Опыты с катушкой тесла. Катушка Тесла

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

О сколько нам открытий чудныхГотовят просвещенья духИ опыт, сын ошибок трудных,И гений, парадоксов друг,И случай, бог изобретатель...

А.С. Пушкин

Введение

Актуальность темы

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор - катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования:

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования:

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть.

Катушка Тесла (Class-ESSTC )

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, - это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис.1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте. (Рис.2)

Большая катушка Тесла (VTTC )

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (Рис.3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, - он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис.2 и Рис.3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

-Спарки - это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

-Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

-Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

-Дуговой разряд - образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор — на зелёный, марганец - на синий, а литий - на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование : катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.4 и Рис.5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование : катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Рис.6 Рис.7

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование : катушка Тесла, бумага.

Рис.8 Рис.9

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование : катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование

Рис.11 Рис.12 Рис.13

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду - загорается дуга

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование : большая катушка Тесла, рука.

Рис.14 Рис.15

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование : большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.16 Рис.17

Рис.18 Рис.19

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование : большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

Рис.20 Рис.21

Рис.22 Рис.23

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование : большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

Рис.24 Рис.25

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м..

Опыт 10: Разряды из руки

Оборудование : большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

Рис.26 Рис.27 Рис.28

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла:

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Литература

Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. - М: Азбука-классика, 2010

Ржонсницкий Б. Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. - М: Молодая гвардия, 1959.

Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. - М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. - Ленинград. Наука. 1974.

Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D0%BB%D0%B0,_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683

Катушка Тесла и демонстрация невероятных свойств

электромагнитного поля катушки Тесла

Оглавление

Введение………………………………………………………..………...............2 стр.

Теоретическая часть

Никола Тесла и его изобретения…………………..…………............5 стр.
Схема установки катушки Тесла…………………………..…............8 стр.

Практическая часть

Социологический опрос среди обучающихся ФСОШ №5…… 8 стр.
Сборка катушки Тесла…………….…………….…..…………......9 стр.
Расчет основных характеристик изготовленной катушки Тесла 9 стр.
Экспериментальные опыты применения катушки Тесла….……11 стр.
Современное применение идей Тесла…………………………..13 стр.
Фото и видео отчет проведения исследования………………..14 стр.

Заключение………………………………………………….……..................15 стр.

Список литературы……………………………………….……………….…..16 стр.

Приложения………………………………………………….…….……….…..18 стр.

Введение

Я мог бы расколоть земной шар, но никогда

не сделаю этого.

Моей главной целью было указать на новые явления

и распространить идеи, которые и станут

отправными точками для новых исследований.

Никола Тесла

« Я, наконец, преуспел в создании разрядов, мощность которых значительно превосходит силу молний. Вам знакомо выражение «выше головы не прыгнешь»? Это заблуждение. Человек может все». В Международный год света и световых технологий, думаю, стоит вспомнить о легендарной личности Никола Тесла, причем о смысле некоторых его изобретений спорят, и по сей день. О нем сказано много и разного, но люди в большинстве своем, в том числе и я, единодушны в своем мнении – Тесла сделал немало для развития науки и техники для своего времени. Многие его патенты воплотились в жизнь, часть же до сих пор остается за гранью понимания сути. Но основными заслугами Тесла можно считать исследования природы электричества. Особенно высоковольтного. Тесла поражал своих знакомых и коллег удивительными экспериментами, в которых без труда и опаски он управлял высоковольтными генераторами, которые вырабатывали сотни, а иногда и миллионы вольт. Еще в 1900-х годах Тесла мог передавать на огромные расстояния ток без проводов, получить ток 100 млн.ампер и напряжение 10 тыс.вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время. Для тех, кто жил рядом с ним, мир менялся, превращался в сказочное пространство, где ничему не стоит удивляться. Вспыхивали северные сияния над всей Атлантикой, обычные бабочки превратились в ярких светлячков, шаровые молнии запросто доставались из чемоданов и использовались для освещения гостиных. Его опыты всегда балансировали на грани зла и добра. Падение тунгусского метеорита, землетрясение в Нью-Йорке, испытания чудовищного оружия, способного мгновенно уничтожать целые армии – вот что еще, кроме светящихся бабочек приписывают экспериментам Тесла. Именно он послужил для многих писателей-фантастов образом безумного профессора, изобретения которого грозят уничтожить всю планету. На самом деле мы ничего не знаем о том, каким человеком был Никола Тесла, каким героем он должен стать для биографов хорошим или плохим.

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент - это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе. Любоваться природой можно, и не зная физики. Но понять ее и увидеть то, что скрыто за внешними образами явлений, можно лишь с помощью точной науки и проведения эксперимента. Сегодня можно с уверенностью сказать, что точным в природе является только свершившийся факт, т.е. опыт или эксперимент, или результаты природного процесса, течение которого не зависит от человека. Непоколебимым остается только результат, полученный посредством того или иного действия. Как уже сказал, это единственное несомненное в гипотезе. Всем известно, что любая гипотеза держится на трех китах: результат эксперимента, его описание и вывод , который опирается на признанные стереотипы (Приложение 1 ).

Эксперименты с электричеством. Если рассуждать, ну что еще можно открывать и экспериментировать? Ведь сейчас без электричества человечество уже давно не мыслит своего существования. С помощью него работают все бытовые приборы, вся наша промышленность, медицинские приборы. Одно но, сам ток доходит к нам, увы, лишь по проводам. Это все очень далеко от того, что Никола Тесла мог делать более 100 лет назад, и чего современная физика и не может объяснить до сих пор. Современная физика достичь таких показателей просто не в состоянии. Он включал и выключал электродвигатель дистанционно, в его руках сами собой загорались электрические лампочки. Современные ученые достигли лишь планки в 30 миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции - да и то, на доли секунды.

Актуальность заключается в том, что в наше время, энтузиасты и ученые мира пытаются повторить опыты гениального ученого и найти их применение. В мистику вдаваться не буду, я попытался сделать кое-что эффектное по «рецептам» Тесла. Это катушка Тесла. Увидев ее один раз, вы никогда не забудете это невероятное и удивительное зрелище.

Объект исследования: катушка Тесла.

Предмет исследования: электромагнитное поле катушки Тесла, высокочастотные разряды в газе.

Цель исследования: изготовить высокочастотную катушку Тесла и на основе собранной действующей установки провести эксперименты .

Объект, предмет и цель исследования обусловили постановку следующей гипотезы: вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности, способное передавать электрический ток беспроводным способом.

Задачи:

Изучить литературу по проблеме исследования.

Познакомиться с историей изобретения и принципом работы катушки Тесла.

Поиск деталей и изготовление катушки Тесла.

Провести социологический опрос среди учащихся 7-11 классов «Федоровской СОШ№5».

Провести расчеты характеристик катушки Тесла и опыты, демонстрирующие ее работу.

Подготовить фото и видеоотчет о проделанной работе для ознакомления учащихся 9-11 классов.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов в газовой среде, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы, статистическая обработка результатов.

Этапы исследования:

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформатора Тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки Тесла

Новизна: заключается в том, что, как и многие изобретатели-экспериментаторы, я

впервые, изучив научно-популярную литературу, собрал катушку Тесла и в рамках проведения Международного года света и световых технологий-2015 провел серию опытов и тем самым, показал значимость трудов Тесла.

Практическая значимость: результат работы носит просветительный характер, это позволит, повысит заинтересованность учеников к углубленному изучению таких предметов, как физика, юных исследователей - к исследовательской деятельности, и возможно для кого-то определит область дальнейшей деятельности.

Теоретическая часть

I .1.Никола Тесла и его изобретения

Что мы знаем о Николе Тесла и его работах? Простому обывателю деятельность Тесла безразлична и неинтересна. В школах и институтах о Тесла упоминается только когда говорят об одноименной единице индуктивности. Так общество "отблагодарило" великого практика за весь , который он внес в развитие электротехники. Вся его деятельность окутана завесой таинственности, а многие просто считают его шарлатаном от науки. Попытаемся рассмотреть значимость «наследия» Тесла.

НИКОЛА ТЕСЛА - изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

До 1882 года Тесла работал инженером-электриком в правительственной телеграфной компании в Будапеште. В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

6 июля 1884 года Тесла прибыл в Нью-Йорк. Он устроился на работу в компанию Томаса Эдисона в качестве инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока. Эдисон довольно холодно воспринимал новые идеи Тесла и всё более открыто высказывал неодобрение направлению личных изысканий изобретателя. Весной 1885 года Эдисон пообещал Тесле 50 тыс. 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. Одобрив все усовершенствования, в ответ на вопрос о вознаграждении Эдисон отказал Тесле. Оскорблённый Тесла немедленно уволился.

В 1888-1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является Трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла - устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек - первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора - первичный и вторичный контуры - остается неизменным. Однако одна из его частей - генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

I .2. Схема установки катушки Тесла

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Тесла – гениальное изобретение великого сербского изобретателя, физика и инженера. Трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника. На первичной обмотке должно быть не менее десятка витков толстой проволоки. На вторичную наматывают уже как минимум 1000 витков. Учтите, что катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на второй обмотке к первой. На выходе напряжение такого трансформатора может превышать несколько миллионов вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. Очень важно: и конденсатор, и первичная обмотка обязательно должны, в конечном счете, образовывать специфический колебательный контур, входящий в состояние резонанса с вторичной обмоткой. К Схема установки катушки Тесла предполагает силу тока 5-8 А.Максимальное значение этой величины, которое еще оставляет шанс на выживание, равно 10 А. Так что при работе ни на секунду не забывайте о простейших мерах предосторожности.

В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Мы выбрали одну из схем (Приложение 2 ), которая состоит из:

Источник питания (220В – 24 В)

Переменный резистор

Резистор

Первичная катушка (9 витков)

Вторичная катушка (1000 витков)

Транзистор на радиаторе (MJE 13007)

Практическая часть

II .1 Социологический опрос среди обучающихся 7-11 классов ФСОШ№5

В опросе приняло участие 325 человек. Были предложены вопросы:

1 . Слышали ли Вы об изобретениях Никола Тесла (катушка Тесла)?

2. Хотели бы Вы увидеть серию экспериментов применения катушки Тесла?

После обработки результатов, итог следующий: 176 обучающихся слышали об изобретениях Тесла, 156 учащихся - не слышали. 97 человек видели видео экспериментов по сети Интернет, 228 не имеют представления, как выглядит катушка и ее применение. Все, 325 учащихся хотели бы посмотреть результат исследовательской работы и серию опытов применения катушки Тесла.

II .2 Сборка катушки Тесла

Обратимся к устройству, которое сейчас известно, как трансформатор (катушка) Тесла. Во всем мире "тесластроители" ежегодно воспроизводят его многочисленные модификации. Основной целью у большинства таких радиолюбителей Тесла, является получение световых и звуковых эффектов , достигаемых в экспериментах с высоким напряжением, которое присутствует на выходе высоковольтной катушки трансформатора Тесла (ТТ). Многих также привлекают идеи Тесла по генерации энергии большой мощности, а еще более привлекательным, является попытка создания "сверхединичного" (СЕ) устройства на основе ТТ. Эта сфера альтернативной науки.

Установку я собирал сам на основе схемы (Приложение 2, Рис.1, 2, 3, 4, 5 ). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 5 см. Первичная обмотка содержит всего 9 витков, провод диаметром 1,5 мм, был использован одножильный медный провод в резиновой изоляции. Вторичная обмотка содержит 1000 витков провода 0,1 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. Это устройство производит высокое напряжение при высокой частоте. Катушка Теслы - это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В ходе исследования я продемонстрирую действие изготовленной мною катушки Тесла (Приложение 3, Рис.6).

II.3 Расчет основных характеристик изготовленной катушки Тесла

ЭДС: 24 В . Два аккумулятора от шуруповёрта по 12 В каждый.

Сопротивление: R =50075 Ом. R = R 1 + R 2 (последовательное соединение) Внутренним сопротивлением источника, проводов, обмоток посчитано необходимым, пренебречь. 1)Переменный резистор (Реостат) 50 КОм. 2)Резистор 75 Ом.

Сила тока: 0,5 мА. Рассчитано из закона Ома для полной цепи I = ЭДС/ R + r

и проверено амперметром.

Частота колебаний: 200 МГц . Расчеты произведены при помощи CircutLab.

Входное напряжение: 24 В.

Выходное напряжение : ~2666,7 В.

Коэффициент трансформации – это величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

K = U 1 / U 2 = N 1 / N 2 , где

N 1 - число витков на первичной обмотке трансформатора

N2 - число витков на вторичной обмотке трансформатора

U1 - напряжение на первичной обмотке трансформатора

U2 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора

при условии K < 1, U2 > U1, N2> N1 – повышающий трансформатор

при условии K >1, U1> U2, N1> N2 – понижающий трансформатор

K = U 1 / U 2 =24/2667=0,009 < 1 повышающий трансформатор

K = N 1 / N 2 = 9/1000=0,009 < 1 повышающий трансформатор

Построим график зависимости выходного напряжения от числа витков вторичной катушки (Приложение 4 ) . Из диаграммы видно, чем больше число витков на вторичной обмотке, тем больше выходное напряжение катушки.

ВЫВОД: разряды катушки не являются опасными для человеческого организма при кратковременном воздействии, так как сила тока ничтожно мала, а частота и напряжение слишком высоки.

II.4 Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, соблюдая правила безопасности . Для проведения опытов у вас должна быть очень надежная проводка, иначе беды не избежать. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла. Почему при прикосновении к источнику напряжения 250000 В высокой частоты 500 кГц с экспериментатором ничего не случается? Ответ прост. Николой Тесла была открыта и эта «страшная» тайна – токи высоких частот при высоких напряжениях безопасны.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают катушки Тесла ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Тесла производит несколько видов разрядов:

Спарк - это искровой разряд. Также имеет место особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд.

Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.

Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

Дуговой разряд - образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга

Интересно заметить, что некоторые ионные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, ионы натрия меняют обычный окрас спарка на оранжевый, а бора - на зелёный, марганца – на синий, лития – на малиновый окрас.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление это связано с превращением стримеров в искровые каналы, который сопровождается резким возрастанием силы тока и энергии, выделяющейся в них.

С помощью изготовленной катушки Тесла демонстрирую множество красивых и эффектных экспериментов. Демонстрации с использованием трансформатора. Пронаблюдаем разряды.

Демонстрация №1 . Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд.

Оборудование : катушка (трансформатор) Тесла, отвертка.

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 6-7 мм. ( Приложение 5, Рис.7, 8 ).

Демонстрация №2. Демонстрация тлеющего разряда. Свечение спектральных трубок, наполненных инертными газами: гелием, водородом, неоном.

Оборудование : катушка (трансформатор) Тесла, набор спектральных трубок.

При поднесении этих ламп к катушке Тесла, мы будем наблюдать, как газ, которыми наполнены трубки, будет светиться (Приложение 6, Рис.9, 10,11 ).

Демонстрация №3. Демонстрация разряда в люминесцентной лампе и лампе дневного света (ЛДС).

Оборудование : катушка (трансформатор) Тесла, люминесцентная лампа, лампа дневного света.

Наблюдается разряд в люминесцентной лампе (Приложение 7, Рис.12, 13 ).

Демонстрация №4. Эксперимент с линейками.

Оборудование : катушка (трансформатор) Тесла, металлическая линейка, деревянная линейка.

При внесении металлической линейки в разряд стример ударяется об нее, при этом линейка остается холодной. При внесении деревянной линейки в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд линейка загорается ( Приложение 8, Рис.14, 15, 16 ).

Демонстрация №5. Эксперимент с бумагой.

Оборудование : катушка (трансформатор) Тесла, бумага.

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага вспыхивает (Приложение 9, Рис.17 ).

Демонстрация №6. Эксперимент с венчиком.

Оборудование

Разветвляем жилы, заранее припаиваем к терминалу (Приложение 10, рис.18 ).

Демонстрация №7. Дерево из плазмы.

Оборудование : катушка (трансформатор) Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы, у заранее зачищенного от изоляции провода, и прикручиваем к терминалу (Приложение 11, Рис.19,20, 21, 22 ).

Демонстрация №8. Ионный мотор.

Оборудование : катушка (трансформатор) Тесла, пластина-крест.

К терминалу трансформатора прикручиваем иглу, сверху по центру устанавливаем пластину-крест. После включения катушки из 4 концов креста начинают выходить стримеры и под их действием пластина начинает вращаться (Приложение 12, Рис.23).

II.5 Современное применение идей Тесла

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, АЭС, ТЭС и т. д.

Электродвигатели, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки телефонов или .

Оригинальные современные противоугонные средства для автомобилей работают по принципу все тех же катушек.

Использование в развлекательных целях и шоу.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов, беспроводной передачи данных и беспроводной передачи энергии.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Основное его применение в наши дни - познавательно-эстетическое. В основном это связано со значительными трудностями при необходимости управляемого отбора высоковольтной мощности или тем более передача её на расстояние от трансформатора, так как при этом устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура.

Вывод: неверно считать, что катушка Тесла не имеет широкого практического применения. Перечисленные мною выше примеры ярко об этом свидетельствуют. Тем не менее, основное его применение в наши дни - познавательно-эстетическое (Приложение 13, Рис.24 ).

II .6. Фото и видео отчет проведения исследования

В приложении фото отчет, видео отчет прилагается к работе на электронном носителе. Буклет-памятка «Современное применение идей Тесла» (Приложение 14).

Заключение

Одной из самых ярких, интересных и неординарных личностей среди ученых-физиков является Никола Тесла . Почему-то его несильно жалуют на страницах школьных учебников физики, хотя без его трудов, открытий и изобретений трудно представить себе существование обыденных, казалось бы, вещей, таких как, например, наличие электротока в наших розетках. Подобно Ломоносову, Никола Тесла опередил своё время и не получил заслуженного признания при жизни, впрочем, и поныне его труды не оценены по достоинству.

Тесла удалось соединить в одном приборе свойства трансформатора и явление резонанса. Так был создан знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием " трансформатора Тесла ".

Трансформатор (катушка) Тесла - удивительное устройство, позволяющее получить мощный интенсивный поток автоэлектронной эмиссии чрезвычайно экономичным способом. Однако его уникальные свойства и полезные применения далеко еще не исчерпаны.

Бесспорно, Никола Тесла является интересной фигурой с точки зрения на перспективу использования на практике его нетрадиционных идей. Сербскому гению удалось оставить заметный след в истории науки и техники.

Его инженерные разработки нашли применение в области электроэнергетики, электротехники, кибернетики, биофизике, медицине. Деятельность изобретателя окутана мистическими рассказами, среди которых надо выбрать именно те, в которых содержится правдивая информация, действительные исторические факты, научные достижения и конкретные результаты.

Вопросы, которыми занимался Никола Тесла, остаются актуальными и сегодня. Их рассмотрение позволяет творческим инженерам и студентам физических специальностей шире смотреть на проблемы современной науки, отказаться от шаблонов, научиться отличать правду от вымысла, обобщать и структурировать материал. Поэтому взгляды Н. Тесла можно считать актуальными ныне не только для исследований в области истории науки и техники, но как достаточно действенной средство поисковых работ, изобретение новых технологических процессов и использования новейших технологий.

В результате моих исследований гипотеза подтвердилась: вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности, способное передавать электрический ток беспроводным способом:

лампочки, наполненные инертным газом светятся вблизи катушки, следовательно, вокруг установки действительно существует электромагнитное поле высокой напряженности;

лампочки загорались сами по себе у меня в руках на определенном расстоянии, значит, электрический ток может передаваться без проводов.

Необходимо отметить и еще одну важную вещь: действие этой установки на человека: как Вы заметили при работе меня не било током: токи высокой частоты, которые проходят по поверхности человеческого организма не причиняют ему вреда, наоборот, оказывают тонизирующее и оздоровительное действие, это используется даже в современной медицине (из научно-популярной литературы). Однако надо заметить, что электрические разряды, которые Вы видели, имеют высокую температуру, поэтому долго ловить молнию руками не рекомендуется!

Никола Тесла заложил основы новой цивилизации третьего тысячелетия и его роль нуждается в переоценке. Только будущее даст настоящее объяснение явлению Теслы.

Кочнева Л.С. (г. Пермь, МБОУ «Гимназия № 17»)

1. Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. – М: Азбука-классика, 2010.

2. Ржонсницкий Б.Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. – М: Молодая гвардия, 1959.

3. Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. – М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

4. Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20.

5. Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. – Ленинград. Наука. 1974.

6. Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/?%D0?%A2?%D0?%B5?%D1?%81?%D0?%BB?%D0?%B0,_?%D0?%9D?%D0?%B8?%D0?%BA?%D0?%BE?%D0?%BB?%D0?%B0.

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683.

О сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель...

А.С. Пушкин

Актуальность темы

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Этапы исследования

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла - изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Практическая часть

Катушка Тесла (Class-E SSTC)

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис. 1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте (рис. 2).

Большая катушка Тесла (VTTC)

Как видно по схеме (рис. 3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11 см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, - он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис. 2 и Рис. 3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

Спарки - это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

Дуговой разряд - образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор - на зелёный, марганец - на синий, а литий - на малиновый окрас.

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование: катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис. 4 Рис. 5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7 мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование: катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование: катушка Тесла, бумага.

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование: катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду - загорается дуга.

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование: большая катушка Тесла, рука.

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование: большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование: большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование: большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м.

Опыт 10: Разряды из руки.

Оборудование: большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Библиографическая ссылка

Кошкин А.А. КАТУШКА ТЕСЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ // Международный школьный научный вестник. – 2018. – № 1. – С. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (дата обращения: 30.01.2020).

Трансформатор Тесла своими руками

Наша рабочая модель самодельного трансформатора Тесла в действии

1. Описание: катушки Тесла- это простейший трансформатор, состоящий из двух катушек без общего сердечника. Первичная обмотка (первичка) имеет несколько (3-10) витков толстого провода. Вторичная (высоковольтная) обмотка содержит намного больше витков, порядка 1000. Трансформатор Тесла обладает коэффициентом трансформации в 10-50 раз выше отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь значительную длину, в зависимости от мощности конечно.

применение простейшей катушки Тесла в быту.

2. Изобретение: «Трансформатор Тесла» в том виде, который нам известен, стал итогом одного из экспериментов в Колорадо-Спрингс (США) проходивших в далёком 1899 году. Предвестником изобретения стало открытие, сделанное Николой Тесла в 1888 году явления вращающегося магнитного поля и строительство электрогенератора высокой и сверхвысокой частот. В 1891 году учёный создаёт резонансный трансформатор, позволяющий получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт. В своих изысканий Никола Тесла доказал возможность создания стоячей электромагнитной волны. Само изобретение наружу кажется очень простым и незамысловатым, в действительности самое сложное в трансформаторе Тесла, — это цепь питания для первичной обмотки трансформатора.

3. Эксперимент: работая с гигантской катушкой, Тесла дошёл до строительства целой башни высотой в несколько десятков метров, которую венчала большая медная полусфера, и при включении установки возникали искровые разряды длиной до сорока метров. Молнии сопровождались громовыми раскатами, слышимыми за 24 километра. Вокруг самой башни, во время её работы, пылал огромный световой шар. Идущие по улице, люди испуганно шарахались с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры. Лошади получали электрошоковые удары через железные подковы. На многих, в том числе значительно удалённых, металлических предметах возникали синие ореолы – «огни святого Эльма».

Башня Ворденклиф при лаборатории Николы Тесла 1901-1917- первая беспроводная телекоммуникационная башня

Человек, устроивший всю эту электрическую фантасмагорию в 1899 году из своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, вовсе не собирался пугать людей. Его цель была иной, и она была достигнута: за двадцать пять миль от башни под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов.

4. Как сделать простейшую катушку Тесла: Берём любой источник высокого напряжения (МИНИМУМ 1.5кВ и вообще привыкайте, что теперь вольтов не существует, есть только кВ, а 1.5кВ так же мало, как 1.5В в обычной жизни) лучше брать не меньше 5 кВ, его подключаем к любому конденсатору на нужное напряжение (если ёмкость слишком большая, то нужен будет ещё и диодный мост, но для начала лучше экспериментировать с малыми емкостями).

Затем через искровой промежуток — два провода, смотанные изолентой, так что их оголённые концы смотрят в одну сторону (подгибая проволоку провода регулируем зазор, настроенный на пробой при напряжении чуть выше напряжения источника, ток-то переменный, так что в пике напряжение выше номинального), подключаете это дело к первичной обмотке катушки (для наших параметров лучше брать 5-6 витков). Для вторичной обмотки достаточно будет 150 витков (можно намотать на обычную картонную трубку) и, если Вы всё сделали правильно, то получите разряд в 1см если приблизить выводы катушки и довольно заметную корону, если их развести. Да, не забудьте один нижний вывод вторичной обмотки хорошенько заземлить.

Простейший трансформатор Тесла в работе. Для его создания понадобился высоковольтный источник питания.

Цель данной статьи- показать как своими руками можно сделать настоящую трансформатор (катушку) Тесла с нуля. Итак, начнём!

5. Требования к оборудованию: для Теслы, которую не стыдно показать, уже нужно попотеть.

а) Входное напряжение нужно МИНИМУМ 6кВ, иначе искровик стабильно работать не будет (настройка будет сбиваться).
б) Искровик должен быть из масивных кусков меди, желательна их честкая фиксация в нужном положении.
в) Мощность на входе не ниже 50Вт, но лучше 100+.
г) Конденсатор и первичная обмотка должны образовывать колебательный контур, попадающий в резонанс со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка может иметь много кратных резонансов (например, в нашей схеме резонирует на 200, 400, 800 и 1200кГц, почему так — не знаю, но это проверено экспериментально на точном оборудовании), причём одни сильнее, а другие слабее (первый не обязательно самый сильный) и они зависят от расположения первичной обмотки. Как определить эти частоты без генератора частот не знаю — придётся использовать метод «научного тыка”, перематывая первичную обмотку и меняя ёмкость конденсатора.
д) Ещё потребуется либо относительно маленькая ёмкость конденсатора (чтобы он до большого напряжения переменным током заряжался), либо диодный мост выпрямления тока (с мостом мне как-то спокойнее — можно любую ёмкость подключать, но там нужен резистор для её разрядки, после выключения питания либо в ручную его закорачивать, а то он ОЧЕНЬ больно бьёт током).
е) Первичная обмотка должна быть хорошо заизолирована от вторичной, иначе пробьёт на неё. Вторичная обмотка также должна иметь хорошую межвитковую изоляцию, иначе из каждой царапины на лаке будет идти корона, либо вообще вся катушка будет светиться.

А теперь поговорим о том, как создать катушку, подобную той, что изображена на самом верху!

6.СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛА

Принципиальная схема трансформатора Тесла, по которой собрана наша катушка.

Как Вы видите, в данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить! Начнём по-порядку.

7. Принципы безопасности:

Прежде чем начинать какую либо практическую работу связанную с электричеством, очень важно для себя оценить всю его опасность и предупредить возможные риски. Помните, что смертельный ток для человека это жалкие 0,1 Ампера, а неотпускающий – переменный ток, который за счет периодических импульсов вызывает прилипание человека к источнику тока, возникает при силе от 0,025 ампер;

Помните про опасность при работе с электричеством!

При попадании под электрическое напряжение пострадавший всегда получает шок, а вот его последствия могут быть различными: от судорог пальцев конечностей и их дрожи, от неприятных ощущений нагревания и жжения до остановки дыхания и фибрилляции сердца (бессистемного сокращения) и полной его остановки. В последнем случае кровь перестает перемещаться по сосудам, отчего человек умирает. Кроме того, электрический ток является опасным для человека, поскольку при определенных значениях его силы создается эффект прилипания к оголенным проводам из-за чрезмерного стимулирования электричеством нервных волокон. Одной из причин смерти от удара током может стать механическая травма в результате непроизвольного сокращения мышц. Может наступить потеря зрения из-за воздействия на сетчатку глаза образовавшейся электрической дуги. И, если вы не обладаете должным практическим навыком работы, то потренируйтесь сначала на более простых вещах, прежде чем начинать подобный этому большой проект.

8. Схема питания трансформатора Тесла:

8.1. МОТЫ: такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению. Это означает, что несмотря на малые размеры, он имеет мощность до 1,5 кВт. Однако, есть и отрицательные стороны у такого режима работы. Это и большой ток холостого хода, около 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой я молчу. Обычное выходное напряжение у МОТа — 2000-2200 вольт при силе тока 500-850 мА.

МОТ — силовой трансформатор.

У всех МОТов первичка намотана внизу, вторичка сверху. Делается это для хорошей изоляции обмоток. На вторичке, а иногда и на первичке намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольт. Причём между обмотками можно заметить две металлические перемычки. Это — магнитные шунты. Основное их назначение — замкнуть на себя часть создаваемого первичкой магнитного потока и таким образом ограничить магнитный поток через вторичку и её выходной ток на некотором уровне. Делается это из-за того, что при отсутствии шунтов при коротком замыкании во вторичке (при дуге) ток через первичку многократно возрастает и ограничивается лишь её сопротивлением, которое и так очень мало.

Таким образом, шунты не дают трансу быстро перегреться при подключенной нагрузке. Хотя МОТ и греется, но в печке ставят вентилятор для его охлаждения и он не сдыхает. Если же шунты удалить, то мощность, отдаваемая трансом, повышается, но перегрев происходит гораздо быстрее. Шунты у импортных МОТов обычно хорошо залиты эпоксидкой и их не так просто удалить. Но сделать это всё-же желательно, уменьшится просадка под нагрузкой. Для уменьшения нагрева могу посоветовать погрузить МОТ в масло, но сделать это таким образом, чтобы масло в случае перегрева или даже возгорания не могло причинить вреда.

Батарея из трансформаторов МОТ для питания нашей катушки Тесла

Мы использовали батарею из четырёх МОТов, собранную аналогичным нашей схеме. Помните. что напряжение на вторичной обмотке многократно превышает сетевое и смертельно опасно, опасайтесь дуговых разрядов и не работайте без снятия напряжения!

8.2. Конденсаторный блок — Капы: Под Капами подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 -для установок высокой частоты!) Самое сложное в капах- это найти их.

Капы -высоковольтный конденсаторный блок

8.3. Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выполняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты. В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре.

Фильтр высокой частоты и конденсаторный блок

Фильтр ВЧ и КАПы- конденсаторный блок для питания Теслы

8.4. Искровик: Искровик нужен для коммутации питания и возбуждения колебаний в контуре. Если в схеме не будет искровика, то питание будет, а колебаний нет. А еще блок питания начинает сифонить через первичку — а это короткое замыкание! Пока искровик не замкнут — капы заряжаются. Как только замыкается — начинаются колебания. Поэтому ставят балласт в виде дросселей — когда искровик замкнут дроссель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью. И да, если бы в розетке было 200 кГц, разрядник естественно был бы не нужен.

Искровик для возбуждения колебаний в контуре катушки Тесла

Искровик для возбуждения колебаний в цепи питания катушки Тесла

8.5. Тор и катушка Тесла: Наконец-то очередь дошла и до самого трансформатора Тесла. Первичная обмотка катушки Тесла состоит из 7-9 витков провода очень большого сечения, впрочем подойдёт сантехническая медная трубка. Вторичная обмотка содержит от 400 до 800 витков, тут нужно подстраиваться. На первичную обмотку подаётся питание. У вторички один вывод надёжно заземлён, второй присоединён к ТОРУ (излучатель молний) . Тор, своеобразный токопроводящий бублик можно изготовить из обычной вентиляционной гофры.

Намотка катушки Тесла трудоёмкое и медитативное занятие

катушка Тесла перед сборкой

8.6. Небольшое видео про нашу самодельную катушку Тесла:

9. Практическое применение. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление) , беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см. : скин-эффект, Дарсонвализация) , оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние. Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных (в том числе неисправных) ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Есть теория, что его использовали для создания радиопомех.

Некоторые создают аттракционы, другие светильники и фокусы. один чудак и вовсе умудрился создать новогоднюю ёлку. Цвета у него получились благодаря нанесению разных веществ на излучатель. Например если нанести раствор какой нибудь борной кислоты, то будет корона зеленая. Если марганца,то вроде ярко синяя, если лития, то малиновый. Так что, катушка Тесла в руках современного человека превратилась в игрушку и только.

Применение катушки Тесла

Это должно изображать сигнализацию. Хотя совершенно очевидно, что такая близость может оказаться фатальной для электрооборудования автомобиля =)

У меня есть своя идея по применению трансформатора Тесла, но об этом в другой раз. 🙂

________________________________________________________________________

П.С. Выражаю благодарность создателю нашей катушки Тесла,

Ларионову А.

за предоставленные материалы!

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Теслы - гениальное изобретение великого хорватского изобретателя, физика и инженера. В статье будет рассмотрен один из простых вариантов реализации проекта - трансформатор Тесла.
В конструкции не использован МОТ трансформатор (почти во всех схемах трансформатора Теслы, именно МОТ служит источником питания), пришлось также создать отдельную схему преобразователя, но обо всем по порядку.

Основные части:
1) Блок питания
2) Преобразователь напряжения и высоковольтная цепь

Блок питания

Для питания такой схемы нужен достаточно мощный блок питания. К счастью, уже имелся готовый блок питания на 500 Ватт. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 14 Вольт, при токе в 20 Ампер. Для запитки устройства не желательно использовать импульсные источники питания.

Диодный выпрямитель использован готовый, хотя можно собрать мост из мощных отечественных диодов серии КД2010, укрепленных на теплоотвод. Для сглаживания помех использован конденсатор на 25 Вольт 2200 микрофарад (этого хватит, поскольку на схеме преобразователя уже есть конденсатор на 4700 микрофарад и дроссель для сглаживания высокочастотных помех). Подойдут похожие трансформаторы от 300 до 600-700 Ватт.

Преобразователь и высоковольтная цепь

Увидев схему преобразователя, многие зададут себе вопрос - зачем умощнять однотактный преобразователь, если можно сделать двухтактный? Вопрос конечно к месту, если бы не одно но! Дело в том, что в интернете нигде ранее не опубликованы варианты умощнения обратноходовых преобразователей, вот и было решено совместить этот вариант и найти устройству практическое применение. В итоге был собран высококачественный преобразователь с мощностью порядка 180-200 ватт и более.
Сердцем преобразователя является генератор импульсов, построенный на ШИМ контролере серииUC3845, ранее уже были предложены версии преобразователей на этой микросхеме (), но как правило стандартная схема обладала мощностью 80 ватт на пиках, и вот после недолгих экспериментов, был разработан нижеприведенный вариант.

Предварительно сигнал от микросхемы усиливается каскадом на комплементарной паре, которая построена на отечественных транзисторах серии КТ 816/817, это необходимо, поскольку начальный уровень сигнала иногда недостаточен для срабатывания полевых транзисторов. В схеме использовались три полевика серии IRL3705, при таком мощном источнике, на транзисторах рассеивается большая мощность, поэтому их нужно укрепить на теплоотводы и дополнить кулерами от компьютерных блоков питания. Частота работы преобразователя 60 килогерц, его можно изменить играя с емкостью конденсатора 4.7нФ и подбором сопротивления резистора 6.8 кОм на схеме, уменьшая емкость и увеличивая сопротивление резистора, можно увеличить частоту преобразователя, при обратном процессе, частота работы преобразователь уменьшается.

В качестве повышающего трансформатора удобно использовать трансформатор строчной развертки от отечественных телевизоров, для получения максимальной мощности желательно использовать два строчника, высоковольтные обмотки которых, нужно соединить последовательно.

Первичная обмотка мотается на свободной стороне П-образного феррита и содержит 4-5 витков провода 3мм, для удобства намотки можно использовать несколько жил, или же многожильный провод в силиконовой или резиновой изоляции, как в данном случае. Использовать самодельные трансформаторы не желательно, поскольку они редко способны выдержать такую мощность.
Дуга на выходе высоковольтной обмотки трансформатора имеет достаточно большую силу тока, поэтому для его выпрямления использовались 4 диода серии КЦ106.

Предварительно, диоды по 2 штуки соединены параллельно, затем блоки из двух параллельно соединенных диодов соединены последовательным образом.

В накопительной части использован конденсатор на 5 киловольт с емкостью 1 микрофарад, можно использовать также блок конденсаторов, емкость и напряжение не критично и можно отклонится от указанного номинала на 10 - 15%

Искровый разрядник, или просто искровик - предназначен для разряжения емкости конденсатора на первичную обмотку катушки, его можно сделать из двух болтов, или же применить готовых вакуумный разрядник фирмы ЭПОКС с напряжением пробоя 3 – 3.5 кВ на 5 -10 ампер. Самодельный искровик из болтов удобен тем, что зазор, а следовательно и частоту разрядов можно регулировать.

Катушка намотана на каркасе от канализационной трубы с диаметром 12 см, высота 50 - 65 см, подойдут также близкие по параметрам пластмассовые трубы. ВАЖНО! Не использовать трубы из металлопластмассы. Первичная обмотка содержит всего 5 витков, провод с диаметром 3-5 мм, был использован одножильный алюминиевый провод в резиновой изоляции. Расстояние между витками 2 см.

Вторичная обмотка содержит 700-900 витков провода 0.5-0.7 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку, при ручной намотке процесс отнимает 5 часов, поэтому удобно использовать намоточный станок (хотя в моем случае катушка моталась вручную). При передышке, нужно приклеить последний виток к каркасу.

Возможности

Катушка Теслы - это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В дальнейшем устройство будет переделано, в частности будет перемотан, точнее изменен первичный контур, если есть возможность желательно использовать медную трубу, таким образом мощность катушки резко возрастет.

Опыты с катушкой теслы

С готовой катушкой можно провести ряд интересных опытов, конечно при этом нужно соблюдать все правила безопасности.

Опыт 1. Нужен медный провод с диаметром 0.2 – 0.8 мм, который нужно намотать на каркас от широкого прозрачного скотча, или же на литровую банку. Контур содержит 15-20 витков, после чего каркас вынимаем, а витки контура закрепляем друг к другу при помощи ниток или скотча. Затем берите обычный светодиод (желательно белый или синий) и выводы светодиода припаяйте к контуру. Включите трансформатор. Контур со светодиодом отдалите от включенного трансформатора на пару метров. Можно наблюдать за свечением светодиода, без какой-либо проводной связи с источником питания. Это основной опыт, который демонстрирует возможности трансформатора Теслы.

Опыт 2. Свечение ламп дневного света на расстоянии. Это один из наиболее распространенных опытов с катушкой Теслы. Все виды подобных ламп, светятся на небольшом расстоянии от включенного трансформатора.

Правила безопасности

Трансформатор Теслы - высоковольтный генератор, нужно помнить, что на выходе устройства и в высоковольтной цепи образуется смертельно опасное напряжение (особенно на высоковольтном конденсаторе). При ведении монтажных работ, нужно заранее убедится, что контурный конденсатор полностью разряжен, использовать толстые резиновые перчатки, и не приближаться к включенному устройству. Все опыты делать вдали от цифровых устройств, высоковольтные разряды могут повредить электронику! Запомните это не качер! Играть с дугой строго запрещено! Особо опасна высоковольтная часть и высоковольтная обмотка преобразователя.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
	Преобразователь
	ШИМ контроллер	UC3845	1	В блокнот
	Биполярный транзистор	КТ817А	1	В блокнот
	Биполярный транзистор	КТ816А	1	В блокнот
	MOSFET-транзистор	IRF3205	2	В блокнот
	Выпрямительный диод	UF4007	1	В блокнот
		10 мкФ	3	В блокнот
		4.7 нФ	1	В блокнот
	Электролитический конденсатор	4700 мкФ	1	В блокнот
	Резистор	6.8 кОм	1	В блокнот
	Резистор	5.1 кОм	1	В блокнот
	Резистор	820 Ом	1	В блокнот
	Резистор	5 Ом	2	В блокнот
DR	Катушка индуктивности		1