ТЕСЛИНА ЗАВОЈНИЦА: ИСТОРИЈА, КАКО ФУНКЦИОНИШЕ, ЧЕМУ СЛУЖИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Тесла цоил је намотај који функционише као високог напона, високе фреквенције генератор. Изумио га је физичар Никола Тесла (1856 - 1943), који га је патентирао 1891. године.

Магнетна индукција натерала је Теслу да размишља о могућности преноса електричне енергије без интервенције проводника. Стога је идеја научника и проналазача била да створи уређај који ће служити за пренос електричне енергије без употребе каблова. Међутим, употреба ове машине је веома неефикасна, па је убрзо напуштена у ту сврху.

Слика 1. Демонстрација Тесла завојницом. Извор: Пикабаи.

Упркос томе, Тесла завојнице још увек се могу наћи са неким специфичним примјенама, попут стубова или у физикалним експериментима.

Историја

Завојницу је креирао Тесла убрзо након што су Хертзови експерименти изашли на видјело. Сам Тесла назвао га је „уређајем за пренос електричне енергије“. Тесла је желео да докаже да се струја може преносити без жица.

У својој лабораторији у Цолорадо Спрингсу, Тесла је имао на располагању огромну завојницу од 16 метара, причвршћену за антену. Уређај је коришћен за спровођење експеримената преноса енергије.

Експериментирајте са Тесла завојницама.

Једном приликом дошло је до несреће изазване овим завојницом у којој су изгорели динамови из термоелектране удаљене 10 километара. Као резултат квара настали су електрични лукови око намота динамота.

Ништа од тога није обесхрабрило Теслу, који је наставио да експериментише са бројним дизајном завојница, који су сада познати по његовом имену.

Како то функционише?

Чувена Теслина завојница један је од многих дизајна које је Никола Тесла урадио да би преносио струју без жица. Оригиналне верзије биле су велике величине и користиле су изворе високог напона и велике струје.

Наравно, данас постоје много мањи, компактни и домаћи дизајни које ћемо описати и објаснити у наредном одељку.

Слика 2. Схема основног Тесла завојнице. Извор: селф маде.

Дизајн заснован на оригиналним верзијама Тесла завојнице је онај приказан на горњој слици. Електрични дијаграм на претходној слици може се поделити у три дела.

Извор (Ф)

Извор се састоји од генератора наизменичне струје и трансформатора високог појачања. Излазни извор обично износи између 10 000 В и 30 000 В.

Прво ЛЦ 1 резонантно коло

Састоји се од прекидача С познатог као "Спарк Гап" или "Екплосор", који затвара круг када искра скаче између његових крајева. ЛЦ склоп 1 такође има кондензатор Ц1 и завојницу Л1 спојену серијски.

Други резонантни круг ЛЦ 2

ЛЦ склоп 2 састоји се од завојнице Л2 која има омјер окрета приближно 100 до 1 у односу на завојницу Л1 и кондензатора Ц2. Кондензатор Ц2 повезује се за завојницу Л2 кроз земљу.

Завојница Л2 је обично жичана намотана изолационом емајлом на цеви непроводног материјала као што су керамика, стакло или пластика. Завојница Л1, иако није приказана на слици, намотана је на завојницу Л2.

Кондензатор Ц2, као и сви кондензатори, састоји се од две металне плоче. У Теслиним завојницама једна од Ц2 плоча обично је у облику сферне или тороидне куполе и серијски је повезана са завојницом Л2.

Друга плоча Ц2 је окружење у близини, на пример метални пиједестал завршен у сфери и спојен на земљу како би се затворио круг са другим крајем Л2, такође повезаним са земљом.

Механизам дејства

Када је Тесла завојница укључена, извор високог напона пуни кондензатор Ц1. Када се постигне довољно висок напон, извршава искочни скок у прекидачу С (варница или експлозор), затварајући резонантни круг И.

Тада се кондензатор Ц1 испушта кроз завојницу Л1 стварајући променљиво магнетно поље. Ово променљиво магнетно поље такође пролази кроз завојницу Л2 и индукује електромоторну силу на завојницу Л2.

Пошто је Л2 око 100 окрета дужи од Л1, електрични напон преко Л2 је 100 пута већи од оног преко Л1. А пошто је у Л1 напон од 10.000 волти, у Л2 ће бити милион волти.

Магнетна енергија акумулирана у Л2 преноси се као електрична енергија у кондензатор Ц2, који када достигне максималне вредности напона од милион волти јонизује ваздух, ствара искру и пушта се нагло кроз земљу. Пражњења се јављају између 100 и 150 пута у секунди.

ЛЦ1 круг назива се резонантним јер акумулирана енергија у кондензатору Ц1 прелази у завојницу Л1 и обрнуто; то јест, долази до осцилације.

Исто се дешава и у резонантном кругу ЛЦ2, у коме се магнетна енергија завојнице Л2 преноси као електрична енергија на кондензатор Ц2 и обрнуто. То значи да се у струјном кругу наизменично производи кружна струја.

Природна фреквенција осцилација у ЛЦ кругу је

Резонанца и међусобна индукција

Када се енергија која се доводи у ЛЦ кругове дешава на истој фреквенцији као и природна фреквенција осцилације круга, тада је пренос енергије оптималан, стварајући максимално појачање у струји круга. Овај феномен заједнички свим осцилирајућим системима познат је као резонанца.

ЛЦ1 и ЛЦ2 склопови су магнетски повезани, још један феномен који се назива међусобна индукција.

Да би пренос енергије из круга ЛЦ1 у ЛЦ2 био и обрнуто оптималан, фреквенције природних осцилација оба круга морају се подударати, а требале би одговарати и фреквенцији извора високог напона.

То се постиже подешавањем вредности капацитивности и индуктивности у оба круга, тако да се фреквенције осцилације подударају са изворном фреквенцијом:

Када се то догоди, снага из извора ефикасно се преноси у ЛЦ1 круг и са ЛЦ1 на ЛЦ2. У сваком циклусу осцилација повећава се електрична и магнетна енергија акумулирана у сваком кругу.

Када је електрични напон преко Ц2 довољно висок, тада се енергија ослобађа у облику муње испуштањем Ц2 у земљу.

Тесла користи завојницу

Теслина оригинална идеја у његовим експериментима са овим завојницама увек је била проналажење начина за пренос електричне енергије на велике удаљености без ожичења.

Међутим, ниска ефикасност ове методе услед губитака енергије дисперзијом кроз околину учинила је неопходним потражити друга средства за пренос електричне енергије. Данас се ожичење и даље користи.

Плазма лампица, која је помогла у развијању Теслиног експеримента.

Међутим, многе оригиналне идеје Николе Тесле и даље су присутне у данашњим жичним преносним системима. На пример, Тесла је осмислио повећане трансформаторе у електричним подстаницама за пренос преко каблова са мањим губицима и падајуће трансформаторе за дистрибуцију у кућама.

Иако немају велику употребу, Тесла завојнице и даље су корисне у високонапонској електроиндустрији за тестирање изолационих система, кула и других електричних уређаја који морају сигурно функционисати. Такође се користе у разним емисијама за стварање муње и искре, као и у неким физичким експериментима.

Важно је предузети мере безбедности у експериментима са високим напоном са великим Теслиним завојницама. Пример је употреба Фарадаијевих кавеза за заштиту посматрача и металних мрежастих одела за извођаче који учествују у емисијама с овим ролама.

Како направити домаћу Тесла завојницу?

Компоненте

Ни један високонапонски извор наизменичне струје неће се користити у овој минијатурној верзији Тесла завојнице. Супротно томе, извор напајања биће 9 В батерија, као што је приказано на дијаграму на слици 3.

Слика 3. Схема за изградњу мини Тесла завојнице. Извор: селф маде.

Друга разлика од оригиналне Теслине верзије је употреба транзистора. У нашем случају то ће бити 2222А, транзистор ниског сигнала, али са брзим одзивом или високом фреквенцијом.

Круг такође поседује прекидач С, примарну завојницу Л1 са 3 обртаја и секундарну завојницу Л2 од 275 обртаја минимално, али може бити и између 300 и 400 окретаја.

Примарни свитак се може израдити из обичне жице са пластичном изолацијом, али за секундарни завој је потребна танка жица прекривена изолацијским лаком, која се обично користи у намотајима. Намотавање се може обавити на картонској или пластичној цеви у пречнику од 3 до 4 цм.

Коришћење транзистора

Треба имати на уму да у време Николе Тесле није било транзистора. У том случају транзистор замењује "варницу" или "експлозор" оригиналне верзије. Транзистор ће се користити као капија која омогућава или не пролази струју. За то је транзистор поларизован на следећи начин: колектор ц на позитивни терминал и емитер е на негативни терминал акумулатора.

Када база б има позитивну поларизацију, тада омогућава пролазак струје из колектора у емитер и на неки други начин је спречава.

У нашој шеми база је повезана на позитивну батерију, али је убачен отпорник од 22 килограма охма, да се ограничи вишак струје која може да сагорева транзистор.

Круг такође показује ЛЕД диоду која може бити црвене боје. Његова функција биће објашњена касније.

На слободном крају секундарне завојнице Л2 поставља се мала метална кугла која се може начинити прекривањем полистиренске куглице или куглице за понирање са алуминијумском фолијом.

Ова сфера је плоча кондензатора Ц, а друга плоча је околина. То је оно што је познато као паразитски капацитет.

Како функционише Мини Тесла завојница

Када је прекидач С затворен, основа транзистора је позитивно пристрана, а горњи крај примарне завојнице је такође позитивно померан. Тако се нагло појављује струја која пролази кроз примарни завојник, наставља се кроз колектор, напушта емитер и враћа се у батерију.

Ова струја расте од нуле до максималне вредности у врло кратком времену, због чега индукује електромоторну силу у секундарном завојницом. Ово производи струју која иде од дна завојнице Л2 до основе транзистора. Ова струја нагло прекида позитивну поларизацију базе тако да струја тече кроз примарне станице.

У неким верзијама ЛЕД диода се уклања и круг ради. Међутим, његово постављање побољшава ефикасност у резању пристраности базе транзистора.

Шта се догађа када циркулише струја?

Током циклуса брзог пораста струје у примарном кругу, индукована је електромоторна сила у секундарном намотају. Пошто је однос завоја између примарног и секундарног 3 до 275, слободни крај намотаја Л2 има напон од 825 В у односу на земљу.

Због горе наведеног, у сфери кондензатора Ц настаје интензивно електрично поље које може да ионизира гас при ниском притиску у неонској цеви или флуоресцентној лампи која се приближава сфери Ц и убрзава слободне електроне у цеви. као да побуђују атоме који производе емисију светлости.

Како је струја нагло престала кроз завојницу Л1 и намотај Л2 испуштао се кроз ваздух који окружује Ц према земљи, циклус се поново покреће.

Важна тачка у овом типу кола је да се све догоди у врло кратком времену, тако да имате високофреквентни осцилатор. У овом типу кола, њихање или брзе осцилације које производи транзистор важнији су од феномена резонанције описаног у претходном одељку и односи се на оригиналну верзију Тесла завојнице.

Предложени експерименти са мини Тесла завојницама

Једном када је Тесла мини завојница изграђена, могуће је експериментирати са њом. Очигледно је да се неће створити муње и искре оригиналних верзија.

Међутим, уз помоћ флуоресцентне сијалице или неонске цеви, можемо видети како комбинирани ефекат интензивног електричног поља генерисаног у кондензатору на крају завојнице и велике фреквенције осцилације тог поља чине лампу светли се тек приближавајући сфери кондензатора.

Снажно електрично поље јонизује гас ниског притиска у цеви, остављајући слободне електроне у гасу. Дакле, висока фреквенција кола узрокује да слободни електрони у флуоресцентној цеви убрзавају и побуђују флуоресцентни прах који се придржава унутрашње стијенке цеви, узрокујући да емитује светлост.

Такође можете приближити светлосну ЛЕД лампицу сфери Ц, посматрајући како светли чак и када ЛЕД пинови нису повезани.

Референце

1. Блаке, Т. Тесла теорија свитка. Опоравак од: тб3.цом.
2. Бурнетт, Р. Операција Тесла завојнице. Опоравак од: рицхиебурнетт.цо.ук.
3. Типпенс, П. 2011. Физика: појмови и апликације. 7тх Едитион. МацГрав Хилл. 626-628.
4. Универзитет Висцонсин-Мадисон. Теслин калем. Опоравак од: вондерс.пхисицс.висц.еду.
5. Викиванд. Теслин калем. Опоравак од: викиванд.цом.