Тесла катушка кто создал

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 20.09.2024

Наверняка вы хотя бы раз краем уха слышали, что существует такая вещь, как ”катушка Теслы”. Кто-то просто не понимает, что это такое, другие думают, что это как-то связано с автомобилями Илона Маска, а третьи предполагают, что это что-то из книги о кройке и шитье. И лишь немногие по-настоящему знают, что это такое, и то, что это изобретение позапрошлого века может перевернуть весь мир энергетики, но до сих пор этого не сделало. Поговаривают, что именно это изобретение гениального Николы Теслы стало причиной ”падения Тунгусского метеорита”. Впрочем, я бы не спешил говорить о том, что катастрофа того времени была рукотворной. Сейчас катушка Теслы известна вам по красочным шоу, которые устраивают в кружках любителей физики. Помните? Там, где молнии бьют между клетками с людьми. Все это поверхностно, но что на самом деле представляет из себя катушка Теслы? Это гениальное изобретение или сплошная ”пыль в глаза”?

Катушка Теслы интереснее, чем может показаться на первый взгляд.

Что такое катушка Теслы

Сразу скажу, что в описании этого относительно простого прибора есть несколько довольно сложных для неподготовленного человека слов. Они относятся к электрике, и большинство даже если слышало их, то не сразу поймет, что они означают. Поэтому я дам два описания. Одно из них будет обычным, с небольшим уклоном в техническую сторону, в а второе, что называется, на пальцах.

10 доказательств того, что Никола Тесла был богом науки.

Итак, если говорить по науке, то катушка Теслы (или трансформатор Теслы) — это устройство, изобретенное Николой Теслой. Поэтому логично, что ему дали его имя. Более того, на него даже есть патент на имя великого физика. Он выдан 22 сентября 1896 года. В патенте изобретение называется ”Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала”. На самом деле из этой заявки все должно быть понятно. Это прибор, который является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты.

Гениальный изобретатель не просто придумал катушку своего имени, но и запатентовал ее.

В основе работы приборы лежат резонансные стоячие электромагнитные волны. Сейчас поймете, как это!

У прибора есть две проводниковые катушки — первичная и вторичная. В первичной обмотке как правило небольшое количество витков. Вместе с ней идут конденсатор и искровой промежуток. Эта часть прибора обязательно должна быть заземлена.

Вторичная обмотка — это прямая катушка провода. Когда частоты колебания колебательного контура первичной обмотки совпадают с собственными колебаниями стоячих волн вторичной обмотки возникает резонанс и стоячая электромагнитная волна. В итоге между концами катушки появляется высокое переменное напряжение.

Упрощенно катушка Теслы выглядит так.

На самом деле все довольно просто, если понимать принцип действия законов физики, на которых основана работа прибора, но вот, как и обещал, более простое объяснение.

Катушка Теслы простыми словами

Представьте себе маятник с тяжелым грузом. Если вводить его в движение, толкая в какой-то определенный момент в одной точке, то амплитуда будет расти по мере увеличения усилия. Но если найти точку, в которой движение будет входить в резонанс, то амплитуда будет расти многократно. В случае с маятником она ограничена параметрами подвеса, но если мы говорим о напряжении, то расти оно может чуть ли не бесконечно. В обычных условиях наблюдается рост напряжения в десятки и даже сотни раз, достигая миллионов вольт даже в далеко не самых мощных приборах.

На Марсе есть электричество, но откуда оно берется?

Пример простого объяснения знаком нам всем с детства. Помните, когда мы раскачивали кого-то на качелях? Так вот, мы же толкали качели в той точке, в которой они максимально быстро разгонялись вниз. Это и есть грубое, но в целом верное объяснение резонанса, который используется в катушке Теслы.

Резонанс может делать великие вещи. В том числе и с электричеством.

В качестве основных элементов сам Никола Тесла использовал конденсатор, который подключался к источнику питания. Именно он и питал первичную обмотку, от которой возникал резонанс во вторичной. Важно было только правильно подобрать частоту тока ”на входе” и материал для вторичной обмотки. Если они не будут соответствовать друг другу, то роста напряжения не будет вовсе или он будет крайне незначительным.

Для чего нужна катушка Теслы

К визуальным эффектам мы еще вернемся, так как они являются только иллюстрацией работы прибора, а изначально он создавался для того, чтобы передавать электрическую энергию на расстояние без проводов. Именно этим и занимался один из самых загадочных ученых в истории.

Из-за чего бьет молния и как она появляется

Это не является секретной информацией и встречается в различных документах того времени. Суть в том, что если установить в нескольких километрах друг от друга достаточно мощные катушки Теслы, они смогут передавать энергию и решать многие проблемы, а увеличение напряжения и частоты почти из ничего может позволить решить многие энергетические проблемы.

Потенциально катушка Теслы может передавать энергию на большие расстояния.

Учитывая некоторые свойства прибора, он может даже опровергать ряд доказательств того, что создание вечного двигателя невозможно. Я уже рассказывал, как и кто пытался его создать, но в некотором роде именно катушка Теслы при определенных условиях могла бы стать одним из его компонентов.

Почему никто не развивает катушку Теслы

Сказать, что кто-то всерьез занимается вопросом развития технологии, нельзя. Может быть она не так привлекательна в промышленном применении, а может быть она нужна только военным. Точного ответа на этот вопрос нет, но именно военные много работают в этом направлении.

Все просто! Если как следует ”раскочегарить” катушку Теслы, она может спалить всю электронику на очень большом расстоянии. Даже простейшие макеты, которые делаются в домашних условиях, могут вывести из строя домашние бытовые приборы, что уже говорит о действительно мощных установках.

Причин, по которым катушки Тесла развиваются недостаточно эффективно много — от недостаточно востребованности до секретности и опасности.

Реальное применение катушки Теслы находят только в шоу, которые основаны на электрических спецэффектах. Считается, что их использование безопасно для человека, но при этом оно позволяет создавать красочные фиолетовые молнии, которые можно видеть буквально перед собой. Это очень эффектно и заставляет многих детей увлечься наукой.

Где применяются катушки Теслы

Сами катушки или их действие применяется в некоторых сферах жизни. Кроме комнат, описанных выше, созданные молнии высокого напряжения могут применяться в красочных лампах, которые можно трогать рукой, и разряд будет стремиться к ней.

Интересные и малоизвестные факты о молниях

Созданные молнии могут показать, где есть повреждение вакуумной системы — они всегда стремятся к месту нарушения герметичности. Эффект находит место даже в косметологии. Дело в том, что параметры тока в катушке Теслы относительно безопасны для человека и лишь ходят по поверхности кожи, слега ”пробирая” ее изнутри. Приборы, основанные на таком эффекте, позволяют стимулировать и тонизировать кожу, решая некоторые проблемы с венами, морщинами и другими неприятными изменениями. Но пользоваться такими приборами должен профессионал, так как полностью безопасными назвать их нельзя.

Катушки Теслы применяются даже в косметологии.

Тесла и Тунгусский метеорит

Про Тунгусский метеорит сказано более чем много, и я сейчас не буду подробно пересказывать историю этого происшествия. Скажу только, что не все верят в метеорит, природное явление, крушение инопланетного корабля, столкновение с Землей миниатюрной черной дыры (есть и такая версия) или испытание какого-то оружия. Многие уверены, что катастрофа была связана именно с попыткой Николы Теслы передать энергию на большое расстояние.

Лично я к этой версии отношусь довольно скептически, но если ученый смог создать прибор, который мог сотворить такое, то только представьте, какой потенциал имели созданные им технологии, которые мы сейчас используем для развлечения.

Катушка Теслы несет в себе не только красоту, но и опасность.

Прямых доказательств или явных опровержений виновности Николы Теслы во взрыве в Сибири нет. Поэтому оставим версию конспирологами или простым людям для развития фантазии.

Как сделать катушку Теслы

На самом деле было несколько некорректно расписывать, как сделать такой прибор дома самостоятельно, так как он может быть очень опасен как для людей, так и для домашней техники. Достаточно просто знать, что это возможно и на YouTube полно роликов о том, как приобщиться к этому явлению.

Добавлю только, что для создания миниатюрной катушки достаточно обзавестись несколькими вещами, которые можно найти в гараже более-менее запасливого ”самоделкина”.

Сделанная в домашних условиях катушка Теслы может даже зажигать лампочки рядом с ней.

По сути вам понадобится только источник питания, небольшой конденсатор, маленькая катушка проводника для первичной обмотки, пара сотен метров тонкой медной эмалированной проволоки для вторичной обмотки, диэлектрическая труба для ее намотки и все.

Если вы решили сделать что-то подобное, то в каждом ролике более точно расскажут, что нужно для эксперимента. Но помните, что без специальной подготовки это может быть смертельно опасно.

Ровно 163 года назад в этот день родился Никола Тесла. Едва ли на этой планете есть человек, который о нем не слышал. Именем Николы Теслы называют компании, его изобретения считали великими, его тайны пытаются разгадать и сегодня. Многие видят в нем ужасного визионера, который создавал секретное оружие и покорял неизвестные силы природы. Кем на самом деле был Тесла? В чем был его секрет? Ответ вам очень понравится.

Изобретения: чем известен Никола Тесла?

Никола Тесла появился на свет 10 июля 1856 года в маленьком селе Смилян, в Сербии, которая тогда была частью Австро-Венгерской империи. Его отец, Милутин Тесла, был православным священником. Мать, Георгина Тесла, также происходила из семьи священнослужителя.

В жизни Тесла сильно не везло. Изучив электротехнику в ранней молодости, он пристрастился к азартным играм и влез в крупные долги. Деньги пришлось отдавать матери — с тех пор Тесла не играл. Его постоянно не устраивали учебные заведения, в которых он начинал работать преподавателем. Ему хотелось применить свои знания на практике, поэтому он пытался внедрять нововведения во всех компаниях, в которые попадал. Увы, его работу никогда не оценивали по заслугам. Проработав несколько лет в Париже, в Континентальной компании Эдисона, Тесла не получил премии за свою работу. Но желание работать с электричеством не оставляло Николе никаких вариантов, кроме как работы на Томаса Эдисона — того самого первого изобретателя обычной лампы накаливания.

В 1885 году Эдисон предложил Тесле усовершенствовать электрические машины постоянного тока и пообещал заплатить 50 000 долларов. В ответ гениальный изобретатель разработал 24 варианта технических улучшений. Эдисон отказал в премии, сказав, что пошутил. Тесла, ожидаемо, уволился.

Важные изобретения Теслы: список

Загадочные эксперименты Николы Теслы

Но этого было мало.

В чем был секрет Тесла?

Большая катушка Теслы

Настоящий секрет Тесла заключался в нем самом, в его причудливом характере и привычках. Он на самом деле мог показаться очень странным, насколько странным может быть инженер-электротехник, призывающий раскаты грома и пытающийся связаться с инопланетянами.

Например, Теслу охватывал непонятный восторг, когда он смотрел на жемчуг или жемчужные серьги. Словно перламутровые переливы пробуждали нечто внеземное в нем самом. А вот запах камфоры причинял ему практически ощутимую боль.

По воспоминаниям современников, Тесла совершенно не мог работать в коллективе. Зато профессионально играл в бильярд.

Тесла спал по четыре часа в день. Из них два часа уходили на размышления или дремоту. Питался он исключительно в одиночку, потому что если гений не рассчитывал объем тарелок, чашек и кусков пищи — еда не приносила ему удовольствия.

В 1921 году Никола Тесла предложил техническую помощь советской власти. Интересно, какие знания он смог бы передать? Какие любопытные изобретения предложил бы? Сочетание удивительных навыков и изобретений Тесла наводят на мысли об удивительных башнях, стреляющих молниями и мгновенной связи на большом расстоянии.

Теслу сравнивают с Леонардо да Винчи — легендарным изобретателем Ренессанса. Почитайте про 10 изобретений, которыми прославился Леонардо да Винчи.

Содержание

Описание конструкции

Первичная катушка построена из 5—30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис, явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияет на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения (50 или 60 Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения!

Модификации

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника. Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap , можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.

Использование трансформатора Теслы

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

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 Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам (см. Скин-эффект), оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние. [1] Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния. [2]

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

↑ Однако необходимо знать, какие напряжения и диапазоны частот безвредны для организма
↑ Появление злокачественных опухолей (рака)

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

Streamer

Спарк (от англ.Spark ) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд. — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности. — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Трансформатор Теслы в культуре

В игре Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию. Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно "заряжать" башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

Содержание

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных, резонансных колебаний, то при усилиях равных с принудительными колебаниями, максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы - в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия - генератор. Их согласованность ("подталкивание" строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).

Описание простейшей конструкции

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

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.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Функционирование

Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник включенный параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определенные потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме трансформатора Тесла разрядник всегда ставится параллельно источнику питания.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса равной ВВ контуру. Однако емкость будет отличаться от расчетной т.к. часть энергии тратится на "накачку" второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2-20 киловольт. Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он не должен сильно "закорачивать" конденсатор на котором напряжение постоянно меняет знак - Колебательный контур

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, и продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Модификации трансформаторов Тесла

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.

На данный момент существуют:

SGTC (Spark Gap Tesla Coil) - классическая катушка Тесла - генератор колебаний выполнен на искровом промежутке (разряднике).

Для мощных трансформаторов Тесла наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.
Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap , можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В этом случае часто работы промежутка целесообразно выбирать синхроннно частоте подзарядки конденсатора и схема в этом случае ближе к картинке, а не тому как она здесь описана. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) - почти то же что и SGTC, только здесь отсутствует разрядник, а для накачки первичного контура используется генератор на полупроводниковых ключах - IGBT транзисторах или тиристорах. Более продвинутый вариант КТ.

VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) (рус. ЛКТ) - ламповая катушка Тесла. В ней в качестве генератора ВЧ колебаний используются электронные лампы. Обычно это мощные генераторные лампы, такие как ГУ-81, однако встречаются и маломощные конструкции. Одна из особенностей - отсутствие необходимости в высоком напряжении. Для получения сравнительно небольших разрядов достаточно 300-600 Вольт. Также VTTC практически не издает шума, появляющегося при работе катушки Тесла на искровом промежутке.

SSTC (Solid State Tesla Coil) - генератор выполнен на полупроводниках. Самая сложная из всех конструкций. Она включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFET транзисторы). Однако данный вид катушек Тесла является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промодулировать звуковым сигналом, например музыкой - звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудиомодуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам можно отнести те же низкое питающее напряжение и отсутствие шума при работе.

В аббревиатурах названий катушек Тесла, питаемых постоянным током, часто присутствуют буквы DC, например DCSGTC.

Содержание

Описание конструкции

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияют на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Заряд

Генерация

Модификации

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap , можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как IGBT транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.

Использование трансформатора Теслы

Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния. Так же он использовался как орудие пыток. Мощные разряды высокой частоты почти всегда приводили к смерти.

Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Streamer

Спарк (от англ.Spark ) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд. — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности. — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Трансформатор Теслы в культуре

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Теслы для защиты своих баз.

В игре Fallout присутствует броня Теслы, также она есть и в игре Arcanum

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

Сравнительные особенности

Напряжение на выходе данного трансформатора является переменным, а ток чрезвычайно мал. Это приводит к тому, что, несмотря на потенциал в миллионы вольт, прикосновение и разряд в тело человека может быть безопасным. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — "всего" порядка 25 кВ — являются смертельно опасными. Их выходные выпрямительные ёмкости могут дать при прикосновении импульс тока величины, несовместимой с жизнью. В люстре Чижевского должны быть предусмотрены токоограничительные резисторы. Но в телевизоре их установить невозможно.

Читайте также: