Катушка теслы устройство: Катушка Тесла. Устройство и виды. Работа и применение

Катушка Тесла. Устройство и виды. Работа и применение

Одним из знаменитых изобретений Николы Тесла была катушка Тесла. Это изобретение представляет собой резонансный трансформатор, который образует высокочастотное повышенное напряжение. В 1896 году на изобретение выдан патент, который имел название аппарата для образования электрического тока высокого потенциала и частоты.

Со времен Николы Тесла появилось много различных видов трансформаторов Тесла. Рассмотрим распространенные основные виды таких трансформаторов, как катушка Тесла.

SGTC – катушка, работающая на искровом разряде, имеет классическое устройство, используемое самим Теслой. В этой конструкции элементом коммутации является разрядник. У маломощных устройств разрядник выполнен в виде двух отрезков толстого проводника, находящихся на определенном расстоянии. В устройствах большей мощности используются вращающиеся разрядники сложной конструкции с применением электродвигателей. Такие трансформаторы производят при необходимости получения стримера большой длины, без каких-либо эффектов.

VTTC – катушка на основе электронной лампы, которая является коммутирующим элементом. Подобные трансформаторы способны функционировать в постоянном режиме и выдавать разряды большой толщины. Такой тип питания обычно применяют для создания катушек высокой частоты. Они создают эффект стримера в виде факела.

SSTC – катушка, в конструкции которой в качестве ключа используется полупроводниковый элемент в виде мощного транзистора. Такой вид трансформаторов также способен функционировать в постоянном режиме. Внешняя форма стримеров от такого устройства бывает самой различной. Управление с полупроводниковым ключом более простое, существуют такие катушки Тесла, которые умеют играть музыку.

DRSSTC – трансформатор, имеющий два контура резонанса. Роль ключей играют также полупроводниковые компоненты. Это наиболее сложный в настройке и управлении трансформатор, однако, он используется для создания впечатляющих эффектов. При этом большой резонанс получается в первом контуре. Во втором контуре образуется наиболее яркие толстые и длинные стримеры в виде молний.

Устройство и работа

Элементарный трансформатор Тесла включает в себя две катушки, тороид, конденсатор, разрядник, защитное кольцо и заземление.

Тороид выполняет несколько функций:

• Снижение частоты резонанса, особенно для вида катушки Тесла с полупроводниковыми ключами.Полупроводниковые элементы плохо функционируют на повышенных частотах.
• Накапливание энергии перед возникновением электрической дуги. Чем больше размер тороида, тем больше энергии накоплено. В момент пробоя воздуха тороид выдает эту накопленную энергию в электрическую дугу, при этом увеличивая ее.
• Образование электростатического поля, отталкивающего дугу от вторичной обмотки. Часть этой функции исполняет вторичная обмотка. Однако тороид помогает ей в этом. Поэтому электрическая дуга не бьет во вторичную обмотку по кратчайшему пути.

Обычно наружный диаметр тороида в два раза больше диаметра вторичной обмотки. Тороиды производят из алюминиевой гофры и других материалов.

Вторичная обмотка трансформатора Тесла является основным элементом конструкции. Обычно длина обмотки относится к ее диаметру 5 : 1. Диаметр проводника для катушки выбирают из расчета, чтобы разместилось около 1000 витков, которые должны располагаться плотно между собой. Витки обмотки покрывают несколькими слоями лака или эпоксидной смолы. В качестве каркаса выбирают ПВХ-трубы, которые можно купить в строительном магазине.

Защитное кольцо служит для предохранения от выхода из строя электронных элементов в случае попадания электрической дуги в первичную обмотку. Защитное кольцо устанавливается, если размер стримера (электрической дуги) больше длины вторичной катушки. Это кольцо выполнено в виде медного незамкнутого проводника, заземленного отдельным проводом на общее заземление.

Первичная обмотка чаще всего выполняется из медной трубки, применяемой в кондиционерах. Сопротивление первичной обмотки должно быть небольшим, так как по ней будет проходить большая сила тока. Трубку чаще всего выбирают толщиной 6 мм. Также можно использовать для намотки проводники большого сечения. Первичная обмотка является своеобразным элементом подстройки в таких катушках Тесла, в которых первый контур резонансный. Поэтому место подключения питания выполняют с учетом его перемещения, с помощью которого меняют частоту резонанса первого контура.

Форма первичной обмотки может быть различной: конической, плоской или цилиндрической.

Катушка Тесла должна иметь заземление. Если его не будет, то стримеры будут бить в саму катушку, для замыкания тока.

Колебательный контур образован конденсатором совместно с первичной обмоткой. В этот контур также подключен разрядник, который является нелинейным элементом. Во вторичной обмотке также образован контур колебаний, в котором конденсатором выступает емкость тороида и межвитковая емкость катушки. Чаще всего для предохранения от электрического пробоя вторичную обмотку покрывают лаком или эпоксидной смолой.

В результате катушка Тесла, или другими словами трансформатор, состоит из двух контуров колебаний, связанных между собой. Это и придает трансформатору Тесла необычные свойства, и является основным отличительным качеством от обычных трансформаторов.

При достижении напряжения пробоя между электродами разрядника, образуется электрический лавинообразный пробой газа. При этом происходит разряд конденсатора на катушку через разрядник. Вследствие этого цепь контура колебаний, который состоит из конденсатора и первичной обмотки, остается замкнутой на разрядник. В этой цепи возникают колебания высокой частоты. Во вторичной цепи образуются резонансные колебания, в результате чего возникает высокое напряжение.

Во всех видах катушки Тесла главным элементом являются контуры: первичный и вторичный. Однако генератор колебаний высокой частоты может отличаться по конструкции.

Катушка Тесла по сути дела состоит из двух катушек, не имеющих металлического сердечника. Коэффициент трансформации катушки Тесла в несколько десятков раз выше отношения числа витков обеих обмоток. Поэтому выходное напряжение трансформатора достигает нескольких миллионов вольт, что и обеспечивает мощные электрические разряды длиной в несколько метров. Важным условием является образование контура колебаний первичной обмоткой и конденсатором, вхождение в резонанс этого контура с вторичной обмоткой.

Виды эффектов от катушки Тесла

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

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

Малоизвестные эффекты катушки Тесла

Некоторые люди считают трансформатор Тесла каким-то особенным устройством, обладающим исключительными свойствами. Также есть мнение, что такое устройство способно стать генератором энергии и вечным двигателем.

Иногда говорят, что при помощи такого трансформатора можно передавать электрическую энергию на значительные расстояния, не используя провода, а также создать антигравитацию. Такие свойства не подтверждены и не проверены наукой, но Тесла говорил о скорой доступности таких способностей для человека.

В медицине при длительном воздействии токов высокой частоты и напряжения могут образоваться хронические заболевания и другие отрицательные явления. Также нахождение человека в поле высокого напряжения негативно сказывается на его здоровье. Можно отравиться газами, выделяемыми при функционировании трансформатора без вентиляции.

Применение

• Величина напряжения на выходе катушки Тесла иногда достигает миллионов вольт, что формирует значительные воздушные электрические разряды длиной в несколько метров. Поэтому такие эффекты применяют в качестве создания показательных шоу.
• Катушка Тесла нашла применение в медицине в начале прошлого века. Больных обрабатывали маломощными токами высокой частоты. Такие токи протекают по поверхности кожи, оказывают оздоравливающее и тонизирующее влияние, не причиняя при этом никакого вреда организму человека. Однако мощные токи высокой частоты оказывают негативное влияние.
• Катушка Тесла применяется в военной технике для оперативного уничтожения электронной техники в здании, на корабле, танке. При этом на короткий промежуток времени создается мощный импульс электромагнитных волн. В результате в радиусе нескольких десятков метров сгорают транзисторы, микросхемы и другие электронные компоненты. Это устройство действует абсолютно бесшумно. Существуют такие данные, что частота тока при функционировании такого устройства может достигать 1 ТГц.
• Иногда такой трансформатор применяется для розжига газоразрядных ламп, а также поиска течи в вакууме.

Эффекты катушки Тесла иногда используют в съемках фильмов, компьютерных играх. В настоящее время катушка Тесла не нашла широкого применения на практике в быту.

Катушка Тесла на будущее

В настоящее время остаются актуальными вопросы, которыми занимался ученый Тесла. Рассмотрение этих проблемных вопросов дает возможность студентам и инженерам институтов взглянуть на проблемы науки более широко, структурировать и обобщать материал, отказаться от шаблонных мыслей.

Взгляды Тесла актуальны сегодня не только в технике и науке, но и для работ в новых изобретениях, применения новых технологий на производстве. Наше будущее даст объяснение явлениям и эффектам, открытым Теслой. Он заложил для третьего тысячелетия основы новейшей цивилизации.

Похожие темы

• Генератор Ван де Граафа. Работа и применение. Особенности
• Наведенное напряжение. Причины возникновения и опасность
• Атмосферное электричество. Виды и особенности. Явления
• Беспроводное электричество. Работа и применение. Особенности
• Эффект Бифельда-Брауна. Работа и применение. Особенности
• Капельница Кельвина. Устройство и работа. Особенности
• Электрофорная машина. Устройство и работа. Особенности
• Генератор Маркса. Работа и применение. Особенности
• Генератор Тестатика. Устройство и работа. Особенности
• Трибоэлектрический эффект. Принцип действия и особенности
• Электрический пробой. Виды и свойства. Особенности
• Поверхностный эффект. Характеристики и применение
• Электризация тел. Виды и свойства. Применение и особенности

как своими руками собрать трансформатор, принцип работы

Работа кинескопных телевизоров, люминесцентных и энергосберегающих лампочек, дистанционная зарядка аккумуляторов обеспечивается специальным устройством — трансформатором (катушкой) Тесла. Для создания эффектных световых зарядов фиолетового цвета, напоминающих молнию, также применяется катушка Тесла. Схема на 220 В позволяет понять устройство этого прибора и при необходимости сделать его своими руками.

• Механизм работы
• Исходные материалы
• Схема подключения
• Применение трансформатора

Механизм работы

Катушка Тесла представляет собой электроаппарат, способный в несколько раз увеличивать напряжение и токовую частоту. Во время её работы образуется магнитное поле, которое может влиять на электротехнику и состояние человека. Попадающие в воздух разряды способствуют выделению озона. Конструкция трансформатора состоит из следующих элементов:

• Первичной катушки. Имеет в среднем 5−7 витков провода с диаметром сечения не меньше 6 мм².
• Вторичной катушки. Состоит из 70−100 витков диэлектрика с диаметром не более 0,3 мм.
• Конденсатора.
• Разрядника.
• Излучателя искрового свечения.

Трансформатор, созданный и запатентованный Николой Тесла в 1896 году, не имеет ферросплавов, которые в других аналогичных приборах используются для сердечников. Мощность катушки ограничивается электрической прочностью воздуха и не зависит от мощности источника напряжения.

При попадании напряжения на первичный контур на нём генерируются высокочастотные колебания. Благодаря им на вторичной катушке возникают резонансные колебания, результатом которых является электрический ток, характеризующийся большим напряжением и высокой частотой. Прохождение этого тока через воздух приводит к возникновению стримера — фиолетового разряда, напоминающего молнию.

Колебания контуров, возникающие в процессе работы катушки Тесла, могут быть сгенерированы разными способами. Чаще всего это происходит с помощью разрядника, лампы или транзистора. Наиболее мощными являются устройства, в которых используются генераторы двойного резонанса.

Исходные материалы

Человеку, обладающему основными знаниями в области физики и электрики, собрать трансформатор Тесла своими руками не составит труда. Необходимо лишь приготовить набор основных деталей:

• Источник питания с напряжением порядка 9−12 Вольт. Роль такого источника в самодельном устройстве может выполнять аккумулятор автомобиля, батарея для ноутбука либо понижающий трансформатор с диодным мостом для генерации постоянного тока.
• Первичный контур. Состоит из двух резисторов с номинальным сопротивлением 50 и 75 кОм, транзистора VT1 D13007 или аналогичного прибора, имеющего n-p-n cтpyктypу.

Обязательным элементом первичной катушки является охлаждающий радиатор, размер которого напрямую влияет на эффективность охлаждения оборудования. В качестве обмотки может быть использована трубка из меди или провод диаметром 5−10 мм.

Для вторичной обмотки рекомендуется использовать кабель с сечением от 0,1 до 0,3 мм², намотанный на диэлектрическую трубку из поливинилхлорида. Оптимальной считается длина трубки 25−40 см и диаметр порядка 3−5 см.

Вторичная катушка требует обязательной изоляции в виде обработки краской, лаком или другим диэлектриком. Дополнительной деталью этого контура является последовательно подключённый терминал. Его использование целесообразно только при мощных разрядах, при небольших стримерах достаточно вывести конец обмотки вверх на 0,5−5 см.

Схема подключения

Трансформатор Тесла собирается и подключается в соответствии с электрической схемой. Монтаж маломощного устройства следует проводить в несколько этапов:

1. Установить источник питания с чётким соблюдением соответствия контактов.
2. Прикрепить радиатор к транзистору.
3. Собрать электрическую схему, используя фанеру, деревянную коробку или кусок пластика в качестве диэлектрической подложки.
4. Изолировать катушку от схемы пластиной диэлектрика, имеющей отверстия для подключения проводов.
5. Установить первичную обмотку, исключив её падение и соприкосновение с другой обмоткой. В центре предусмотреть отверстие для вторичной катушки, обеспечив расстояние между ними не менее 1 см.
6. Закрепить вторичную обмотку, осуществить необходимые соединения, руководствуясь схемой.

Сборка более мощного трансформатора происходит по аналогичной схеме. Чтобы добиться большой мощности, потребуется:

• Увеличить размеры катушек и сечения обмоток в 1,1−2,5 раза.
• Установить источник переменного тока с напряжением 3−5 кВт.
• Добавить терминал в виде тороида.
• Обеспечить хорошее заземление.

Максимальная мощность, которую может достигать правильно собранный трансформатор Тесла, доходит до 4,5 кВт. Такой показатель может быть достигнут с помощью уравнивания частот обоих контуров.

Собранную своими руками катушку Тесла обязательно необходимо проверить. Во время проверочного подключения следует:

1. Установить переменный резистор в среднюю позицию.
2. Отследить наличие разряда. При его отсутствии нужно поднести к катушке люминесцентную лампу или лампу накаливания. Её свечение будет свидетельствовать о наличии электромагнитного поля и о работоспособности трансформатора. Также исправность прибора можно определить по самостоятельно зажигающимся радиолампам и вспышкам на конце излучателя.

Первый запуск прибора должен осуществляться при отслеживании температуры. При сильном нагревании требуется подключить дополнительное охлаждение.

Применение трансформатора

Катушка может создавать разные виды зарядов. Чаще всего при её работе возникает заряд в форме дуги.

Свечение воздушных ионов в электрическом поле с повышенным напряжением называют коронным разрядом. Он представляет собой голубоватое излучение, образующееся вокруг деталей катушки, имеющих значительную кривизну поверхности.

Искровой разряд или спарк проходит от терминала трансформатора до поверхности земли либо до заземлённого предмета в виде пучка быстро меняющих форму и гаснущих ярких полос.

Стример выглядит как тонкий слабо светящийся световой канал, имеющий множество разветвлений и состоящий из свободных электронов и ионизированных частиц газа, не уходящих в землю, а протекающих по воздуху.

Создание разного рода электроразрядов при помощи катушки Тесла происходит при большом увеличении тока и энергии, вызывающем треск. Расширение каналов некоторых разрядов провоцирует увеличение давления и образование ударной волны. Совокупность ударных волн по звуку напоминает треск искр при горении пламени.

Эффект от трансформатора такого рода ранее использовали в медицине для лечения заболеваний. Высокочастотный ток, протекая по коже человека, давал оздоровительный и тонизирующий эффект. Он оказывался полезным только при условии невысокой мощности. При возрастании мощности до больших значений получался обратный результат, негативно влияющий на организм.

С помощью такого электроприбора разжигают газоразрядные лампы и обнаруживают течь в вакуумном пространстве. Также его успешно применяют в военной сфере с целью быстрого уничтожения электрооборудования на кораблях, танках или в зданиях. Мощный импульс, генерируемый катушкой за очень короткий период, выводит из строя микросхемы, транзисторы и прочие аппараты, находящиеся в радиусе десятков метров. Процесс уничтожения техники происходит бесшумно.

Самой зрелищной сферой применения являются показательные световые шоу. Все эффекты создаются благодаря формированию мощных воздушных зарядов, длина которых измеряется несколькими метрами. Это свойство позволяет широко применять трансформатор при съёмках фильмов и создании компьютерных игр.

При разработке этого устройства Никола Тесла планировал использовать его для передачи энергии в глобальном масштабе. Идея учёного базировалась на применении двух сильных трансформаторов, располагающихся на разных концах Земли и функционирующих с равной резонансной частотой.

В случае успешного использования такой системы энергопередачи необходимость в электростанциях, медных кабелях и поставщиках электричества полностью бы отпала. Каждый житель планеты смог бы использовать электроэнергию в любом месте абсолютно безвозмездно. Однако в силу экономической нерентабельности замысел знаменитого физика до сих пор не был (и вряд ли когда-то будет) реализован.

PBS: Тесла — Мастер молнии: Катушка Теслы

Беспроводное электричество? Как работает катушка Теслы

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Студент Университета Иллинойса Стив Уорд и старший техник Fermilab Джефф Ларсон разработали двойные катушки Теслы, способные испускать искры на 12 футов (4 метра).
(Изображение предоставлено Фермилаб)

Среди своих многочисленных нововведений Никола Тесла мечтал создать способ обеспечения мира электроэнергией без прокладки проводов по всему миру. Изобретатель был близок к этому, когда его эксперименты с электричеством в стиле «безумного ученого» привели к созданию катушки Теслы.

Первая система, которая могла передавать электричество по беспроводной связи, катушка Тесла была поистине революционным изобретением. Ранние радиоантенны и телеграфы использовали это изобретение, но варианты катушки также могут делать просто крутые вещи — например, стрелять молниями, посылать электрические токи через тело и создавать электронные ветры.

Тесла разработал катушку в 1891 году, до того, как обычные трансформаторы с железным сердечником использовались для питания таких устройств, как системы освещения и телефонные цепи. Эти обычные трансформаторы не могут выдержать высокую частоту и высокое напряжение, которые могут выдержать более свободные катушки в изобретении Теслы. Концепция катушки на самом деле довольно проста и использует электромагнитную силу и резонанс. Используя медную проволоку и стеклянные бутылки, электрик-любитель может построить катушку Тесла, которая может производить четверть миллиона вольт. [Инфографика: как работает катушка Теслы]

Установка

Катушка Тесла состоит из двух частей: первичной и вторичной, каждая со своим конденсатором. (Конденсаторы хранят электроэнергию точно так же, как батареи.) Две катушки и конденсаторы соединены искровым разрядником — воздушным зазором между двумя электродами, который генерирует электрическую искру. Внешний источник, подключенный к трансформатору, питает всю систему. По сути, катушка Тесла представляет собой две разомкнутые электрические цепи, соединенные с искровым разрядником.

Катушка Тесла нуждается в высоковольтном источнике питания. Обычный источник питания, питаемый через трансформатор, может выдать ток необходимой мощности (не менее тысячи вольт).

В этом случае трансформатор может преобразовывать низкое напряжение сети в высокое напряжение.

Как катушки Теслы генерируют электрические поля высокого напряжения. (Изображение предоставлено Россом Торо, художником по инфографике)

Как это работает

Источник питания подключен к первичной обмотке. Конденсатор первичной обмотки действует как губка и впитывает заряд. Сама первичная катушка должна выдерживать большой заряд и огромные скачки тока, поэтому катушку обычно делают из меди, которая хорошо проводит электричество. В конце концов, конденсатор накапливает столько заряда, что разрушает сопротивление воздуха в искровом промежутке. Затем, подобно выдавливанию смоченной губки, ток течет из конденсатора вниз по первичной обмотке и создает магнитное поле.

Большое количество энергии приводит к быстрому разрушению магнитного поля и генерации электрического тока во вторичной обмотке. Напряжение, пронизывающее воздух между двумя катушками, создает искры в искровом промежутке. Энергия перебрасывается туда и обратно между двумя катушками несколько сотен раз в секунду и накапливается во вторичной катушке и конденсаторе. В конце концов, заряд во вторичном конденсаторе становится настолько высоким, что он вырывается на свободу в результате мощного выброса электрического тока.

Возникающее в результате высокочастотное напряжение может освещать люминесцентные лампы на расстоянии нескольких футов без подключения к электрическому проводу. [Фотографии: Историческая лаборатория Николы Теслы в Уорденклиффе]

В идеально спроектированной катушке Теслы, когда вторичная катушка достигает максимального заряда, весь процесс должен начаться заново, и устройство должно стать самоподдерживающимся. Однако на практике этого не происходит. Нагретый воздух в искровом промежутке отводит часть электричества от вторичной катушки обратно в зазор, так что в конечном итоге катушка Тесла исчерпает энергию. Вот почему катушка должна быть подключена к внешнему источнику питания.

Принцип работы катушки Теслы заключается в достижении явления, называемого резонансом. Это происходит, когда первичная катушка пропускает ток во вторичную катушку как раз в нужное время, чтобы максимизировать энергию, передаваемую во вторичную катушку. Думайте об этом как о моменте, когда нужно подтолкнуть кого-то на качелях, чтобы они качнулись как можно выше.

Настройка катушки Тесла с регулируемым поворотным разрядником дает оператору больше контроля над напряжением тока, который она производит. Вот как катушки могут создавать сумасшедшие вспышки молнии и даже могут быть настроены для воспроизведения музыки, приуроченной к вспышкам тока.

Хотя катушка Теслы больше не имеет практического применения, изобретение Теслы полностью изменило понимание и использование электричества. В радиоприемниках и телевизорах до сих пор используются разновидности катушки Теслы.

Подписывайтесь на Келли Дикерсон на Twitter .