Teslan historia kela, miten se toimii, mihin se on

Se Tesla -kela Se on kapina, joka toimii korkeajännitteenä ja korkeataajuusgeneraattorina. Sen keksi fyysikko Nikola Tesla (1856 - 1943), joka patentoi sen vuonna 1891.

Magneettinen induktio sai Teslan ajattelemaan mahdollisuutta siirtää sähköä ilman kuljettajan interventiota. Siksi tiedemiehen ja keksijän ajatuksena oli luoda laite, joka ajoi sähköä käyttämättä kaapeleita. Tämän koneen käyttö on kuitenkin hyvin vähän tehokasta, joten se päätyi hylkäämään pian tätä tarkoitusta varten.

Kuvio 1. Esittely Tesla -kelalla. Lähde: Pixabay.

Silti Tesla -kelat löytyvät silti tietyistä sovelluksista, kuten korkeajännitetornista tai fysiikkakokeista.

[TOC]

Historia

Tesla loi kelan pian sen jälkeen, kun Hertzin kokeet tulivat esiin. Sama Tesla, nimeltään "Laite sähkön lähettämiseen". Tesla halusi todistaa, että sähkö voitaisiin välittää ilman langoja.

Colorado Springs -laboratoriossaan Teslalla oli käytettävissään valtava 16 -metrin kela, joka on kytketty antenniin. Laitetta käytettiin energiansiirtokokeiden suorittamiseen.

Kokeile Tesla -keloja.

Kerran tämä kela aiheutti onnettomuuden, jossa dynamot poltettiin keskustasta, joka sijaitsi 10 kilometrin päässä. Vian seurauksena Dinamos -ikkunoiden ympärille tuotettiin sähkökaareja.

Mikään niistä lannistuneista Teslasta, joka jatkoi yrittämistä lukuisilla kelakuvioilla, jotka tänään tunnetaan hänen nimensä kanssa.

Kuinka se toimii?

Kuuluisa Tesla -kela on yksi monista malleista, jotka Nikola Tesla teki sähkön lähettämiseksi ilman kaapeleita. Alkuperäiset versiot olivat suuria ja käytettyjä korkeajännitettä ja suuria virrat lähteitä.

Luonnollisesti tänään on paljon pienempiä, kompakteja ja kotitekoisia malleja, joita kuvaamme ja selitämme seuraavassa osassa.

Kuva 2. Perus Tesla -kelajärjestelmä. Lähde: Itse tehty.

Tesla -kelan alkuperäisiin versioihin perustuva malli on edellisessä kuvassa esitetty. Edellisen kuvan sähkökaavio voidaan jakaa kolmeen osaan.

Lähde (f)

Lähde koostuu vuorottelevasta virran generaattorista ja korkean vahvistuksen muuntajasta. Lähteen poistuminen on yleensä välillä 10000 V - 30000 V.

Ensimmäinen resonanssipiiri LC 1

Se koostuu S -kytkimestä, joka tunnetaan nimellä "Spark Gap" tai "Räjähdys", joka sulkee piirin, kun kipinä hyppää sen päiden välillä. LC 1 -piirissä on myös C1 -kondensaattori ja L1 -kela, joka on kytketty sarjaan.

Toinen resonanssipiiri LC 2

LC2 -piiri koostuu L2 -kelasta, jonka suhde on noin 100 - 1 kierrosta verrattuna L1 -kelaan ja C2 -kondensaattoriin. C2 -lauhduttimet yhdistyvät L2 -kelaan maan läpi.

L2 -kela on yleensä lanka liikkuva. L1 -kela, vaikka sitä ei näytetä kaaviossa, rullataan L2 -kelalle.

C2 -lauhdutin, kuten kaikki kondensaattorit, koostuu kahdesta metallilevystä. Teslan kelaissa yhdellä C2 -levyistä on yleensä pallomaisen tai toroidisen kupolin muoto ja se on kytketty sarjaan L2 -kelan kanssa.

Toinen C2 -levy on läheinen ympäristö, esimerkiksi metallikalusta, joka on viimeistelty palloon ja jauhetaan, jotta piiri suljetaan toisen L2 -pään kanssa, myös maadoitettuun maahan.

Se voi palvella sinua: Kompressiokoe: Kuinka se tehdään, ominaisuudet, esimerkit

Toimintamekanismi

Kun Tesla -kela otetaan käyttöön, korkeajännitekälki latautuu C1 -lauhduttimen. Kun se saavuttaa riittävän suuren jännite.

Sitten C1 -kondensaattori ladataan L1 -kelan kautta, joka tuottaa muuttuvan magneettikentän. Tämä muuttuva magneettikenttä ylittää myös L2 -kelan ja indusoi elektromotiivivoiman L2 -kelaan.

Koska L2: lla on noin 100 kierrosta enemmän kuin L1, L2: n sähköjännite on 100 kertaa suurempi kuin L1: ssä. Ja kuten L1: ssä, jännite on luokkaa 10 tuhatta volttia, niin L2: ssa se on miljoona volttia.

L2: ään kerätty magneettinen energia siirretään sähköiseksi tehoksi C2 -kondensaattorille, joka, kun se saavuttaa miljoonan voltin luokan maksimijivteen arvot, tuottaa kipinän ja purkautuu äkillisesti maan läpi. Lataukset tapahtuvat välillä 100–150 kertaa sekunnissa.

LC1 -piiriä kutsutaan resonanssiksi, koska lauhduttimen C1 kertynyt energia kulkee kela L1: lle ja päinvastoin; toisin sanoen värähtely tapahtuu.

Sama tapahtuu LC2 -resonanssipiirissä, jossa L2 -kelan magneettinen energia siirretään sähköiseksi C2 -kondensaattorille ja päinvastoin. Eli piirissä on edestakainen virra vuorotellen.

LC -piirin luonnollinen värähtelytaajuus on

Keskinäinen resonanssi ja induktio

Kun LC -piireihin syötetty energia tapahtuu samalla taajuudella kuin luonnollinen piirin värähtelytaajuus, energiansiirto on optimaalinen, mikä tuottaa maksimaalisen monistuksen piirivirrassa. Tämä kaikille värähteleville järjestelmille yhteinen ilmiö tunnetaan nimellä resonanssi.

LC1- ja LC2 -piirit on magneettisesti kytketty, toinen ilmiö, jota kutsutaan keskinäinen induktio.

Niin että LC1 -piirin energiansiirto LC2: een ja päinvastoin on optimaalinen, molempien piirien luonnollisten värähtelytaajuuksien on oltava samanaikaisesti ja niiden on myös osuttava korkeajännitteen lähteen taajuuden kanssa.

Tämä saavutetaan säätämällä kapasiteetin ja induktanssin arvoja molemmissa piireissä, värähtelytaajuudet vastaavat lähteen taajuutta:

Kun tämä tapahtuu, lähteen energia siirretään tehokkaasti LC1: een ja LC1: een LC2 -piiriin. Jokaisessa värähtelyjaksossa kertynyt sähköinen ja magneettinen energia jokaisessa piirissä kasvaa.

Kun sähköjännite C2: ssa on riittävän korkea, energia vapautuu säteiden muodossa C2: n purkamisen avulla maadoitukseen.

Tesla -kelan käyttö

Teslan alkuperäinen idea hänen kokeissa näiden kelojen kanssa oli aina löytää tapa siirtää sähköä suurella etäisyydellä ilman johdotusta.

Tämän menetelmän pieni tehokkuus ympäristön kautta tapahtuvista dispersioenergiahäviöistä teki kuitenkin tarpeen etsiä muita keinoja energian sähkövoiman siirtämiseksi. Tänään johdotus jatkuu.

Voi palvella sinua: Lenz Law: Formula, yhtälöt, sovellukset, esimerkitPlasmavalaisin, joka auttoi kehittämään Tesla -kokeen.

Monet Nikola Teslan ideoista on kuitenkin edelleen läsnä nykyisissä johdotusjärjestelmissä. Esimerkiksi sähköasemien jännitehissit lähetetään keinoin.

Huolimatta siitä, että Tesla -kelat eivät ole suuria -asteikkoja, ne ovat edelleen hyödyllisiä korkeajänniteteollisuudessa eristysjärjestelmien, tornien ja muiden sähkölaitteiden testaamiseksi, joiden on toimittava turvallisesti. Niitä käytetään myös erilaisissa näyttelyissä säteiden ja kipinöiden tuottamiseksi, samoin kuin joissakin fysiikan kokeissa.

Korkean jännitteen kokeissa, joissa on korkean ulottuvuuden Tesla -kelat, on tärkeää toteuttaa turvatoimenpiteet. Esimerkki on Faraday -häkkien käyttö tarkkailijoiden ja metalliverkkopukujen suojaamiseksi taiteilijoille, jotka osallistuvat näyttöön näiden kelojen kanssa.

Kuinka tehdä kotitekoinen Tesla -kela?

Komponentit

Tässä Tesla -kelan miniatyyriversiossa ei käytetä korkeajännitevaihtovirtaa. Päinvastoin, energialähde on 9 V: n akku, kuten kuvan 3 kaaviossa esitetään.

Kuva 3. Kaavio Tesla -minikelan rakentamiseksi. Lähde: Itse tehty.

Toinen ero Teslan alkuperäisen version kanssa on transistorin käyttö. Meidän tapauksessamme se on 2222a, joka on alhainen signaalin NPN -transistori, mutta nopea vaste tai korkea taajuus.

Piirissä on myös kytkin S, 3 -levyinen L1 -ensisijainen kela ja toissijainen L2 -kela, joka on vähintään 275 kierrosta, mutta se voi myös olla välillä 300 -400 kierrosta.

Ensisijainen kela voidaan rakentaa yhteisella kaapelilla, jossa on muovinen eristys, mutta lukio vaatii ohuen kaapelin, joka on peitetty eristävällä lakalla, joka on sellainen, jota yleensä käytetään embopinaateissa. Ohjelma voidaan tehdä pahvilla tai muoviputkella, jonka halkaisija on 3–4 cm.

Transistorin käyttö

On muistettava, että Nikola Teslan aikana ei ollut transistoreita. Tässä tapauksessa transistori korvaa alkuperäisen version "Spark Gap" tai "räjähdyksen". Transistoria käytetään porttina, joka sallii nykyisen kohdan tai ei. Tätä varten transistori polarisoituu seuraavasti: keräilijä c positiiviselle terminaalille ja liikkeeseenlaskijalle ja negatiiviseen akkuun.

Kun pohja b - Sillä on positiivinen polarisaatio, sitten se sallii kulun keräilijältä lähettäjälle, ja muuten se estää sitä.

Järjestelmässämme pohja yhdistyy akkupositiiviseen, mutta 22 -kilo -ohmin vastus on välissä, rajoittaaksesi transistorin polttavan virran ylimäärä.

Piiri näyttää myös LED -diodin, joka voi olla punainen. Sen toiminto selitetään myöhemmin.

Toissijaisen kelan L2: n vapaassa päässä asetetaan metalli -palleriitti, joka voidaan rakentaa peittämään polystyreenipallot tai nastapong -pallo, jossa on alumiinifolio.

Tämä sferiitti on kondensaattorin C plakki, toinen plakki on ympäristö. Tätä tiedetään loisen kapasiteetin nimellä.

Tesla mini -kelan toiminta

Kun S -kytkin on suljettu, transistoripohja on positiivisesti polarisoitu ja primaarikelan yläpää on myös positiivisesti polarisoitu. Joten ensisijaisen kelan läpi kulkeva virta jatkuu keräilijän läpi äkillisesti, menee lähettäjälle ja palaa pinoon.

Voi palvella sinua: Painovoiman kiihtyminen: Mikä se on, miten se mitataan ja harjoitukset

Tämä virta kasvaa nollasta maksimiarvoon hyvin lyhyessä ajassa, minkä vuoksi se indusoi elektromotiivivoiman toissijaisessa kelassa. Tämä tuottaa virran, joka menee L2 -kelan pohjasta transistorin pohjaan. Tämä virta lopettaa äkillisesti pohjan positiivisen polarisaation tapaan, jolla primaarinen virtavirta.

Joissakin versioissa LED -diodi poistetaan ja piiri toimii. Sen asettaminen parantaa kuitenkin transistoripohjan polarisaation leikkauksen tehokkuutta.

Mitä tapahtuu, kun virta kiertää?

Pääpiirin nopean virran kasvujakson aikana indusoitiin elektromotiivivoima sekundaarisessa kelassa. Koska primaarisen ja toissijaisen ampuma -suhde.

Edellä esitetyn vuoksi kondensaattorin C pallolla on voimakas sähkökenttä, joka pystyy ionisoimaan matalapainekaasua neonputkesta tai fluoresoiva lamppu, joka lähestyy palloa c ja kiihdyttävät vapaat elektronit putkeen, mikä herättää atomeja, jotka tuottavat atomeja, jotka tuottavat atomeja kevyt päästö.

Kun virta lakkasi äkillisesti L1 -kelan läpi ja L2 -kela purettiin C: n ympäröivän ilman läpi kohti maata, sykli käynnistettiin uudelleen.

Tämän tyyppisen piirin tärkeä kohta on, että kaikki tapahtuu hyvin lyhyessä ajassa, niin että korkeataajuinen oskillaattori on olemassa. Tämän tyyppisessä piirissä suicheo tai transistorin tuottama nopea värähtely on tärkeämpää kuin edellisessä osassa kuvattu resonanssiilmiö ja viitattu Tesla -kelan alkuperäiseen versioon.

Tesla -minikiereillä ehdotetut kokeet

Kun Tesla -minikela on rakennettu, se on mahdollista kokeilla. Alkuperäisten versioiden säteitä ja kipinöitä ei selvästikään tapahdu.

Kuitenkin fluoresoivan lampun tai neonputken avulla voimme havaita, kuinka kondensaattorilla syntyneen voimakkaan sähkökentän yhdistelmävaikutus kelan lopussa ja sen kentän korkealla värähtelytaajuudella, tee lamppu lamppu. Valaistus tuskin lähestyy lauhduttimen palloa.

Intensiivinen sähkökenttä ionisoi matalapainekaasua putken sisällä jättäen vapaat elektronit kaasun sisälle. Siten piirin korkea taajuus aiheuttaa fluoresoivan putken sisällä vapaat elektronit kiihtymään ja herättämään putken sisäseinämään kiinnitetty fluoresoiva jauhe, aiheuttaen sen pääsemisen valoa.

Voit myös lähestyä valaisevaa LED: tä C -palloon, tarkkailemalla kuinka se kytkee päälle, vaikka LED -nastat eivät ole kytkettynä.

Viitteet

1. Blake, t. Tesla -kelateoria. Toipunut: TB3.com.
2. Burnett, r. Tesla -kelan toiminta. Toipunut: Richieburnett.yhteistyö.Yhdistynyt kuningaskunta.
3. Tippens, P. 2011. Fysiikka: Käsitteet ja sovellukset. 7. painos. MacGraw Hill. 626-628.
4. Wisconsin-Madisonin yliopisto. Tesla -kela. Toipunut: ihmeitä.Fysiikka.WISC.Edu.
5. Wikiwand. Tesla -kela. Toipunut: Wikiwand.com.