De Teslaspolen Det är en lindning som fungerar som en högspännings- och högfrekvensgenerator. Det uppfanns av fysikern Nikola Tesla (1856 - 1943), som patenterade det 1891.
Magnetisk induktion fick Tesla att tänka på möjligheten att överföra elektrisk energi utan ingrepp av ledare. Därför var forskaren och uppfinnarens idé att skapa en enhet som skulle tjäna till att överföra el utan att använda kablar. Användningen av denna maskin är dock mycket ineffektiv, så det slutade med att överges kort därefter för detta ändamål..
Ändå kan Tesla-spolar fortfarande hittas med vissa specifika applikationer, till exempel i pyloner eller i fysikförsök..
Artikelindex
Spolen skapades av Tesla strax efter att Hertz experiment kom fram. Tesla själv kallade det "apparat för överföring av elektrisk energi." Tesla ville bevisa att el kunde överföras trådlöst.
I sitt Colorado Springs-laboratorium hade Tesla en enorm 16-meters spole fäst vid en antenn. Enheten användes för att genomföra experiment med energiöverföring.
Vid ett tillfälle inträffade en olycka orsakad av denna spole där dynamos från en anläggning som ligger 10 kilometer bort brändes. Som ett resultat av misslyckandet producerades elektriska bågar runt dynamoslindningarna.
Inget av det avskräckta Tesla, som fortsatte att experimentera med många spoldesigner, som idag går under hans namn..
Den berömda Tesla-spolen är en av många design som Nikola Tesla gjorde för att överföra elektricitet utan ledningar. Originalversionerna var stora i storlek och använde källor med hög spänning och hög ström..
Naturligtvis finns det idag mycket mindre, mer kompakta och hemlagade mönster som vi kommer att beskriva och förklara i nästa avsnitt..
En design baserad på originalversionerna av Tesla-spolen är den som visas i figuren ovan. Det elektriska diagrammet i föregående figur kan delas in i tre sektioner.
Källan består av en växelströmsgenerator och en transformator med hög förstärkning. Källutgången är vanligtvis mellan 10 000 V och 30 000 V.
Den består av en omkopplare S som kallas "Spark Gap" eller "Explosor", som stänger kretsen när en gnista hoppar mellan dess ändar. LC-kretsen 1 har också en kondensator C1 och en spole L1 kopplad i serie..
LC-kretsen 2 består av en spole L2 som har ett varvförhållande av cirka 100 till 1 relativt spolen L1 och en kondensator C2. Kondensator C2 ansluts till spolen L2 genom marken.
L2-spolen är vanligtvis en trådlindad med en isolerad emalj på ett rör av icke-ledande material som keramik, glas eller plast. Spolen L1, även om den inte visas så här i diagrammet, lindas på spolen L2.
Kondensator C2, som alla kondensatorer, består av två metallplattor. I Tesla-spolar har en av C2-plattorna vanligtvis formen av en sfärisk eller toroidformad kupol och är kopplad i serie med L2-spolen..
Det andra kortet på C2 är den närliggande miljön, till exempel en metallisk piedestal klar i en sfär och ansluten till marken för att stänga kretsen med den andra änden av L2, även ansluten till mark.
När en Tesla-spole slås på laddar högspänningskällan kondensatorn C1. När detta når en tillräckligt hög spänning, gör det ett gnisthopp i omkopplaren S (gnistgap eller explosor) och stänger resonanskretsen I.
Därefter urladdas kondensatorn Cl genom spolen L1 och genererar ett variabelt magnetfält. Detta variabla magnetfält passerar också genom spolen L2 och inducerar en elektromotorisk kraft på spolen L2..
Eftersom L2 är cirka 100 varv längre än L1 är den elektriska spänningen över L2 100 gånger större än den över L1. Och eftersom i L1 är spänningen i storleksordningen 10 tusen volt, så kommer den i L2 att vara 1 miljon volt.
Den magnetiska energi som ackumuleras i L2 överförs som elektrisk energi till kondensatorn C2, som när den når maximala spänningsvärden av storleksordningen en miljon volt joniserar luften, producerar en gnista och släpps plötsligt ut genom marken. Utsläpp sker mellan 100 och 150 gånger per sekund.
LC1-kretsen kallas resonans eftersom den ackumulerade energin i kondensatorn Cl passerar till spolen L1 och vice versa; det vill säga en svängning sker.
Detsamma händer i resonanskretsen LC2, där magnetisk energi hos spolen L2 överförs som elektrisk energi till kondensatorn C2 och vice versa. Det vill säga att i kretsen alstras en alternativ returström.
Den naturliga svängningsfrekvensen i en LC-krets är
När energin som matas till LC-kretsarna sker med samma frekvens som kretsens naturliga frekvens för svängning, är energiöverföringen optimal, vilket ger en maximal förstärkning av kretsens ström. Detta fenomen som är vanligt för alla oscillerande system är känt som resonans.
LC1- och LC2-kretsarna är magnetiskt kopplade, ett annat fenomen kallas ömsesidig induktion.
För att energiöverföringen från LC1-kretsen till LC2 och vice versa ska vara optimal måste frekvenserna för naturlig svängning av båda kretsarna matcha, och de bör också matcha frekvensen för högspänningskällan.
Detta uppnås genom att justera kapacitans- och induktansvärdena i båda kretsarna så att svängningsfrekvenserna sammanfaller med källfrekvensen:
När detta inträffar överförs kraft från källan effektivt till LC1-kretsen och från LC1 till LC2. I varje svängningscykel ökar den elektriska och magnetiska energi som ackumuleras i varje krets..
När den elektriska spänningen över C2 är tillräckligt hög frigörs energi i form av blixtar genom att C2 släpps ut till jord..
Teslas ursprungliga idé i hans experiment med dessa spolar var alltid att hitta ett sätt att överföra elektrisk energi över långa sträckor utan ledningar..
Den låga effektiviteten hos denna metod på grund av energiförluster genom spridning genom miljön gjorde det dock nödvändigt att leta efter andra medel för att överföra elektrisk energi. Idag används fortfarande ledningar.
Men många av Nikola Teslas ursprungliga idéer finns fortfarande i dagens trådbundna överföringssystem. Exempelvis utarbetades Tesla steg-upp-transformatorer i elektriska transformatorstationer för överföring över kablar med färre förluster, och steg-ner-transformatorer för distribution av hem..
Trots att det inte har använts i stor skala fortsätter Tesla-spolar att vara användbara inom högspänningsindustrin för att testa isoleringssystem, torn och andra elektriska enheter som måste fungera säkert. De används också i olika utställningar för att generera blixtar och gnistor, liksom i vissa fysikexperiment..
I högspänningsexperiment med stora Tesla-spolar är det viktigt att vidta säkerhetsåtgärder. Ett exempel är användningen av Faraday-burar för skydd av observatörer och metallnätdräkter för artister som deltar i utställningar med dessa rullar..
Ingen högspänning AC-källa kommer att användas i denna miniatyrversion av Tesla-spolen. Tvärtom kommer energikällan att vara ett 9 V batteri, som visas i diagrammet i figur 3.
Den andra skillnaden från den ursprungliga Tesla-versionen är användningen av en transistor. I vårt fall kommer det att vara 2222A, som är en NPN-transistor med låg signal men med ett snabbt svar eller hög frekvens..
Kretsen har också en omkopplare S, en primärspole L1 på 3 varv och en sekundärspole L2 på minst 275 varv, men den kan också vara mellan 300 och 400 varv.
Primärspolen kan byggas med en vanlig tråd med plastisolering, men den sekundära kräver en tunn tråd täckt med isoleringslack, som vanligtvis används i lindningar. Lindningen kan göras på en kartong eller plaströr som har mellan 3 och 4 cm i diameter.
Man bör komma ihåg att det inte fanns några transistorer på Nikola Teslas tid. I detta fall ersätter transistorn "gnistgapet" eller "explosorn" i originalversionen. Transistorn kommer att användas som en grind som tillåter eller inte tillåter strömmen. För detta polariseras transistorn så här: kollektorn c till den positiva terminalen och sändaren och till batteriets minuspol.
När basen b har positiv polarisering, då möjliggör den strömström från kollektorn till sändaren och förhindrar den annars.
I vårt schema är basen ansluten till batteriets positiva, men ett 22 kilo ohm motstånd sätts in för att begränsa den överflödiga strömmen som kan bränna transistorn.
Kretsen visar också en LED-diod som kan vara röd. Dess funktion kommer att förklaras senare..
Vid den fria änden av sekundärspolen L2 placeras en liten metallkula, som kan tillverkas genom att täcka en polystyrenkula eller en pinpongkula med aluminiumfolie..
Denna sfär är plattan på en kondensator C, den andra plattan är miljön. Detta är vad som kallas parasitkapacitet.
När omkopplaren S är stängd är transistorns bas positivt förspänd och den övre änden av primärspolen är också positivt förspänd. Så en ström uppträder plötsligt som passerar genom primärspolen, fortsätter genom samlaren, går genom sändaren och återvänder till stacken..
Denna ström växer från noll till maximalt värde på mycket kort tid, varför den inducerar en elektromotorisk kraft i sekundärspolen. Detta producerar en ström som går från botten av L2-spolen till transistorns bas. Denna ström upphör plötsligt den positiva polarisationen av basen så att strömmen genom de primära stoppen..
I vissa versioner tas LED-dioden bort och kretsen fungerar. Att placera det förbättrar emellertid effektiviteten vid skärning av transistorbasens förspänning..
Under cykeln med snabb strömtillväxt i primärkretsen inducerades en elektromotorisk kraft i sekundärspolen. Eftersom förhållandet mellan varv mellan primär och sekundär är 3 till 275, har den fria änden av spolen L2 en spänning på 825 V med avseende på jord.
På grund av ovanstående produceras ett intensivt elektriskt fält i kondensatorns C-sfär som kan jonisera gasen vid lågt tryck i ett neonrör eller en fluorescerande lampa som närmar sig sfären C och accelererar de fria elektronerna inuti röret. exciterar atomerna som producerar ljusemissionen.
Eftersom strömmen plötsligt upphörde genom spole L1 och spole L2 som släpps ut genom luften som omger C mot mark, startas cykeln om.
Den viktiga punkten i denna typ av krets är att allt händer på mycket kort tid, så att du har en högfrekvent oscillator. I denna typ av krets är den svängande eller snabba svängningen som produceras av transistorn viktigare än resonansfenomenet som beskrivs i föregående avsnitt och hänvisar till den ursprungliga versionen av Tesla-spolen..
När Tesla minispolen är byggd är det möjligt att experimentera med den. Självklart kommer inte blixtarna och gnistorna från originalversionerna att produceras.
Men med hjälp av en fluorescerande glödlampa eller ett neonrör kan vi observera hur den kombinerade effekten av det intensiva elektriska fältet som genereras i kondensatorn i slutet av spolen och den höga svängningsfrekvensen för det fältet gör lampan tänds närmar sig bara kondensorsfären.
Det starka elektriska fältet joniserar lågtrycksgasen i röret och lämnar fria elektroner i gasen. Således får kretsens höga frekvens att de fria elektronerna inuti fluorescerande röret accelererar och exciterar det fluorescerande pulvret som fäster vid rörets innervägg, vilket får det att avge ljus..
En lysande LED kan också föras närmare sfär C och observera hur den tänds även när LED-stiften inte har anslutits..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.