The Teslova cívka Jedná se o vinutí, které funguje jako vysokonapěťový a vysokofrekvenční generátor. Vynalezl ho fyzik Nikola Tesla (1856 - 1943), který si jej nechal patentovat v roce 1891.
Magnetická indukce přiměla Teslu přemýšlet o možnosti přenosu elektrické energie bez zásahu vodičů. Myšlenkou vědce a vynálezce bylo proto vytvořit zařízení, které by sloužilo k přenosu elektřiny bez použití kabelů. Použití tohoto stroje je však velmi neefektivní, takže byl pro tento účel krátce poté opuštěn..
I přesto lze Teslovy cívky stále nalézt u některých konkrétních aplikací, například v pylonech nebo ve fyzikálních experimentech..
Rejstřík článků
Cívku vytvořil Tesla krátce poté, co vyšly najevo Hertzovy experimenty. Sám Tesla to nazval „aparátem pro přenos elektrické energie“. Tesla chtěl dokázat, že elektřina může být přenášena bezdrátově.
Ve své laboratoři v Colorado Springs měl Tesla k dispozici obrovskou 16metrovou cívku připojenou k anténě. Zařízení bylo používáno k provádění experimentů přenosu energie.
Při jedné příležitosti došlo k nehodě způsobené touto cívkou, při níž byla spálena dynama ze závodu vzdáleného 10 kilometrů. V důsledku poruchy se kolem vinutí dynama vytvářely elektrické oblouky.
Nic z toho neodradilo Teslu, který pokračoval v experimentování s mnoha designy cívek, které dnes nesou jeho jméno..
Slavná Teslova cívka je jedním z mnoha návrhů, které Nikola Tesla vytvořil za účelem přenosu elektřiny bez kabelů. Původní verze byly velké a používaly zdroje vysokého napětí a vysokého proudu..
Dnes přirozeně existují mnohem menší, kompaktnější a domácí návrhy, které si popíšeme a vysvětlíme v následující části..
Design vycházející z původních verzí cívky Tesla je ten, který je znázorněn na obrázku výše. Elektrické schéma na předchozím obrázku lze rozdělit do tří částí.
Zdroj se skládá z generátoru střídavého proudu a transformátoru s vysokým ziskem. Výstup zdroje je obvykle mezi 10 000 V a 30 000 V.
Skládá se ze spínače S známého jako „Spark Gap“ nebo „Explosor“, který uzavírá obvod, když mezi jeho konci přeskočí jiskra. LC obvod 1 má také kondenzátor C1 a cívku L1 zapojenou do série..
LC obvod 2 se skládá z cívky L2, která má poměr otáček přibližně 100: 1 vzhledem k cívce L1 a kondenzátoru C2. Kondenzátor C2 se připojuje k cívce L2 přes zem.
Cívka L2 je obvykle drát navinutý izolačním smaltem na trubici z nevodivého materiálu, jako je keramika, sklo nebo plast. Cívka L1, i když to není na obrázku znázorněno, je navinuta na cívku L2.
Kondenzátor C2, stejně jako všechny kondenzátory, se skládá ze dvou kovových desek. V Teslových cívkách má jedna z desek C2 obvykle tvar sférické nebo toroidní kopule a je zapojena do série s cívkou L2..
Druhá deska C2 je blízké prostředí, například kovový podstavec zakončený koulí a připojený k zemi k uzavření obvodu s druhým koncem L2, rovněž připojeným k zemi.
Když je zapnuta Teslova cívka, vysokonapěťový zdroj nabíjí kondenzátor C1. Když dosáhne dostatečně vysokého napětí, provede jiskrový skok ve spínači S (jiskřiště nebo exploze) a uzavře rezonanční obvod I.
Poté kondenzátor C1 vybije cívkou L1 a vytvoří proměnné magnetické pole. Toto proměnné magnetické pole také prochází cívkou L2 a indukuje elektromotorickou sílu na cívku L2..
Protože L2 je o 100 otáček delší než L1, elektrické napětí na L2 je stokrát větší než napětí na L1. A protože v L1 je napětí řádově 10 tisíc voltů, pak v L2 bude 1 milion voltů.
Magnetická energie nahromaděná v L2 se přenáší jako elektrická energie na kondenzátor C2, který, když dosáhne maximálních hodnot napětí řádově milionu voltů, ionizuje vzduch, produkuje jiskru a je náhle vybíjen zemí. Výboje se vyskytují 100 až 150krát za sekundu.
Obvod LC1 se nazývá rezonanční, protože akumulovaná energie v kondenzátoru C1 přechází na cívku L1 a naopak; to znamená, že dojde k oscilaci.
Totéž se děje v rezonančním obvodu LC2, ve kterém je magnetická energie cívky L2 přenášena jako elektrická energie na kondenzátor C2 a naopak. To znamená, že v obvodu se vytváří střídavý proud.
Přirozená oscilační frekvence v LC obvodu je
Když se energie dodávaná do obvodů LC vyskytuje na stejné frekvenci jako přirozená frekvence kmitání obvodu, je přenos energie optimální a vytváří maximální zesílení proudu obvodu. Tento jev společný pro všechny oscilační systémy je známý jako rezonance.
Obvody LC1 a LC2 jsou magneticky spojeny, což se nazývá další jev vzájemná indukce.
Aby byl přenos energie z obvodu LC1 do LC2 a naopak optimální, musí se frekvence přirozené oscilace obou obvodů shodovat a měly by také odpovídat frekvenci zdroje vysokého napětí.
Toho je dosaženo úpravou hodnot kapacity a indukčnosti v obou obvodech tak, aby se frekvence oscilace shodovaly se zdrojovou frekvencí:
Pokud k tomu dojde, energie ze zdroje se efektivně přenáší do obvodu LC1 a z LC1 do LC2. V každém cyklu oscilace se zvyšuje elektrická a magnetická energie nahromaděná v každém obvodu..
Když je elektrické napětí na C2 dostatečně vysoké, pak se energie uvolní ve formě blesku vybitím C2 na zem..
Původní myšlenkou Tesly při jeho experimentech s těmito cívkami bylo vždy najít způsob, jak přenášet elektrickou energii na velké vzdálenosti bez zapojení..
Nízká účinnost této metody způsobená ztrátami energie disperzí v prostředí však vedla k tomu, že bylo nutné hledat jiné způsoby přenosu elektrické energie. Dnes se elektroinstalace stále používá.
V dnešních kabelových přenosových systémech však stále existuje mnoho originálních nápadů Nikoly Tesly. Například Tesla transformátory v elektrických rozvodnách pro přenos po kabelech s menšími ztrátami a transformátory pro domácí distribuci navrhla Tesla.
Přestože cívky Tesla nemají rozsáhlé použití, jsou i nadále užitečné ve vysokonapěťovém elektrickém průmyslu pro testování izolačních systémů, věží a dalších elektrických zařízení, která musí bezpečně fungovat. Používají se také v různých představeních ke generování blesků a jisker, stejně jako v některých fyzikálních experimentech..
Při experimentech s vysokým napětím s velkými cívkami Tesla je důležité přijmout bezpečnostní opatření. Příkladem je použití Faradayových klecí pro ochranu pozorovatelů a obleky z kovových pletiv pro umělce, kteří se účastní show s těmito navijáky..
V této miniaturní verzi Teslovy cívky nebude použit žádný vysokonapěťový střídavý zdroj. Naopak, zdrojem energie bude 9 V baterie, jak je znázorněno na obrázku 3.
Druhým rozdílem oproti původní verzi Tesly je použití tranzistoru. V našem případě to bude 2222A, což je NPN tranzistor s nízkým signálem, ale s rychlou odezvou nebo vysokou frekvencí..
Obvod má také spínač S, primární cívku L1 o 3 otáčky a sekundární cívku L2 o minimálně 275 otáčkách, ale může být také mezi 300 a 400 otáčkami.
Primární cívka může být postavena ze společného drátu s plastovou izolací, ale sekundární vyžaduje tenký drát pokrytý izolačním lakem, který se obvykle používá ve vinutích. Navíjení lze provést na kartonové nebo plastové trubce o průměru 3 až 4 cm.
Je třeba si uvědomit, že v době Nikoly Tesly nebyly žádné tranzistory. V tomto případě nahradí tranzistor „jiskřiště“ nebo „výbušninu“ původní verze. Tranzistor bude použit jako brána, která umožňuje nebo neumožňuje průchod proudu. Za tímto účelem je tranzistor polarizován takto: kolektor C na kladný terminál a emitor a na záporný pól baterie.
Když základna b má pozitivní polarizaci, poté umožňuje průchod proudu z kolektoru do emitoru a jinak mu brání.
V našem schématu je základna připojena ke kladnému pólu baterie, ale je vložen odpor 22 kiloohmů, aby se omezil nadměrný proud, který může spálit tranzistor.
Obvod také zobrazuje LED diodu, která může být červená. Jeho funkce bude vysvětlena později..
Na volný konec sekundární cívky L2 je umístěna malá kovová koule, kterou lze vyrobit zakrytím polystyrénové koule nebo pinpongové koule hliníkovou fólií..
Tato koule je deskou kondenzátoru C, druhou deskou je prostředí. Tomu se říká parazitická kapacita.
Když je spínač S sepnutý, základna tranzistoru je pozitivně předpjatá a horní konec primární cívky je také pozitivně předpjatý. Takže se náhle objeví proud, který prochází primární cívkou, pokračuje sběratelem, odchází emitorem a vrací se zpět do zásobníku..
Tento proud roste z nuly na maximální hodnotu ve velmi krátkém čase, a proto indukuje elektromotorickou sílu v sekundární cívce. Tím se vytvoří proud, který jde ze spodní části cívky L2 do základny tranzistoru. Tento proud náhle zastaví pozitivní polarizaci základny, takže se zastaví tok proudu přes primární..
V některých verzích je LED dioda odstraněna a obvod funguje. Jeho umístění však zlepšuje účinnost při snižování předpětí základny tranzistoru..
Během cyklu rychlého růstu proudu v primárním obvodu byla indukována elektromotorická síla v sekundární cívce. Protože poměr závitů mezi primárním a sekundárním je 3 až 275, volný konec cívky L2 má napětí 825 V vzhledem k zemi.
Vzhledem k výše uvedenému se ve sféře kondenzátoru C vytváří intenzivní elektrické pole schopné ionizovat plyn za nízkého tlaku neonové trubice nebo zářivky, která se blíží ke kouli C, a urychlovat volné elektrony uvnitř trubice. vzrušit atomy, které produkují světelnou emisi.
Protože proud náhle přestal skrz cívku L1 a cívku L2 vypouštěnou vzduchem obklopujícím C směrem k zemi, cyklus se restartuje.
Důležitým bodem v tomto typu obvodu je, že vše se děje ve velmi krátkém čase, takže máte vysokofrekvenční oscilátor. V tomto typu obvodu je svižný nebo rychlý kmit produkovaný tranzistorem důležitější než rezonanční jev popsaný v předchozí části a odkazující na původní verzi Teslovy cívky..
Jakmile je mini cívka Tesla postavena, je možné s ní experimentovat. Je zřejmé, že blesky a jiskry původních verzí nebudou vyráběny.
S pomocí zářivky nebo neonové trubice však můžeme pozorovat, jak kombinovaný účinek intenzivního elektrického pole generovaného v kondenzátoru na konci cívky a vysoká frekvence kmitání tohoto pole způsobují, že lampa se blíží ke kondenzátorové kouli.
Silné elektrické pole ionizuje nízkotlaký plyn uvnitř trubice a ponechává v elektronu volné elektrony. Vysoká frekvence obvodu tedy způsobuje, že volné elektrony uvnitř fluorescenční trubice zrychlují a vzrušují fluorescenční prášek ulpívající na vnitřní stěně trubice, což způsobuje, že vyzařuje světlo..
Světelnou LED lze také přiblížit ke kouli C a sledovat, jak se rozsvítí, i když nejsou připojeny kolíky LED..
Zatím žádné komentáře