Gegelung sejarah Tesla, bagaimana ia berfungsi, apa itu

The Tesla Coil Ia adalah pemberontakan yang berfungsi sebagai voltan tinggi dan penjana frekuensi tinggi. Ia dicipta oleh ahli fizik Nikola Tesla (1856 - 1943), yang mematenkannya pada tahun 1891.

Induksi magnet membuat Tesla berfikir tentang kemungkinan menghantar elektrik tanpa campur tangan pemandu. Oleh itu, idea saintis dan pencipta adalah untuk membuat alat yang berfungsi untuk mengalihkan elektrik tanpa menggunakan kabel. Walau bagaimanapun, penggunaan mesin ini sangat sedikit efisien, jadi akhirnya akan ditinggalkan tidak lama lagi untuk tujuan ini.

Rajah 1. Demonstrasi dengan gegelung Tesla. Sumber: Pixabay.

Walaupun begitu, gegelung Tesla masih dapat ditemui dengan beberapa aplikasi tertentu, seperti menara voltan tinggi atau eksperimen fizik.

[TOC]

Sejarah

Gegelung dicipta oleh Tesla sejurus selepas eksperimen Hertz menjadi terang. Tesla yang sama dipanggil "Radas untuk menghantar elektrik". Tesla mahu membuktikan bahawa elektrik boleh dihantar tanpa benang.

Di makmal Colorado Springsnya, Tesla mempunyai gegelung besar 16 -meter yang disambungkan ke antena. Peranti digunakan untuk melakukan eksperimen penghantaran tenaga.

Eksperimen dengan gegelung Tesla.

Pada satu ketika terdapat kemalangan yang disebabkan oleh gegelung ini di mana Dynamos dibakar dari pusat yang terletak 10 kilometer jauhnya. Berikutan kesalahan itu, gerbang elektrik dihasilkan di sekitar tingkap dinamos.

Tidak ada yang tidak digalakkan Tesla, yang terus mencuba dengan banyak reka bentuk gegelung, yang dikenali hari ini dengan namanya.

Bagaimanakah ia berfungsi?

Gegelung Tesla yang terkenal adalah salah satu daripada banyak reka bentuk yang dibuat Nikola Tesla untuk menghantar elektrik tanpa kabel. Versi asal adalah saiz yang besar dan menggunakan voltan tinggi dan sumber semasa yang tinggi.

Sememangnya hari ini terdapat reka bentuk yang lebih kecil, padat dan buatan sendiri yang akan kami jelaskan dan dijelaskan di bahagian seterusnya.

Rajah 2. Skim Gegelung Tesla Asas. Sumber: Diri Diri.

Reka bentuk berdasarkan versi asal gegelung Tesla adalah yang ditunjukkan dalam angka sebelumnya. Skim elektrik angka sebelumnya boleh dibahagikan kepada tiga bahagian.

Sumber (f)

Sumbernya terdiri daripada penjana semasa yang berselang -seli dan pengubah keuntungan yang tinggi. Keluar sumber biasanya antara 10000 V dan 30000 V.

Litar Resonan Pertama LC 1

Ia terdiri daripada suis S yang dikenali sebagai "Spark Gap" atau "Explor", yang menutup litar ketika percikan melompat di antara ujungnya. Litar LC 1 juga mempunyai kapasitor C1 dan gegelung L1 yang disambungkan dalam siri.

Litar Resonan Kedua LC 2

Litar LC 2 terdiri daripada gegelung L2 yang mempunyai nisbah kira -kira 100 hingga 1 giliran berbanding gegelung L1 dan kapasitor C2. Pemeluwap C2 menghubungkan dengan gegelung L2 melalui Bumi.

Gegelung L2 biasanya bergulir dawai. Gegelung L1, walaupun tidak ditunjukkan dalam skema, dilancarkan pada gegelung L2.

Pemeluwap C2, seperti semua kapasitor, terdiri daripada dua plat logam. Dalam gegelung Tesla, salah satu plat C2 biasanya mempunyai bentuk kubah sfera atau toroidal dan dihubungkan secara siri dengan gegelung L2.

Plat C2 yang lain adalah persekitaran yang dekat, contohnya alas logam selesai di sfera dan tanah untuk menutup litar dengan hujung L2 yang lain, juga berasaskan tanah.

Ia boleh melayani anda: percubaan mampatan: bagaimana ia dilakukan, sifat, contoh

Mekanisme tindakan

Apabila gegelung Tesla dimasukkan ke dalam operasi, sumber voltan tinggi memuatkan pemeluwap C1. Apabila ia mencapai voltan yang cukup tinggi, ia membuat lompatan percikan dalam suiche s (Spark Gap atau Letupan), menutup litar resonan i.

Kemudian kapasitor C1 dimuat turun melalui gegelung L1 yang menjana medan magnet yang berubah -ubah. Medan magnet yang berubah -ubah ini juga melintasi gegelung L2 dan mendorong daya elektromotif pada gegelung L2.

Kerana L2 mempunyai kira -kira 100 pusingan lebih daripada L1, voltan elektrik di L2 adalah 100 kali lebih besar daripada L1. Dan seperti dalam l1 voltan adalah urutan 10 ribu volt, maka di L2 ia akan menjadi 1 juta volt.

Tenaga magnet yang terkumpul di L2 dipindahkan sebagai kuasa elektrik ke kapasitor C2, yang apabila ia mencapai nilai voltan maksimum urutan juta volt mengionkan udara, menghasilkan percikan dan pelepasan tiba -tiba melalui Bumi. Muat turun berlaku antara 100 dan 150 kali sesaat.

Litar LC1 dipanggil resonan kerana tenaga terkumpul dalam kondensor C1 berlalu ke gegelung L1 dan sebaliknya; iaitu, bahawa ayunan berlaku.

Perkara yang sama berlaku dalam litar resonan LC2, di mana tenaga magnet gegelung L2 dipindahkan sebagai kuasa elektrik ke kapasitor C2 dan sebaliknya. Iaitu, di litar terdapat perjalanan semasa perjalanan secara bergantian.

Kekerapan ayunan semulajadi dalam litar LC adalah

Resonans dan induksi bersama

Apabila tenaga yang dibekalkan kepada litar LC berlaku pada kekerapan yang sama dengan kekerapan ayunan litar semula jadi, maka pemindahan tenaga adalah optimum, menghasilkan penguatan maksimum dalam arus litar. Fenomena ini biasa bagi semua sistem berayun yang dikenali sebagai resonans.

Litar LC1 dan LC2 digabungkan secara magnetik, satu lagi fenomena yang dipanggil induksi bersama.

Supaya pemindahan tenaga litar LC1 ke LC2 dan sebaliknya adalah optimum, frekuensi ayunan semulajadi kedua -dua litar mesti bertepatan, dan mereka juga harus bertepatan dengan kekerapan sumber voltan tinggi.

Ini dicapai dengan menyesuaikan nilai kapasiti dan induktansi dalam kedua -dua litar, frekuensi ayunan bertepatan dengan kekerapan sumber:

Apabila ini berlaku, tenaga sumber dipindahkan dengan cekap ke litar LC1 dan LC1 ke LC2. Dalam setiap kitaran ayunan tenaga elektrik dan magnet terkumpul di setiap litar semakin meningkat.

Apabila voltan elektrik di C2 cukup tinggi, maka tenaga dikeluarkan dalam bentuk sinar melalui pelepasan C2 ke tanah.

Penggunaan gegelung Tesla

Idea asal Tesla dalam eksperimennya dengan gegelung ini selalu mencari jalan untuk menghantar elektrik pada jarak yang jauh tanpa pendawaian.

Walau bagaimanapun, sedikit kecekapan kaedah ini disebabkan oleh kehilangan tenaga penyebaran melalui persekitaran menjadikannya perlu untuk mencari cara lain untuk menghantar kuasa elektrik. Hari ini pendawaian berterusan.

Boleh melayani anda: Undang -undang Lenz: Formula, Persamaan, Aplikasi, ContohLampu Plasma, yang membantu mengembangkan percubaan Tesla.

Walau bagaimanapun, banyak idea Nikola Tesla masih terdapat dalam sistem pendawaian semasa. Contohnya, lif voltan dalam pencawang elektrik untuk dihantar melalui cara.

Walaupun tidak mempunyai penggunaan skala besar, gegelung Tesla terus berguna dalam industri elektrik voltan tinggi untuk menguji sistem penebat, menara dan peranti elektrik lain yang mesti berfungsi dengan selamat. Mereka juga digunakan dalam pertunjukan yang berbeza untuk menjana sinar dan percikan api, serta dalam beberapa eksperimen fizik.

Dalam eksperimen voltan tinggi dengan gegelung Tesla yang tinggi -dimensi, penting untuk mengambil langkah keselamatan. Contohnya ialah penggunaan sangkar Faraday untuk perlindungan pemerhati dan saman mesh logam untuk artis yang mengambil bahagian dalam pertunjukan dengan gegelung ini.

Cara membuat gegelung Tesla buatan sendiri?

Komponen

Dalam versi miniatur gegelung Tesla ini, arus bergantian voltan tinggi tidak akan digunakan. Sebaliknya, sumber tenaga akan menjadi bateri 9 v, seperti yang ditunjukkan dalam skim dalam Rajah 3.

Rajah 3. Skim untuk membina gegelung mini Tesla. Sumber: Diri Diri.

Perbezaan lain dengan versi asal Tesla adalah penggunaan transistor. Dalam kes kami, ia akan menjadi 2222A, yang merupakan transistor NPN isyarat rendah tetapi tindak balas pantas atau kekerapan tinggi.

Litar juga mempunyai suis s, gegelung utama 3 -laps L1 dan gegelung L2 sekunder sekurang -kurangnya 275 giliran, tetapi juga boleh antara 300 dan 400 pusingan.

Gegelung utama boleh dibina dengan kabel biasa dengan penebat plastik, tetapi sekolah menengah memerlukan kabel nipis yang ditutup dengan varnis penebat, yang biasanya digunakan di embopinates. Gulung boleh dilakukan pada tiub kadbod atau plastik yang mempunyai diameter antara 3 dan 4 cm.

Penggunaan transistor

Harus diingat bahawa pada masa Nikola Tesla tidak ada transistor. Dalam kes ini transistor menggantikan "Spark Gap" atau "Explor" versi asal. Transistor akan digunakan sebagai pintu gerbang yang membolehkan laluan semasa atau tidak. Untuk ini transistor dipolarisasi seperti berikut: Pemungut c ke terminal positif dan penerbit dan ke bateri negatif.

Apabila asas b Ia mempunyai polarisasi positif, maka ia membolehkan laluan dari pemungut ke pengirim, dan jika tidak, ia menghalangnya.

Dalam skim kami, asas menghubungkan ke bateri positif, tetapi rintangan ohm 22 -kilo diselingi, untuk mengehadkan lebihan arus yang boleh membakar transistor.

Litar juga menunjukkan diod LED yang boleh menjadi merah. Fungsinya akan dijelaskan kemudian.

Di hujung bebas gegelung l2 sekunder, sfera logam diletakkan, yang boleh dibina meliputi bola polistirena atau bola pin pong dengan kerajang aluminium.

Spherit ini adalah plak kondensator C, plak yang lain menjadi persekitaran. Inilah yang dikenali dengan nama kapasiti parasit.

Operasi gegelung mini Tesla

Apabila suis S ditutup, asas transistor positif terpolarisasi, dan bahagian atas gegelung utama juga positif terpolarisasi. Jadi arus yang melewati gegelung utama, terus melalui pemungut muncul tiba -tiba, keluar dari pengirim, dan kembali ke timbunan.

Boleh melayani anda: pecutan graviti: apa itu, bagaimana ia diukur dan latihan

Arus ini tumbuh dari sifar ke nilai maksimum dalam masa yang sangat singkat, oleh itu ia mendorong daya elektromotif dalam gegelung sekunder. Ini menghasilkan arus yang keluar dari bahagian bawah gegelung L2 ke pangkal transistor. Arus ini tiba -tiba menghentikan polarisasi positif asas dalam cara aliran semasa dengan primer.

Dalam beberapa versi diod LED dikeluarkan dan litar berfungsi. Walau bagaimanapun, meletakkannya meningkatkan kecekapan dalam pemotongan polarisasi asas transistor.

Apa yang berlaku apabila semasa beredar?

Semasa kitaran pertumbuhan semasa yang pesat di litar utama, daya elektromotif diinduksi dalam gegelung menengah. Kerana nisbah menembak antara primer dan menengah.

Oleh kerana di atas, terdapat medan elektrik yang sengit dalam bidang kapasitor C yang mampu mengionkan gas tekanan rendah dari tiub neon atau lampu pendarfluor yang mendekati sfera c dan mempercepatkan elektron bebas ke dalam tiub untuk merangsang atom yang menghasilkan atom yang menghasilkan yang menghasilkannya menghasilkan atom yang menghasilkan yang menghasilkan yang menghasilkannya menghasilkan pelepasan cahaya.

Oleh kerana semasa berhenti tiba -tiba melalui gegelung L1 dan gegelung L2 dilepaskan melalui udara di sekitar C ke arah tanah, kitaran dimulakan semula.

Titik penting dalam litar jenis ini adalah bahawa semuanya berlaku dalam masa yang sangat singkat, sehingga ada pengayun frekuensi tinggi. Dalam litar jenis ini, suicheo atau ayunan pesat yang dihasilkan oleh transistor adalah lebih penting daripada fenomena resonans yang diterangkan dalam bahagian sebelumnya dan merujuk kepada versi asal Tesla Coil.

Eksperimen yang dicadangkan dengan gegelung mini Tesla

Setelah gegelung mini Tesla dibina, ada kemungkinan untuk bereksperimen dengannya. Jelas sekali, sinar dan percikan versi asal tidak akan berlaku.

Walau bagaimanapun, dengan bantuan mentol pendarfluor atau tiub neon, kita dapat melihat bagaimana kesan gabungan medan elektrik yang sengit yang dihasilkan dalam kapasitor pada akhir gegelung dan kekerapan ayunan tinggi medan itu, menjadikan lampu lampu itu Menerangi hampir tidak mendekati sfera kondensor.

Medan elektrik yang sengit mengionkan gas tekanan rendah di dalam tiub, meninggalkan elektron bebas di dalam gas. Oleh itu, frekuensi tinggi litar menyebabkan elektron bebas di dalam tiub pendarfluor untuk mempercepatkan dan merangsang serbuk pendarfluor yang dipatuhi ke dinding dalaman tiub, menyebabkan ia memancarkan cahaya.

Anda juga boleh mendekati Luminous membawa kepada sfera C, memerhatikan bagaimana ia menghidupkan walaupun pin LED tidak disambungkan.

Rujukan

1. Blake, t. Teori gegelung Tesla. Pulih dari: TB3.com.
2. Burnett, r. Operasi gegelung Tesla. Pulih dari: Richieburnett.co.UK.
3. Tippens, ms. 2011. Fizik: Konsep dan aplikasi. Edisi ke -7. Macgraw Hill. 626-628.
4. Universiti Wisconsin-Madison. Tesla Coil. Pulih dari: keajaiban.Fizik.WISC.Edu.
5. Wikiwand. Tesla Coil. Pulih dari: wikiwand.com.