ^[165] Радиочастотный ток не проходит через тяжелый медный провод из-за изгиба, а вместо этого проходит через лампу.

С тех пор, как Тесла читал лекции 1890-х годов, катушки Тесла использовались в качестве аттракционов на образовательных выставках и научных ярмарках. Они стали способом противостоять стереотипу, что наука скучна. ^[166] В начале 20-го века такие эксперты, как Генри Транстром и Эрл Овингтон, демонстрировали высокое напряжение на «электрических ярмарках». ^[154] Классы средней школы построили катушки Тесла.

С 1933 по 1980-е годы, в перерывах между съемками в кино, голливудский эксперт по спецэффектам Кен Стрикфаден возил свой высоковольтный аппарат на выставку под названием «Наука на параде», а затем «Научное шоу космической эры Кенстрика» в старшие школы и колледжи , Всемирные ярмарки и выставки. ^[166] Эти зрелищные шоу, охватившие 48 штатов, оказали решающее влияние на зарождение современного движения «намотки». ^[163] Ряд современных любителей Тесла, таких как Уильям Вайсок, говорят, что они были вдохновлены на создание катушек Тесла, увидев шоу Стрикфадена. ^[166]

Одной из самых старых и самых известных катушек, все еще работающих, является «GPO-1» в обсерватории Гриффит-Парк в Лос-Анджелесе. Первоначально это была одна из пары катушек, построенных в 1910 году Эрлом Л.Овингтон, друг Теслы и производитель аппаратов для высоковольтной электротерапии. ^{[167] [168] [71]} В течение нескольких лет Овингтон демонстрировал их на декабрьской выставке электроэнергии в Мэдисон-Сквер-Гарден в Нью-Йорке, используя их для демонстрации науки о высоких напряжениях, которую сам Тесла иногда присутствовал. ^[71] Названный осциллятором на миллион вольт , двойные катушки были установлены на балконе во время выставки. Каждый час свет приглушался, и публику представляли арки высотой 10 футов. ^[168] Овингтон передал катушки своему другу доктору Фредерику Финчу Стронгу, ведущему деятелю в области альтернативной электротерапии для здоровья. В 1937 году Стронг передал катушки обсерватории Гриффита. В музее не было места для демонстрации обоих, но одна катушка была восстановлена ​​Кеннетом Стрикфаденом и с тех пор ежедневно эксплуатируется. ^[71] Он состоит из конической вторичной обмотки высотой 48 дюймов (1,2 м), увенчанной медным шариковым электродом диаметром 12 дюймов (30 см), с 9-витковой спиральной первичной обмоткой диаметром 2 дюйма.медная полоса, конденсатор со стеклянной пластиной (заменяющий оригинальные лейденские банки) и роторный искровой разрядник. ^[167] Его выходная мощность оценивается в 1,3 миллиона вольт. ^[168]

Позже использует

Помимо использования в радиопередатчиках с искровым разрядником и электротерапии, описанных выше, цепь катушки Тесла также использовалась в начале 20 века в рентгеновских аппаратах, генераторах озона для очистки воды и оборудовании для индукционного нагрева. Однако в 1920-х годах ламповые генераторы заменили его во всех этих приложениях. ^[10] Триодная вакуумная лампа была намного лучшим генератором радиочастотного тока, чем шумная горячая искра, выделяющая озон, и могла генерировать непрерывные волны. После этого промышленное использование катушки Тесла в основном ограничивалось несколькими специализированными приложениями, которые соответствовали ее уникальным характеристикам, например, испытанием высоковольтной изоляции.

В 1926 году первопроходцы в области физики-ускорителей Мерл Тув и Грегори Брейт построили катушку Тесла на 5 миллионов вольт в качестве линейного ускорителя частиц. ^{[169] [170] [171]} Биполярная катушка состояла из трубки из пирекса длиной в метр, намотанной на 8000 витков тонкой проволоки, с круглыми коронирующими колпачками на каждом конце и 5-витковой спиральной первичной катушки, окружающей это в центре. Он работал в резервуаре с изоляционным маслом под давлением 500 фунтов на квадратный дюйм, что позволяло достичь потенциала 5,2 мегавольт. Хотя он использовался в течение короткого периода в 1929-1930 годах, он не имел успеха, потому что ускорение частиц должно было быть завершено за короткий период полупериода высокочастотного напряжения.

В 1970 году Роберт К. Голка построил копию огромного увеличительного передатчика Теслы в Колорадо-Спрингс в сарае на базе ВВС Вендовер, штат Юта, используя данные, которые он нашел в лабораторных записях Теслы, хранящихся в музее Николы Теслы в Белграде, Сербия. ^{[101] [111] [112] [40]} Это был один из первых экспериментов с лупой со времен Теслы. Катушка генерировала 12 миллионов вольт. Голка использовал это, чтобы попытаться повторить синтез шаровой молнии, о котором сообщал Тесла.

Современные катушки Тесла

Современные энтузиасты высокого напряжения обычно создают катушки Тесла, похожие на некоторые из «более поздних» конструкций Тесла с двумя катушками с воздушным сердечником. Обычно они состоят из первичного контура резервуара, последовательного LC (индуктивно-емкостного) контура, состоящего из высоковольтного конденсатора, искрового разрядника и первичной катушки, и вторичного LC-контура, последовательно-резонансного контура, состоящего из вторичной катушки и клеммная емкость или «верхняя нагрузка». В более продвинутой конструкции Теслы (лупа) добавлена ​​третья катушка.Вторичный LC-контур состоит из плотно связанной вторичной обмотки трансформатора с воздушным сердечником, управляющей нижней частью отдельного спирального резонатора третьей катушки. Современные системы с двумя катушками используют одну вторичную катушку. Затем верх вторичной обмотки подключается к клемме верхней нагрузки, которая образует одну «пластину» конденсатора, а другая «пластина» является землей (или «землей»). Первичный LC-контур настроен так, что он резонирует на той же частоте, что и вторичный LC-контур. Первичная и вторичная катушки магнитно связаны, создавая резонансный трансформатор с воздушным сердечником с двойной настройкой.Раньше катушки Тесла с масляной изоляцией нуждались в больших и длинных изоляторах на их высоковольтных выводах, чтобы предотвратить разряд в воздухе. Позже катушки Тесла распространяют свои электрические поля на большие расстояния, чтобы в первую очередь предотвратить высокие электрические напряжения, тем самым позволяя работать на открытом воздухе. В большинстве современных катушек Тесла также используются выходные клеммы в форме тороида. Их часто изготавливают из спиральных металлических или гибких алюминиевых каналов. Тороидальная форма помогает контролировать сильное электрическое поле в верхней части вторичной обмотки, направляя искры наружу и от первичной и вторичной обмоток.

Более сложная версия катушки Тесла, названная Тесла «лупой», использует более тесно связанный резонансный «драйвер» трансформатора с воздушным сердечником (или «задающий генератор») и меньшую удаленно расположенную выходную катушку (называемую «дополнительная катушка» или просто резонатор), который имеет большое количество витков на относительно небольшой форме катушки. Нижняя часть вторичной обмотки драйвера соединена с массой. Противоположный конец соединен с нижней частью дополнительной катушки через изолированный провод, который иногда называют линией передачи.Поскольку линия передачи работает при относительно высоких высокочастотных напряжениях, она обычно изготавливается из металлических трубок диаметром 1 дюйм для уменьшения потерь на коронный разряд. Поскольку третья катушка расположена на некотором расстоянии от драйвера, она не связана с ней магнитным полем. вместо этого напрямую соединен с выходом драйвера в нижнюю часть третьей катушки, заставляя ее «звенеть» до очень высоких напряжений. Комбинация драйвера с двумя катушками и резонатора третьей катушки добавляет системе еще одну степень свободы, сделать настройку значительно более сложной, чем настройка системы с двумя катушками.Переходный отклик для множественных резонансных сетей (из которых лупа Тесла является подмножеством) была решена только недавно. ^[172] Теперь известно, что доступно множество полезных «режимов» настройки, и в большинстве рабочих режимов дополнительная катушка будет звонить с частотой, отличной от частоты задающего генератора. ^[173]

Первичное переключение

В современных транзисторных катушках или катушках Тесла на электронных лампах не используется первичный разрядник. Вместо этого транзистор (ы) или вакуумная лампа (ы) обеспечивают функцию переключения или усиления, необходимую для генерации ВЧ-мощности для первичной цепи.Твердотельные катушки Тесла используют самое низкое первичное рабочее напряжение, обычно от 155 до 800 вольт, и управляют первичной обмоткой с использованием одинарной, полумостовой или полной мостовой схемы биполярных транзисторов, MOSFET или IGBT для переключения первичного тока. . Катушки с вакуумными трубками обычно работают с напряжением на пластинах от 1500 до 6000 вольт, в то время как большинство катушек с искровым разрядником работают с первичным напряжением от 6000 до 25000 вольт. Первичная обмотка традиционной транзисторной катушки Тесла намотана только на нижнюю часть вторичной катушки.Эта конфигурация иллюстрирует работу вторичной обмотки как резонатора с накачкой. Первичная обмотка «индуцирует» переменное напряжение в самой нижней части вторичной обмотки, обеспечивая регулярные «толчки» (аналогично тому, как правильно рассчитанные толчки к качелям на игровой площадке). Дополнительная энергия передается от первичной к вторичной индуктивности и емкости верхней нагрузки во время каждого «толчка», и нарастает выходное напряжение вторичной обмотки (называемое «звонком»). Электронная цепь обратной связи обычно используется для адаптивной синхронизации первичного генератора с растущим резонансом во вторичной обмотке, и это единственное соображение настройки помимо первоначального выбора разумной верхней нагрузки.

В двойной резонансной твердотельной катушке Тесла (DRSSTC) электронное переключение твердотельной катушки Тесла объединено с резонансной первичной цепью катушки Тесла с искровым промежутком. Резонансный первичный контур формируется путем подключения конденсатора последовательно с первичной обмоткой катушки, так что комбинация образует последовательный контур резервуара с резонансной частотой, близкой к резонансной частоте вторичного контура. Из-за дополнительного резонансного контура необходимы одна ручная и одна адаптивная регулировка.Кроме того, прерыватель обычно используется для уменьшения рабочего цикла переключающего моста и улучшения характеристик пиковой мощности; Точно так же IGBT более популярны в этом приложении, чем биполярные транзисторы или MOSFET, из-за их превосходных характеристик управления мощностью. Схема ограничения тока обычно используется для ограничения максимального тока первичного резервуара (который должен переключаться с помощью IGBT) до безопасного уровня. Характеристики DRSSTC могут быть сопоставимы с катушкой Тесла с искровым промежутком средней мощности, а эффективность (измеренная по длине искры в зависимости от входной мощности) может быть значительно выше, чем у катушки Тесла с искровым промежутком, работающей при той же входной мощности.

Практические аспекты проектирования

Производство высокого напряжения

Большая катушка Тесла более современной конструкции часто работает на очень высоких уровнях пиковой мощности, вплоть до многих мегаватт (миллионы ватт ^[174] ). Поэтому он тщательно настраивается и эксплуатируется не только для повышения эффективности и экономии, но и для обеспечения безопасности. Если из-за неправильной настройки точка максимального напряжения возникает ниже клеммы, вдоль вторичной катушки, разряд (искра) может вспыхнуть и повредить или разрушить провод катушки, опоры или близлежащие предметы.

Типовая конфигурация схемы
Здесь искровой промежуток закорачивает высокую частоту на первом трансформаторе, который питается переменным током. Индуктивность (не показана) защищает трансформатор. Такая конструкция предпочтительна, когда используется относительно хрупкий трансформатор для неоновых вывесок.

Альтернативная конфигурация цепи
Если конденсатор включен параллельно первому трансформатору, а искровой разрядник — последовательно с первичной обмоткой Тесла, трансформатор питания переменного тока должен выдерживать высокие напряжения на высоких частотах.

Tesla экспериментировала с этими и многими другими схемами (см. Справа). Первичная обмотка катушки Тесла, искровой разрядник и емкостной конденсатор соединены последовательно. В каждой цепи трансформатор питания переменного тока заряжает резервуарный конденсатор, пока его напряжение не станет достаточным для пробоя искрового промежутка. Разрыв внезапно сгорает, позволяя заряженному конденсатору бака разряжаться в первичную обмотку. Как только зазор загорается, электрическое поведение любой цепи идентично. Эксперименты показали, что ни одна из схем не дает заметного преимущества в производительности по сравнению с другой.

Однако в типичной схеме короткое замыкание искрового промежутка предотвращает «дублирование» высокочастотных колебаний в питающий трансформатор. В альтернативной схеме высокочастотные колебания большой амплитуды, возникающие на конденсаторе, также передаются на обмотку питающего трансформатора. Это может вызвать коронный разряд между витками, который ослабит и, в конечном итоге, разрушит изоляцию трансформатора. Опытные производители катушек Тесла почти исключительно используют верхнюю цепь, часто дополняя ее фильтрами нижних частот (резисторными и конденсаторными (RC) цепями) между питающим трансформатором и искровым разрядником, чтобы защитить питающий трансформатор.Это особенно важно при использовании трансформаторов с хрупкими высоковольтными обмотками, таких как трансформаторы с неоновой вывеской (NST). Независимо от того, какая конфигурация используется, высоковольтный трансформатор должен быть такого типа, который самостоятельно ограничивает вторичный ток за счет внутренней индуктивности рассеяния. Нормальный (с низкой индуктивностью рассеяния) высоковольтный трансформатор должен использовать внешний ограничитель (иногда называемый балластом) для ограничения тока. NST имеют высокую индуктивность рассеяния, чтобы ограничить ток короткого замыкания до безопасного уровня.

Меры предосторожности при настройке

Резонансная частота первичной катушки настраивается на резонансную частоту вторичной с помощью маломощных колебаний, затем увеличивается мощность (и при необходимости перенастраивается) до тех пор, пока система не будет работать должным образом на максимальной мощности. Во время настройки к верхнему выводу часто добавляют небольшой выступ (называемый «прорывом»), чтобы стимулировать коронный разряд и искровые разряды (иногда называемые стримерами) в окружающий воздух. Затем настройку можно отрегулировать так, чтобы получить самые длинные стримеры при заданном уровне мощности, соответствующем совпадению частот между первичной и вторичной катушками.Емкостная «нагрузка» стримеров снижает резонансную частоту катушки Тесла, работающей на полной мощности. Тороидальная нагрузка часто предпочтительнее других форм, таких как сфера. Тороид с большим диаметром, который намного больше вторичного диаметра, обеспечивает улучшенное формирование электрического поля при максимальной нагрузке. Это обеспечивает лучшую защиту вторичной обмотки (от повреждающих ударов стримера), чем сфера аналогичного диаметра. Кроме того, тороид позволяет довольно независимо управлять емкостью верхней нагрузки в зависимости от напряжения искрового пробоя.Емкость тороида в основном зависит от его большого диаметра, в то время как напряжение искрового пробоя в основном зависит от его меньшего диаметра.

Отвод воздуха

При генерации разрядов электрическая энергия от вторичной обмотки и тороида передается в окружающий воздух в виде электрического заряда, тепла, света и звука. Процесс похож на зарядку или разрядку конденсатора, за исключением того, что в катушке Тесла используется переменный ток, а не постоянный ток. Ток, возникающий при смещении зарядов внутри конденсатора, называется током смещения.Разряды катушки Тесла образуются в результате токов смещения, когда импульсы электрического заряда быстро передаются между высоковольтным тороидом и близлежащими областями в воздухе (называемыми областями пространственного заряда). Хотя области пространственного заряда вокруг тороида невидимы, они играют важную роль в появлении и расположении разрядов катушки Тесла.

При срабатывании разрядника заряженный конденсатор разряжается в первичной обмотке, вызывая колебания первичной цепи.Колеблющийся первичный ток создает колеблющееся магнитное поле, которое соединяется со вторичной обмоткой, передавая энергию на вторичную сторону трансформатора и заставляя его колебаться вместе с емкостью тороида относительно земли. Передача энергии происходит в течение нескольких циклов, пока большая часть энергии, которая изначально была на первичной стороне, не будет передана вторичной стороне. Чем больше магнитная связь между обмотками, тем короче время, необходимое для завершения передачи энергии.По мере накопления энергии в колеблющемся вторичном контуре амплитуда ВЧ-напряжения тороида быстро увеличивается, и воздух, окружающий тороид, начинает подвергаться диэлектрическому пробою, образуя коронный разряд.

По мере того, как энергия вторичной катушки (и выходное напряжение) продолжает увеличиваться, более сильные импульсы тока смещения дополнительно ионизируют и нагревают воздух в точке первоначального пробоя. Это формирует очень электропроводящий «корень» более горячей плазмы, называемый лидером, который выступает наружу из тороида.Плазма внутри лидера значительно горячее, чем коронный разряд, и значительно более проводящая. На самом деле по своим свойствам он похож на электрическую дугу. Лидер сужается и разветвляется на тысячи более тонких, холодных, похожих на волосы разрядов (называемых стримерами). Стримеры выглядят как голубоватая «дымка» на концах более ярких лидеров. Стримеры передают заряд между лидерами и тороидом в близлежащие области пространственного заряда. Все токи смещения от бесчисленных стримеров проходят в поводок, помогая поддерживать его в горячем состоянии и поддерживать электрическую проводимость.

Скорость первичного обрыва искрящихся катушек Тесла мала по сравнению с резонансной частотой узла резонатор-верхняя нагрузка. Когда переключатель замыкается, энергия передается от первичного LC-контура к резонатору, где в течение короткого периода времени возникает напряжение, достигающее кульминации в электрическом разряде. В катушке Тесла с искровым промежутком процесс передачи энергии из первичной во вторичную происходит периодически с типичной частотой импульсов 50–500 раз в секунду, в зависимости от частоты входного линейного напряжения.При таких скоростях сформированные ранее лидерные каналы не имеют возможности полностью остыть между импульсами. Таким образом, при последовательных импульсах новые разряды могут развиваться по горячим путям, оставленным их предшественниками. Это вызывает постепенный рост лидера от одного импульса к другому, удлиняя весь разряд на каждом последующем импульсе. Повторяющиеся импульсы вызывают рост разрядов до тех пор, пока средняя энергия, доступная от катушки Тесла во время каждого импульса, не уравновесит среднюю энергию, теряемую в разрядах (в основном в виде тепла).В этот момент достигается динамическое равновесие, и разряды достигают максимальной длины для уровня выходной мощности катушки Тесла. Уникальное сочетание нарастающей огибающей радиочастоты высокого напряжения и повторяющихся импульсов кажется идеально подходящим для создания длинных разветвляющихся разрядов, которые значительно дольше, чем можно было бы ожидать, исходя только из соображений выходного напряжения. Высоковольтные разряды с низким энергопотреблением создают нитевидные разветвленные разряды пурпурно-синего цвета.Высоковольтные разряды высокой энергии создают более толстые разряды с меньшим количеством ответвлений, бледные и светящиеся, почти белые и намного длиннее разрядов низкой энергии из-за повышенной ионизации. В этом районе будет возникать сильный запах озона и оксидов азота. Важными факторами максимальной продолжительности разряда являются напряжение, энергия и неподвижный воздух от низкой до умеренной влажности. Существует сравнительно немного научных исследований, посвященных возникновению и росту импульсных низкочастотных радиочастотных разрядов, поэтому некоторые аспекты воздушных разрядов катушки Тесла не так хорошо изучены по сравнению с постоянным током, переменным током промышленной частоты, высоковольтным импульсом и разрядами молнии.

Приложения

Цепи катушки Тесла

коммерчески использовались в искровых радиопередатчиках для беспроводной телеграфии до 1920-х годов, ^{[1] [10] [11]} и в электротерапии и псевдомедицинских устройствах, таких как фиолетовый луч. Сегодня, хотя небольшие катушки Тесла используются в качестве течеискателей в научных высоковакуумных системах ^[9] и воспламенителей в аппаратах для дуговой сварки, ^[175] их основное применение — развлекательные и образовательные дисплеи, катушки Тесла изготавливаются многими высоковольтными энтузиасты, исследовательские институты, научные музеи и независимые экспериментаторы.Хотя контроллеры электронных схем были разработаны, оригинальная конструкция искрового разрядника Tesla менее дорогая и оказалась чрезвычайно надежной.

Развлечения

Катушки Тесла

— очень популярные устройства среди некоторых инженеров-электриков и энтузиастов электроники. Конструкторов катушек Тесла для души называют «моталки». Очень большая катушка Тесла, спроектированная и построенная Сидом Клинджем, каждый год демонстрируется на фестивале музыки и искусств Coachella Valley в Коачелле, Индио, Калифорния, США.Люди посещают конгрессы по «намотке», где демонстрируют самодельные катушки Тесла и другие интересующие их электрические устройства. Остин Ричардс, физик из Калифорнии, в 1997 году создал металлический костюм Фарадея, который защищает его от разрядов катушки Тесла. В 1998 году он назвал персонажа в костюме Doctor MegaVolt и выступал по всему миру и на Burning Man 9 разных лет.

Катушки Тесла малой мощности также иногда используются в качестве источника высокого напряжения для фотографии Кирлиана. ^[176]

Катушки Тесла также могут использоваться для генерации звуков, включая музыку, путем модуляции эффективной «скорости прерывания» системы (т.е.е., скорость и продолжительность мощных РЧ-пакетов) через MIDI-данные и блок управления. Фактические данные MIDI интерпретируются микроконтроллером, который преобразует данные MIDI в выходной сигнал ШИМ, который может быть отправлен на катушку Тесла через оптоволоконный интерфейс. ^{[177] [178]} Тема видео YouTube Super Mario Brothers в стерео и гармонии на двух катушках демонстрирует производительность согласованных твердотельных катушек, работающих на частоте 41 кГц. Катушки были построены и эксплуатировались дизайнерами-любителями Джеффом Ларсоном и Стивом Уордом.Устройство было названо Зевсафоном в честь Зевса, греческого бога молнии, и как игра слов, относящихся к Сузафону. Идея проигрывания музыки на поющих катушках Тесла облетает весь мир, и несколько последователей ^[179] продолжают работу инициаторов. Обширный музыкальный концерт на открытом воздухе был продемонстрирован с использованием катушек Тесла во время Engineering Open House (EOH) в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн. Исландская художница Бьорк использовала катушку Тесла в своей песне «Thunderbolt» в качестве основного инструмента в песне.Музыкальная группа ArcAttack использует модулированные катушки Тесла и человека в костюме с цепочкой для воспроизведения музыки.

Самая большая в мире существующая в настоящее время двухкатушечная катушка Тесла — это блок мощностью 130 000 ватт, часть скульптуры под названием Electrum высотой 38 футов (12 м), принадлежащей Алану Гиббсу и в настоящее время находящейся в частном парке скульптур в Какануи. Точка возле Окленда, Новая Зеландия. ^[180] Самая мощная коническая катушка Тесла (1,5 миллиона вольт) была установлена ​​в 2002 году в Среднеамериканском научном музее в Хот-Спрингс, штат Арканзас. ^[181] Это копия конической катушки обсерватории Гриффита, установленной в 1936 году.

Детекторы утечки вакуумной системы

Ученые, работающие с системами высокого вакуума, проверяют наличие крошечных отверстий для штифтов в аппарате (особенно в недавно выдутой стеклянной посуде) с помощью высоковольтных разрядов, создаваемых небольшой ручной катушкой Тесла. Когда система вакуумируется, высоковольтный электрод катушки перемещается по внешней стороне устройства. Разряд проходит через любое отверстие под штифт непосредственно под ним, создавая коронный разряд внутри вакуумированного пространства, который освещает отверстие, указывая на точки, которые необходимо отжечь или повторно отжечь, прежде чем их можно будет использовать в эксперименте.

Опасности

Скин-эффект

Опасность контакта с высокочастотным электрическим током иногда воспринимается меньше, чем при более низких частотах, потому что субъект обычно не чувствует боли или «шока». Это часто ошибочно приписывают скин-эффекту, явлению, которое имеет тенденцию препятствовать прохождению переменного тока внутри проводящей среды. Считалось, что в теле токи Тесла проходят близко к поверхности кожи, что делает их более безопасными, чем электрические токи низкой частоты.

Хотя скин-эффект ограничивает токи Тесла в металлических проводниках до внешней доли дюйма, «глубина кожи» человеческого тела больше, чем у металлического проводника, из-за более высокого удельного сопротивления и более низкой диэлектрической проницаемости. Расчеты кожной толщины тканей тела на частоте катушек Тесла показывают, что она может быть больше толщины тела. ^{[182] [183] ​​ [184]} Таким образом, кажется, нет ничего, что могло бы помешать высокочастотным токам Тесла проходить через более глубокие части тела субъекта, такие как жизненно важные органы и кровеносные сосуды, что может быть лучше проведение.Причина отсутствия боли в том, что нервная система человека не ощущает поток потенциально опасных электрических токов выше 15–20 кГц; По сути, для активации нервов значительное количество ионов должно пересечь их мембраны, прежде чем ток (и, следовательно, напряжение) изменится на противоположное. Поскольку тело больше не обеспечивает предупреждающий «шок», новички могут касаться выходных стримеров небольших катушек Тесла, не ощущая болезненных ударов. Однако неофициальные данные среди экспериментаторов с катушкой Тесла указывают на то, что временное повреждение тканей все еще может происходить и наблюдаться в виде мышечной боли, боли в суставах или покалывания в течение нескольких часов или даже дней после этого.Считается, что это вызвано разрушительными эффектами внутреннего протекания тока и особенно часто встречается с катушками Тесла с непрерывной волной, твердотельными или вакуумными ламповыми катушками, работающими на относительно низких частотах (от десятков до сотен кГц). Можно генерировать токи очень высокой частоты (от десятков до сотен МГц), которые действительно имеют меньшую глубину проникновения в плоть. Они часто используются в медицинских и терапевтических целях, таких как электрокаутеризация и диатермия. Конструкции ранних диатермических машин были основаны на катушках Тесла или катушках Удена.

Большие катушки Тесла и лупы могут создавать опасные уровни высокочастотного тока, а также могут создавать значительно более высокие напряжения (часто 250 000–500 000 вольт или более). Из-за более высоких напряжений большие системы могут выдавать более высокие энергии, потенциально смертельные, повторяющиеся разряды высоковольтных конденсаторов со своих верхних выводов. Удвоение выходного напряжения увеличивает в четыре раза электростатическую энергию, хранящуюся в данной емкости верхнего вывода. Профессионалы обычно используют другие средства защиты, такие как клетка Фарадея или металлический кольчужный костюм, чтобы предотвратить попадание опасных токов в их тела.

Наиболее серьезные опасности, связанные с работой катушки Тесла, связаны с первичной цепью. Он способен подавать достаточный ток при значительном напряжении, чтобы остановить сердце неосторожного экспериментатора. Поскольку эти компоненты не являются источником визуальных или слуховых эффектов товарного знака, их легко не заметить как главный источник опасности. Если высокочастотная дуга поражает открытую первичную катушку, в то время как в то же время другая дуга также может поразить человека, ионизированный газ двух дуг образует цепь, которая может проводить смертельный низкочастотный ток от первичный в человека.

Кроме того, следует проявлять большую осторожность при работе с первичной частью катушки, даже если она на некоторое время отключена от источника питания. Конденсаторы резервуара могут оставаться заряженными в течение нескольких дней, имея достаточно энергии, чтобы вызвать смертельный удар. Правильные конструкции всегда включают в себя «стекающие резисторы» для стравливания накопленного заряда с конденсаторов. Кроме того, перед выполнением любых внутренних работ на каждом конденсаторе выполняется операция безопасного короткого замыкания. ^[185]

Связанные патенты

Патенты Tesla

См. Также : Список патентов Tesla

• « Электрический трансформатор или индукционное устройство ».Патент США № 433702, 5 августа 1890 г. ^[186]
• « Средства для генерации электрического тока », Патент США № 514168, 6 февраля 1894 г.
• « Электрический трансформатор », Патент № 593138, 2 ноября 1897 г.
• « Метод использования лучистой энергии», Патент № 685,958 5 ноября 1901 г.
• « Method of Signaling», Патент США № 723188, 17 марта 1903 г.
• « Система сигнализации», У.Патент S. № 725605, 14 апреля 1903 г.
• « Аппарат для передачи электрической энергии », 18 января 1902 г., Патент США 1,119,732, 1 декабря 1914 г. (доступен по патенту США 1,119,732

Другие патенты

• JS Stone, Патент США 714 « Аппарат для усиления электромагнитных сигналов-волн » (подана 23 января 1901 г .; выдана 2 декабря 1902 г.)
• A. Nickle, Патент США 2125804, « Антенна ».(Подано 25 мая 1934 г .; выдано 2 августа 1938 г.)
• Уильям В. Браун, Патент США 2059186, « Антенна ». (Подана 25 мая 1934 г .; выдана 27 октября 1936 г.).
• Роберт Б. Доум, Патент США 2101674, « Антенна ». (Подана 25 мая 1934 г .; выдана 7 декабря 1937 г.)
• Armstrong, E.H., Патент США 1113149, « Беспроводная приемная система ». 1914.
• Армстронг, Э. Х., Патент США 1,342,885, « Способ приема высокочастотных колебаний ».1922.
• Армстронг, Э. Х., Патент США 1,424,065, « Сигнальная система ». 1922.
• Gerhard Freiherr Du Prel, Патент США 1675882, « Высокочастотная цепь ». (Подана 11 августа 1925 г .; выдана 3 июля 1928 г.)
• Leydorf, G.F., Патент США 3,278,937, « Антенна, система связи в ближнем поле ». 1966.
• Van Voorhies, Патент США 6218998, « Тороидальная спиральная антенна »
• Джин Кунсе, Патент США 6,933,819, « Многочастотный генератор электромагнитного поля ».(Подана 29 октября 2004 г.; выдана 23 августа 2005 г.) ^[187]

См. Также

НИКОЛА ТЕСЛА НАПИСАНИЯ | Научный фонд Тесла

1. Г-н Никола Тесла о двигателях переменного тока , «Электрический мир», Нью-Йорк, 25 мая 1887 г.

2. Тесла отвечает доктору Дункану, объясняя свой двигатель переменного тока , Electrical Review, Нью-Йорк, 12 июня 1888 г.
3. Явления переменного тока очень высокой частоты , Электрический мир, Нью-Йорк, 21 февраля, 1891
4.Erscheinungen bei Wechselströmen mit hoher Wechselzahl , E.T.Z. [Elektrotechnische Zeitschrift], Берлин, H. 23, 5. VI 1891
5. Электростатическая индукционная установка переменного тока , инженер-электрик, Нью-Йорк, 6 мая 1891 г.
6. Электролитические часы , инженер-электрик, Нью-Йорк , 6 мая 1891 г.
7. Электрический разряд в электронных лампах , инженер-электрик, Нью-Йорк, 1 июля 1891 г.
8. Примечания к униполярному динамо-машине , инженер-электрик, Нью-Йорк, 1 сентября 1891 г.
9.«Массаж» токами высокой частоты , инженер-электрик, Нью-Йорк, 23 декабря 1891 г.
10. О рассеянии электрической энергии резонатора Герца , инженер-электрик, Нью-Йорк, 21 декабря 1892 г.
11 . Физиологические и другие эффекты высокочастотных токов , Инженер-электрик, Нью-Йорк, 1 февраля 1893 г.
12. Les vibrations électriques fréquentes , Moniteur Industriel, Париж, 1893 г.
13. Осциллятор Теслы и другие изобретения , Century Illustrated Magazine, Нью-Йорк, апрель 1895 г.
14.Earth Electricity to Kill Monopoly , The World Sunday Magazine 8 марта 1896 г.
15. Тесла на рентгеновских лучах: поразительные результаты Теслы в радиографии на больших расстояниях через значительные толщины вещества , Electrical Review, Нью-Йорк, 11 марта 1896 г.
16. Последние результаты Теслы: теперь он делает рентгенограммы на расстоянии более сорока футов. , Electrical Review, Нью-Йорк, 18 марта 1896 г.
17. Тесла на отраженных рентгеновских лучах , Electrical Review, Нью-Йорк, 1 апреля , 1896
18.Тесла о рентгеновских излучениях , Electrical Review, Нью-Йорк, 8 апреля 1896 г.
19. Последние исследования Теслы в области рентгеновских лучей , Electrical Review, Нью-Йорк, 22 апреля 1896 г.
20. Рентгеновские лучи или потоки , Electrical Review, Нью-Йорк, 12 августа 1896 г.
21. Мистер Тесла о термоэлектричестве , инженер-электрик, Нью-Йорк, 23 декабря 1896 г.
22. Тесла о вредных действиях трубок Ленарда и Рентгена , Electrical Review, New Йорк, 5 мая 1897 года
23.Об источнике рентгеновских лучей и практическом конструировании и безопасной эксплуатации трубок Ленарда , Electrical Review, Нью-Йорк, 11 августа 1897 г .; Инженер-электрик, Нью-Йорк, 19 августа 1897 г.
24. Последние достижения Теслы в ламповом освещении , Electrical Review, Нью-Йорк, 5 января 1898 г.
25. Электричество для приручения диких зверей (Тесла о дрессировке животных с помощью электричества) ) , New York Journal & Advertiser, Нью-Йорк, 6 февраля 1898 г.
26. Тесла совершенствует боевую машину , St.Луи-республиканец, Сент-Луис, 1 мая 1898 года
27. Мой новый эсминец подводных лодок , New York Journal, Нью-Йорк, 13 сентября 1898 года
28. Планы по отказу от артиллерии нынешнего типа , The Sun, Нью-Йорк, 21 ноября 1898 г.
29. Тесла описывает свои усилия в различных областях работы , Electrical Review, Нью-Йорк, 30 ноября 1898 г.
30. On Current Interrupters , Electrical Review, Нью-Йорк, 15 марта, 1899
31.Проблема увеличения энергии человека (с особым упором на использование солнечной энергии) , The Century Illustrated Magazine, Нью-Йорк, июнь 1900 г.
32. Новое открытие Теслы , Солнце, Нью-Йорк, 30 января 1901 г.
33. Talking With the Planets , Collier’s Weekly, Спрингфилд, Огайо, 9 февраля 1901 г.
34. Завод изобретателя Теслы близится к завершению , Бруклин Игл, Бруклин, 8 февраля 1902 г.
35. Тесла считает, что энергия ветра должна быть сейчас используется больше , Филадельфия, Северная Америка, Филадельфия, 18 мая 1902 года
36.Передача электрической энергии без проводов , «Мир электротехники и инженер», Нью-Йорк, 5 марта 1904 г.
37. Электроавтомобили, запись производителей , Нью-Йорк, 29 декабря 1904 г.
38. Передача электрической энергии без Провода как средство достижения мира , «Мир электротехники и инженер», Нью-Йорк, 7 января 1905 г.
39. Опасности в метро , The New York Sun, Нью-Йорк, 16 июня 1905 г.
40. Летающая машина в исследовании , Журнал, Колумбус, Огайо, 16 июля 1905 г.
41.Тесла в экспедиции Пири на Северный полюс , The New York Sun, Нью-Йорк, 22 июля 1905 г.
42. Передача сигналов на Марс: проблема электротехники , Harvard Illustrated Magazine, Кембридж. Массачусетс, март 1907 г.
43. Tuned Lightning, English Mechanic and World of Science , Лондон, 8 марта 1907 г.
44. Беспроводная торпеда Теслы , New York Times, Нью-Йорк, 19 марта 1907 г.
45. Сон от электричества , New York Times, Нью-Йорк, октябрь.17-е, 1907 г.
46. Возможности Wireless , New York Times, Нью-Йорк, 22 октября 1907 г.
47. Смертельная волна: морские сражения будущего будут вестись водными силами , Detroit News Tribune, Детройт, 29 декабря 1907 г.
48. Будущее беспроводного искусства, беспроводной телеграфии и телефонии , Ван Ностранд, 1908
49. Видение г-на Теслы , New York Times, Нью-Йорк, 21 апреля 1908 г.
50. Электрический контроль погоды скоро станет свершившимся фактом , Санкт-Петербург.Луи-Рипаблик, Сент-Луис, 15 ноября 1908 г.
51. Как передать сигнал на Марс , Нью-Йорк Таймс, Нью-Йорк, 23 мая 1909 г.
52. Новая беспроводная связь Николы Теслы , Инженер-электрик, Лондон, декабрь 24-е, 1909 г.
53. Чего наука может достичь в этом году , New York World, Нью-Йорк, 9 января 1910 г .; Denver Rocky Mountain News, Денвер, 16 января 1910 г.
54. Д-р Тесла говорит о газовых турбинах , Motor World, 18 сентября 1911 г.
55.Новый монарх машин Теслы , New York Herald Tribune, Нью-Йорк, 15 октября 1911 г.
56. Мистер Тесла о будущем , Modern Electrics, Нью-Йорк, май 1912 г.
57. Возмущающее влияние солнечного излучения на Wireless Transmission of Energy , Electrical Review и Western Electrician, Нью-Йорк, 6 июля 1912 г.
58. Никола Тесла обсуждает возможное окончание войны , The New York Sun, Нью-Йорк, 20 декабря 1914 г.
59 .Как космические силы формируют нашу судьбу , New York American, Нью-Йорк, 7 февраля 1915 года
60. Некоторые личные воспоминания , Scientific American, Нью-Йорк, 5 июня 1915 года
61. Чудо-мир, который будет создан с помощью электричества , Отчет производителя, Нью-Йорк, 9 сентября 1915 года
62. Никола Тесла видит беспроводное видение , New York Times, Нью-Йорк, 3 октября 1915 года
63. Новое устройство Теслы, подобное болтам Тора , Нью-Йорк Times, Нью-Йорк, 8 декабря 1915 г.
64.Чудеса будущего, Collier’s Weekly , Спрингфилд, Огайо, 2 декабря 1916 г.
65. Электрический привод боевых кораблей , New York Herald, Нью-Йорк, 25 февраля 1917 г.
66. Вручение медали Эдисона Николе Tesla , (ПРОТОКОЛ ЕЖЕГОДНОГО СОБРАНИЯ АМЕРИКАНСКОГО ИНСТИТУТА ЭЛЕКТРОТЕХНИКОВ, ПРОВЕДЕННОГО В ЗДАНИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ОБЩЕСТВ, НЬЮ-ЙОРК, ВЕЧЕР ПЯТНИЦЫ, 18 мая 1917 г.), 18 мая 1917 г. Война , The Electrical Experimenter, Нью-Йорк, август 1917 года
68.Влияние статики на беспроводную передачу данных , Electrical Experimenter, Нью-Йорк, январь 1919 г.
69. My Inventions , Electrical Experimenter, Нью-Йорк, февраль-июнь и октябрь 1919 г.
70. Famous Scientific Illusions , Electrical Experimenter, New Йорк, февраль 1919 г.
71. Вращение Луны , Electrical Experimenter, Нью-Йорк, апрель и июнь 1919 г.
72. True Wireless , Electrical Experimenter, Нью-Йорк, май 1919 г.
73.Электрические осцилляторы , Electrical Experimenter, Нью-Йорк, июль 1919 г.
74. Дождь можно контролировать и гидравлическую силу обеспечить , Syracuse Herald, Нью-Йорк, 29 февраля 1920 г.
75. Развитие практики и искусства телефотографии , Электротехника Ревью, Нью-Йорк, 11 декабря 1920 года
76. Межпланетная связь , Электрический мир, Нью-Йорк, 24 ноября 1921 года
77. Когда женщина — босс, Коллиерс, Буффало, Нью-Йорк, 30 января 1926 года
78.Мировая система беспроводной передачи энергии , Telegraph and Telegraph Age, New York, 16 октября 1927 г.
79. Никола Тесла рассказывает о новых теориях радио, , New York Herald Tribune, 22 сентября 1929 г.
80. Наш мотив будущего power , Повседневная наука и механика, Нью-Йорк, декабрь 1931 г.
81. Двигатель космических лучей Теслы может передавать энергию вокруг Земли , Бруклин Игл, Бруклин, 10 июля 1932 г.
82. Пионер-радиоинженер дает представление о мощности , New York Herald Tribune, Нью-Йорк, 11 сентября 1932 г.
83.Разрушение торнадо , Повседневная наука и механика, Нью-Йорк, декабрь 1933 г.
84. Вечный источник энергии Вселенной , Происхождение и интенсивность космических лучей, Нью-Йорк, 13 октября 1932 г.
85. Ремни Теслы Cosmic Energy , Philadelphia Public Ledger, Philadelphia, 2 ноября 1933 г.
86. Электростатические генераторы , Scientific American, Нью-Йорк, март 1934 г.
87. Тесла изобретает луч мира , New York Sun, Нью-Йорк, 10 июля 1934 г.
88.Тесла о развитии энергетики и будущих чудесах , New York World Telegram, Нью-Йорк, 24 июля 1934 г.
89. Машина для прекращения войны , Свобода, февраль 1935 г.
90. Тесла предсказывает корабли, оснащенные береговым лучом , Нью-Йорк York Herald Tribune, Нью-Йорк, 5 мая 1935 г.
91. Новое искусство проецирования концентрированной недисперсионной энергии через естественные среды , (Система ускорения частиц для использования в национальной обороне) около 16 мая 1935 г.

«Коллекция Тесла» — «Заметки об униполярном динамо».ИНЖЕНЕР-ЭЛЕКТРОТЕХНИК (Нью-Йорк), 2 сентября 1891 г.

С6Пт-2В »1891г.] ЭЛЕКТРОТЕХНИК. 259 вихревые токи и от скорости вращения; эти эле- элементов, а именно, определяют запаздывание этого тока и его положение относительно поля, Для определенной скорости будет максимальное возбуждающее действие; затем в на более высоких скоростях он постепенно упадет до нуля и, наконец, обратный, то есть результирующий эффект вихревых токов будет ослабить поле. Реакция была бы лучше всего демон- Проведено экспериментально, располагая поля N s, N s, свободно перемещается по оси, концентрической с валом диск.Если бы последние по-прежнему вращались в направлении стрелки D поле перетащится в ту же направление с крутящим моментом, который до определенного момента «6- L ‘ l 0 § — это А D In \

260 ИНЖЕНЕР-ЭЛЕКТРОТЕХНИК [2 сентября 1891 г. что вместо того, чтобы снимать ток с двух таких дисков, скользящие контакты, как обычно, гибкий токопроводящий ремень может использоваться с пользой. Диски в таком случае снабжены большими фланцами, обеспечивающими очень хороший контакт поверхность. Ремень должен опираться на фланцы. с давлением пружины, чтобы принять расширение.Несколько машины с ременным контактом были сконструированы писателем два года назад и работал удовлетворительно, но из-за недостатка времени работа в этом направлении временно приостановлена. Ряд упомянутых выше особенностей также был используется автором в связи с некоторыми типами изменений. наведение текущих двигателей.

258 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИМЕЧАНИЯ ОБ УНИПОЛЯРНОМ ДИНАМО. номер Â ¢% # _, / агар, I’r характерно для фундаментальных открытий, великих достижения интеллекта, которые они сохраняют в неизменном виде власть над воображением мыслителя.Inem- Известный эксперимент Фарадея с диском, вращающимся между два полюса магнита, выдержавшего такое усиление центовый фрукт, давно вошедший в обиход; еще есть определенные черты этого зародыша настоящего динамо-машины и моторы, которые даже сегодня кажутся нам поразительные и достойные самого внимательного изучения, Рассмотрим, например, случай с железным диском или другим предметом. металл вращается между двумя противоположными полюсами магнитного чистая, а полярные поверхности полностью покрывают обе стороны диска и предположим, что ток будет отключен или отключен. подтверждено контактами равномерно со всех точек периферия диска.- Сначала подделайте случай с двигателем. Во всех обычных двигателях работа зависит от невода. сдвиг или изменение результирующей магнитного притяжения на якорь, причем этот процесс осуществляется либо каким-то механическим приспособлением на тк двигателем или действием токов соответствующего характера. \ Ve может объяснить работу такого двигателя так же, как мы можем, что из водяного колеса. Но в приведенном выше примере диска, полностью окруженного полярными \ n’гранями, нет никакого сдвига магнитного действия, нет никаких изменений что.когда-либо, насколько нам известно, и все же происходит вращение. Итак, здесь обычные соображения неприменимы; туалет может даже не дать поверхностного объяснения, как обычно nary `niotors, и принцип работы будет нам понятен только когда мы узнаем саму природу сил озабочен и понимает тайну невидимого necting niechanisni. Рассматриваемый как динамо-машина, диск в равной степени интересный объект изучения. Помимо своей особенности подачи токов одного направления без занятия коммутационных устройств такая машина отличается от обычных dynanios в том, что между арматурой нет реакции и поле.Ток якоря имеет тенденцию создавать магниты. перпендикулярно току возбуждения, но sincc ток снимается равномерно со всех точек периферии, а так как, точнее, внешняя цепь также может быть расположен идеально симметрично полю магнит, никакой реакции не может произойти. ‘lâ € ˜his, однако, правда только пока магниты слабо возбуждены, когда магниты более или менее насыщены, оба магнитных поля прямые углы как бы мешают друг другу.Только по вышеуказанной причине может показаться, что выход такая машина должна, при том же весе, быть намного больше, чем у любой другой машины, в которой ток якоря имеет тенденцию к отрицательному намагничиванию поля. В выдающаяся мощность униполярного динамо Forbes и Опыт писателя подтверждает эту точку зрения. Опять же, легкость, с которой такая машина может быть Поразительно, но это может быть связано с тем, что кроме отсутствия реакции арматуры — на идеальную плавность течения и отсутствие само- индукция.Если полюса не закрывают диск полностью на обоих стороны, то, конечно, если диск не будет должным образом разделен, машина будет очень неэффективной. Опять же, в этом случае есть определенные моменты, заслуживающие внимания. Если диск будет вращается и ток возбуждения прерывается, ток через арматуру будет продолжать течь и поле магниты сравнительно медленно теряют свою силу. Причина этого сразу же выяснится, когда мы рассмотрим направление токов, возникающих в диске.Ссылаясь на схему на рис. 1, fl представляет диск. со скользящими контактами B B ™ на валу и периферии. Ar. ИНЖЕНЕР. [sspr.2, mi. N и s представляют собой два полюса магнита. Если полюс N должно быть выше, как показано на схеме, при этом диск должен быть позировал быть в плоскости бумаги и вращаться в направлении стрелки n, текущая установка на диске будет поток от центра к периферии, как показано стрелка A. Поскольку магнитное действие более или менее ограничено Приведены к пространству между полюсами N s, остальные части диска можно считать неактивным.’lâ € ˜l \ c текущий набор Таким образом, вверх не будет полностью проходить через внешние цепь, если, но закроется через сам диск, и союзник, если диспозиция в чем-то похожа на показано, что гораздо большая часть текущего сгенерированный не будет отображаться снаружи, так как схема, если практически закорочены неактивными частями диск. Направление образующихся токов в последних можно предположить, что они обозначены пунктирными линиями и стрелки М и ИЛ; и направление возбуждающего поля ток указывается стрелками a b c d, Из рисунка видно, что одна из двух ветвей вихревой ток, то есть A B ‘m n, будет иметь тенденцию размагничивать Held, в то время как другая ветвь, то есть A ii ‘u n, будет иметь обратный эффект.Следовательно, ветвь A n m n, т. Е. тот, кто приближается к полю, оттолкнет линии то же самое, в то время как ветвь A Bâ € ™ n B, то есть та, которая уходит поле соберет на себя силовые линии.