Пристрій, принцип роботи і схема трансформатора Тесла

1. В чому суть?
2. конструкція трансформатора
3. функціонування
4. Заряд для трансформатора
5. генерація
6. модифікації
7. Використання котушки Тесла
8. ефекти
9. Вплив на здоров'я
10. Котушка Тесла як частина культури

Наша сеть партнеров Banwar

Кожна людина, найімовірніше, чув про те, що таке трансформатор Тесла, який також часто називається котушкою Тесла. Цю котушку можна побачити в багатьох фільмах, комп'ютерних іграх і телевізійних передачах. Однак мало чути про те, що існує щось подібне. Якщо вас запитають, що саме робить трансформатор Тесла, чи зможете ви дати на це питання відповідь? Швидше за все, немає, а якщо і зможете, то навряд чи ви зумієте розповісти досить подробиць. Саме тому і існує ця стаття. З її допомогою ви зможете дізнатися все про трансформаторі Тесла, про те, як він влаштований, для чого використовується, як функціонує і так далі. Природно, якщо ви вчилися з фізичної спеціалізації, то для вас ці дані не будуть новиною, однак більшість людей все ж не в курсі деталей, що стосуються котушки Тесла. А адже це дуже цікаві дані, які дозволять вам розширити кругозір. Як легко можна здогадатися, винахідником цього пристрою став великий вчений Нікола Тесла, який запатентував свій винахід в 1896 році, описавши його як пристрій, призначений для виробництва електричних струмів високої частоти. По суті, саме цим котушка Тесла і є, і про це ви, найімовірніше, вже знали. Тому варто поглянути на більш цікаві і менш відомі дані.

В чому суть?

Для початку необхідно пояснити суть роботи котушки Тесла. Вона може виглядати по-різному, проте багато людей відзначають, що, так чи інакше, вона виглядає дуже ефектно навіть в режимі спокою. Що вже говорити про те, коли вона приводиться в дію, і навколо неї утворюються видимі розряди електрики. Але як саме це відбувається? Трансформатор Тесла працює за рахунок резонансних електромагнітних хвиль, що утворюються в двох обмотках котушки, первинної та вторинної. Первинна обмотка є частиною іскрового коливального центру. Що стосується вторинної, то її роль виконує вже пряма котушка проводу. Коли частота коливань первинного і вторинного контуру збігається, між кінцями котушки з'являється висока змінна напруга, яке ви можете побачити неозброєним поглядом. Якщо вам не дуже зрозуміло те, як працює трансформатор Тесла, то для прикладу можна взяти звичайні гойдалки. З їх допомогою пояснити роботу буде набагато простіше. Якщо ви розгойдуєте гойдалки за допомогою примусових коливань, то амплітуда буде пропорційна вашому зусиллю. Якщо ж ви вирішите розгойдувати гойдалки в режимі вільних коливань, кожен раз підштовхуючи гойдалки в необхідний момент, то амплітуда зросте в кілька разів. Те ж саме відбувається і з котушкою Тесла: при резонансі коливань двох обмоток виникає набагато сильніший струм.

конструкція трансформатора

Другий момент, який необхідно прийняти до уваги, коли розглядається трансформатор Тесла, - схема. Як саме влаштована котушка? Насправді пристрій цього трансформатора може бути найрізноманітнішим, тому зараз ви дізнаєтеся про те, як влаштована його найпростіша версія, яку ви потім можете удосконалювати так, як вам буде цього хотітися. Отже, найпростіший трансформатор Тесла складається з декількох елементів, а саме з вхідного трансформатора, котушки індуктивності, що включає в себе первинну і вторинну обмотку, а також з розрядника, конденсатора і терміналу. Власне кажучи, струм починає свій рух від вхідного трансформатора, що є джерелом харчування, звідки через розрядник і конденсатор потрапляє на котушку індуктивності, а звідти передається на термінал вже в помноженому розмірі. Причому термінал часто вибирається таким, щоб він найкраще міг передати подібне напруга, наприклад, він може бути в формі кулі або диска. Як ви розумієте, це найпростіший трансформатор Тесла - схема є підтвердженням цього. У котушці Тесла може бути більше елементів. Там може бути присутнім, наприклад, тороид, який не описаний в цій схемі, так як він не є ключовим елементом. Що стосується основних елементів, то вони всі були вказані.

функціонування

Отже, тепер ви знаєте, як влаштований трансформатор Тесла. Принцип роботи його вам також зрозумілий в цілому, але можна і заглибитися в деталі. Як саме він функціонує? Виявляється, він працює в імпульсному режимі. Що це означає? Це означає, що спочатку відбувається заряд конденсатора до того моменту, коли здійсниться пробою розрядника, і електрику пройде на котушку індуктивності. Тоді починається друга фаза, в ході якої генеруються високочастотні коливання. Зверніть увагу, що розрядник повинен розташовуватися паралельно джерела живлення, завдяки чому він замикає ланцюг, коли на котушку надходить струм, тим самим виключаючи джерело живлення з ланцюга. Навіщо це потрібно? Якщо джерело живлення залишається частиною ланцюга, це може значно знижувати напругу на виході з трансформатора. Природно, результат все одно буде, проте він при цьому виявиться далеко не найбільш вражаючим. Ось так функціонує трансформатор Тесла. Принцип роботи вам тепер повністю зрозумілий, проте все ще залишаються деякі деталі, які можуть вас зацікавити.

Заряд для трансформатора

Як ви вже могли помітити, якщо ви плануєте створити потужний трансформатор Тесла, то для цього буде потрібно врахувати абсолютно всі деталі, так як будь-які відхилення від норми будуть приводити до того, що вихідна напруга буде недостатньо високим, через що ефект буде менш вражаючим. І особливу увагу необхідно приділити стартовому заряду, тобто підбору джерела живлення. Саме в даному випадку потрібно підібрати правильний конденсатор, щоб вихідна напруга було ідеальним, а конденсатор себе не «закорочував». Існує навіть трансформатор Тесла з самозапіткой, так що різноманітності конструкцій немає меж. Так що вам варто пам'ятати, що в даному випадку розглядається найпростіша конструкція котушки Тесла.

генерація

Ну і останнє, на що варто поглянути більш детально - це безпосередньо сам процес генерації високочастотного струму. Отже, харчування трансформатора Тесла відбувається за рахунок обраного джерела живлення, який передає заряд в конденсатор, де він накопичується до того моменту, як відбувається пробій, в результаті якого конденсатор через розрядник розряджається на первинну котушку. Так як напруга розрядника різко знижується, ланцюг замикається, і, як вже було сказано вище, джерело живлення виключається з ланцюга. В цей час на первинній котушці виникають високочастотні коливання, які потім передаються на вторинну котушку, через що коливання стають резонансними, і на терміналі виникає струм високої напруги. Ось так працює найпростіший трансформатор Тесла, проте існує велика кількість найрізноманітніших його модифікацій.

модифікації

Для початку вам варто дізнатися про те, що класичний варіант котушки Тесла, який був описаний вище, позначається наступним чином - SGTC. Останні дві букви розшифровуються як Tesla Coil, що перекладається безпосередньо як «котушка Тесла». Ці дві букви будуть присутні в кожному з скорочень, а змінюються лише перші дві. В даному випадку SG позначає Spark Gap, тобто ця котушка Тесла працює на искровом проміжку, створюваному разрядником. Однак далеко не завжди справи йдуть саме так, тому необхідно розглянути різні варіанти, такі як трансформатор Тесла на транзисторах або на напівпровідниках. Перша модифікація, на яку можна звернути увагу - це RSGTC, тобто котушка, яка працює на роторному искровом проміжку. В даному випадку для живлення використовується електродвигун, що обертає диск з електродами. Є також VTTC, яка відома як лампова котушка Тесла, що працює за рахунок електронних ламп. Цей варіант не вимагає високої напруги, а також відрізняється тишею роботи. Наступний варіант - це SSTC, тобто котушка Тесла, яка працює за рахунок генератора, заснованого на напівпровідниках. Ця модифікація є однією з найцікавіших в плані ефектності, так як за допомогою силових ключів ви можете змінювати форму розряду. Модифікацією цієї версії котушки Тесла є DRSSTC. В даному випадку використовується подвійний резонанс, що дає набагато більш значні розміри розряду. Окремо варто поглянути на QCW DRSSTC - ця котушка Тесла характеризується «плавної накачуванням», тобто плавним, а не різким наростанням всіх параметрів. У кожному з цих випадків розрахунок трансформатора Тесла буде відрізнятися, точно так же, як і його конструкцій і, відповідно, його схема.

Використання котушки Тесла

Але як же може бути використана енергія трансформатора Тесла? Це питання задає собі кожна людина, яка вперше бачить роботу цього пристрою. Власне кажучи, милування неймовірними розрядами, які мають величезні розміри і виглядають дуже вражаюче, і є одним з найголовніших і популярних способів використання. Цей трансформатор дозволяє влаштувати справжнє шоу, яке здатне зачарувати будь-якої людини, адже це не магія, а чистісінька наука. Так що сміливо можна сказати, що одна з головних ролей трансформатора Тесла є декорація і розвага. Однак виявляється, що існують і інші способи використання цієї технології. Наприклад, спочатку котушки Тесла використовувалися для радіоуправління, бездротової передачі даних і для передачі енергії. Природно, з часом з'являлися більш ефективні способи виконання кожної з цих функцій, тому поступово використання котушки Тесла ставало все менше і менше актуальним. Також варто відзначити, що її використовували в медицині. Справа в тому, що високочастотний розряд, коли його пропускали по шкірі, не чинив негативного впливу на внутрішні органи людини, але при цьому тонізував шкіру людини. У сучасному світі котушка Тесла вже фактично не використовується з практичної точки зору через труднощі підтримки постійної її роботи. Іноді вона використовується для підпалу газорозрядних ламп або ж в вакуумних системах, де трансформатор допомагає знайти течі. Таким чином, застосування трансформатора Тесла в сучасному світі все ж в більшості випадків є декоративним, розважальним і пізнавальним.

ефекти

Ви вже уявляєте собі пристрій трансформатора Тесла, тому на цю тему немає сенсу говорити щось ще. Однак це не означає, що сама по собі тема котушки Тесла вичерпала себе. Наприклад, можна поглянути на те, які саме розряди створюються в результаті її діяльності. Виявляється, вони не є випадковими: всього виділяють чотири основних види. По-перше, ви можете побачити стримери, які представляють собою тьмяні розгалужені канали, які йдуть від терміналу в повітря. По суті, вони являють собою візуалізацію іонізації повітря. По-друге, ви можете помітити Спаркі - це іскрові розряди, які йдуть з терміналу прямо в землю. Відрізнити їх можна за рахунок того, що вони дуже сильно виділяються зовні - це пучок яскравих іскрових каналів. По-третє, існує коронний розряд - так називається світіння іонів безпосередньо в полі високої напруги. Ну і, нарешті, є ще і дугового розряд, який виникає, якщо до трансформатора піднести будь-якої заземлений предмет. Цей прийом використовують багато, коли котушка Тесла застосовується для розважальних заходів.

Вплив на здоров'я

Вище було зазначено, що після винаходу котушки Тесла її використовували в медичних цілях, однак багато джерел повідомляють, що трансформатор Тесла є смертельно небезпечним. Хто ж правий, а хто обманює? У більшості випадків висока напруга є для людини смертельним, так як воно веде до утворення опіків, а також до зупинки серця. Однак деякі типи трансформаторів Тесла мають так званим скін-ефектом, який дозволяє електрики впливати лише на поверхню предмета, а в даному випадку - на шкіру людини. Як вже було сказано вище, це тонізує шкіру і омолоджує її. Знову ж, медичних підтверджень цього факту немає, проте про це дуже багато писали в свій час.

Котушка Тесла як частина культури

Навіть якщо ви не захоплюєтеся наукою, все одно, найімовірніше, вже бачили котушку Тесла, так як вона використовується в найрізноманітніших сферах розваг. В першу чергу її можна побачити в багатьох фільмах, які виходили на екрани кінотеатрів в самі різні роки. Одним з найвідоміших фільмів, в яких дуже важливу роль відіграв трансформатор Тесла, стала екранізація однойменного роману «Престиж». Також дуже часто котушку Тесла можна зустріти в комп'ютерних іграх, де вона найчастіше виступає в ролі потужного зброї. Більш того, ви можете зустріти трансформатори Тесла навіть в музичному мистецтві. Виявляється, ви можете змінювати звучання електричного розряду, збільшуючи і зменшуючи частоту струму. І деякі виконавці та музичні групи використовують це, щоб записувати музику. А той, хто не хоче все ускладнювати, вдається до допомоги котушки Тесла, щоб створити реалістичні звуки розрядів блискавок, як це зробила, наприклад, відома співачка Бьорк. Таким чином, в сучасному світі трансформатори Тесла використовуються дуже широко, проте не можна сказати, що вони застосовуються за призначенням. Свого часу в якості функціонального пристрою котушка Тесла вже віджила, і вона, по суті, повинна була канути в Лету, як і більшість старих пристроїв. Однак завдяки візуальних ефектів, які вона створює, котушка Тесла змогла дожити до сьогоднішнього дня, і її продовжують використовувати постійно, нехай і в якості предмета розваги. Варто також відзначити, що вона використовується і в навчальних цілях, так як саме на ній можна наочно продемонструвати початківцям фізикам, як виглядає електричний розряд, як він себе веде і так далі. Простіше кажучи, трансформатор Тесла - це пристрій, яке проіснувало сто років і не втратило своєї актуальності навіть в двадцять першому столітті, який всім відомий своїм неймовірним прогресом в області високих технологій.

джерело