Катушка тесла почему может не работать

Опубликовано: 04.05.2024

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.

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!

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.

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

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.

Среди разных идей, которые Никола Тесла принёс в мир, одной из самых амбициозных была идея освоения передачи электроэнергии без проводов - за тысячи километров от источника. Это решило бы множество проблем, которые портят жизнь человечеству и в наши дни. Ряд экспериментов в этой области привел талантливого инженера к созданию " катушки Тесла " - самого известного из его изобретений.

Первыми и, увы, последними применениями этой катушки на практике стали установки беспроводного телеграфа . Впечатляющие разряды электричества, похожие на маленькие молнии выглядят внушительно, но являются лишь зрелищным аттракционом. А может, они смогут нам пригодиться? Давайте разберёмся!

Как работает катушка Теслы

Катушка Теслы или резонансный трансформатор, использует преобразование переменного напряжения 220 Вольт в очень высоковольтное - до миллионов Вольт. В отличие от обычных трансформаторов, преобразующих напряжение плавно и равномерно, в катушке Тесла напряжение постоянно "срывается", порождая мощные выбросы энергии на выходном электроде.

С помощью подстройки части схемы достигается резонанс - явление, похожее на эффект раскачивания качелей: если в нужный момент подталкивать подвешенное сиденье, амплитуда его движений резко возрастает , так как каждая новая порция энергии полностью идёт на её рост.

Так же получается и здесь: энергия тока на входе, совпадающая по частоте и фазе с колебаниями на выходе резко подбрасывает их уровень, порождая, даже на простых самодельных схемах, выбросы напряжения до сотен тысяч Вольт.

А что насчёт передачи энергии?

Увы, дальнейшие эксперименты показали, что резонанс быстро пропадает при увеличении расстояния между катушками - искровой разряд, по сути, является элементом схемы и при растяжении портит КПД и устойчивость работы системы. Так что катушка Теслы это эффектное, но бесполезное изобретение.

Очень жаль, что её изобретатель - его достоинств мы никак не принижаем - стал намного популярнее нашего соотечественника Александра Осиповича Доливо-Добровольского , который не увлекался фантастическими проектами, а спокойно и планомерно доводил до ума трёхфазную систему напряжения , перевернувшую всю энергетику. Весь мир - от жителей Патагонии до обитателей Крайнего Севера используют это изобретение, но его создателя знают гораздо меньше, чем инженера, собравшего яркую игрушку.

Заключение

Собрать этот интересный аттракцион может каждый - инструкций в интернете более чем достаточно. Главное помнить, что электроника не любит соседства с катушкой Теслы - лучше всего проводить эти опыты на расстоянии не меньше 15 метров от компьютеров, смартфонов и других умных устройств.

Сегодняшний пост будет посвящен высокому напряжению. Ламповый трансформатор Тесла является самой тихой конструкцией из всех существующих вариантов. Тут, в качестве генератора высокочастотных колебаний используется мощный пентод ГК-71, благодаря которому можно получать красивые, достаточно длинные разряды в воздухе. В ходе данной работы рассмотрим основные элементы конструкции, узнаем секреты по настройки схемы и визуализируем сигнал с высоковольтной обмотки на экран советского осциллографа. Дальнейшая работа будет заключаться в компактном размещении всех элементов в одном корпусе. В общем всё как вы любите. Простота, надежность и небольшая стоимость делает данную катушку доступной каждому, кто захочет её собрать.

Прелесть ламповой катушки Тесла заключается в том, что одну часть деталей для неё можно достать из обычной микроволновки, а вторую из ближайшего магазина электрики. С пентодом может возникнуть проблема, вещь старая и давно не выпускается, но тот кто ищет — тот всегда найдет. В дальнейшем вы поймете, что его можно заменить на любую другую лампу похожей конструкции.

ГК-71 выбран из-за эстетической красоты и небольшой стоимости. Кто не обратил внимания, анод в этой вакуумированной пробирке полностью состоит из графита, хорошая реализация для рассеивания больших мощностей, по паспортным данным эта цифра составляет 250 Вт. Номинальное анодное напряжение составляет 1.5 киловольта. Максимальная частота 20 МГц.

Данный экземпляр был выпущен в 1981 году. Достался новым прямо из коробки. Непрерывное время работы по документам, составляет 1000 часов. Это примерно 42 дня. В год, на постоянно работающем устройстве, необходимо сменить 8 таких товарищей. По некоторым подсчётам, выпущенных в свое время Ламп ГК-71 хватит еще минимум лет на 200.

Накал — это та часть которая вдыхает жизнь в любую радиолампу. Напряжение для пентода ГК-71 составляет 20 вольт, но ток при этом должен быть не меньше 3.5 ампер.В общем накал жрет 70 Вт. На рынке за символическую сумму был приобретен отечественный трансформатор ТН54-220-50. При правильном подключении обмоток с него можно получить 85 Вт без каких-либо финансовых затрат.

Дальше идёт краткий перечень элементов, необходимых для сборки конструкции:
2 масляных конденсатора от той же микроволновки, напряжение 2.1 кВ, емкость 0.95 мкФ. Диодная сборка HYR-1x, её максимально допустимое напряжение 12 кВ, ток 500 мА, по паспорту способен выдержать импульсный ток до 30 ампер. Настоящий зверь в своем роде. Резисторы типа ПЭВ-на 10-20 Вт, можно использовать любые другие аналоги буржуйского производства.

Резонансный высокочастотный конденсатор типа КВИ-3, напряжение может варьироваться от 5 до 20 кВ, для настройки было закуплено несколько таких товарищей с разным номиналом ёмкости на борту. Для намотки индуктора был приобретен многожильный медный провод типа ПВС, сечение 1.5 квадрата. Длина порядка 16 метров. Катушка связи имеет другой цвет и длину 10 метров. Все провода взяты по длине с запасом.

Рубильники коммутирующие силовые части, взяли с допустимым током до 15 ампер, не спрашивайте зачем так много, запас карман не жмёт.

Теперь вторичная высоковольтная обмотка, она же «резонатор». Намотка этой детали требует много времени и терпения. Тут использован медный лакированный провод толщиной 0.2 мм, мотается виток к витку на ~~картонной~~ основе от пищевой пленки. Диаметр трубы 55 мм. Высота намотки получилась 35 см. Витки при этом не должны пересекаться и накладываться друг на друга.

После намоточных процедур результат следует покрыть слоем диэлектрика во избежание пробоя обмотки. Эпоксид наносится в два слоя для надёжности. В результате выйдет глянцевая, переливающаяся на свету труба, которая отнимет часть вашей драгоценной жизни. Второй дубликат катушки был намотан на пластиковой канализационной трубе диаметром 50 мм. ПВХ более надежный диэлектрик, в этом скоро убедимся. Каркас для индуктора был взят из того же картона только большего диаметра, примерно 80 мм.

Для проведения дальнейших работ, необходимо как можно компактней разместить трансформаторы, конденсаторы и прочую ерунду на какой-то крепкой основе. Листы ДСП давно валяются без дела, потому следует разметить их, и пустить в ход электролобзик, работа и звуки которого благородно влияют на жизнь ваших соседей, особенно это актуально по выходным дням.

Конструкция будет двухэтажная. Снизу разместятся трансформаторы с конденсаторами, а сверху разместим Пентод и саму катушку Тесла. Долго думал как скрепить первый этаж со вторым, решил использовать деревянные чепки. Надёжность тут конечно покраснела и пошла выпивать вслед за совестью. Желе какое-то. Надеваем розовые очки и выпиливаем отверстие под радио лампу. Затем с обратной стороны делаем отверстия под провода.

Теперь про индуктор. Сейчас мы точно не знаем сколько нужно витков, мотаем 40, при настройке его всё равно придётся отматывать в меньшую сторону для поиска резонанса. Обмотка обратной связи мотается в одну сторону с индуктором. Количество витков в два раза меньше, то есть 20. Такое соотношение встречается во многих ламповых катушках Тесла.

Момент который не очень понял. В некоторых схемах обмотка связи располагается в нижней части трансформатора Тесла, где развиваются наибольшие токи, а в некоторых сверху над индуктором. Какой вариант расположения лучше мне не известно, но в данной схеме она размещается сверху.

Панельку для установки пентода нам найти не удалось, довольно редкая вещь, потому альтернатива крепления — клеммная колодка для провода с диаметром отверстий 4 мм. Зажимы в ней отлично фиксируют ножки пентода. В качестве декоративной подставки использована фанера, которая была магнитом на двери холодильника.

Теперь время подсоединить провода к накальному трансформатору, и посмотреть всё ли работает. Подаем питание и наблюдаем за показаниями амперметра. 3 ампера, как и паспорт предписывал. По мере прогрева, потребление тока незначительно падает. Камера увы не смогла передать всей красоты раскаленных ниточек внутри этого стеклянного баклажана. Здоровенное лампище… Вот же ж умели делать!

Вся схема устройства довольно простая и выглядит примерно так: переменное высокое напряжение с мота выпрямляется через диод и заряжает конденсаторы от микроволновки, соединены они последовательно для увеличения рабочего напряжения. В этом случае суммарная ёмкость выходит пол микрофарада. Колебательный контур индуктора подключён к аноду лампы через дроссель, состоящий из 10 витков. Все управляющие сетки лампы ГК71 соединены вместе, с этого момента пентод превращается в триод. Схема автогенератора начинает работать при очень малых напряжениях на входе мота. Конденсатор в 2.2 нФ на выходе накального трансформатора служит для фильтрации наводок и высокочастотных выбросов, хотя первое = второе, второе = первое, как-то так. Обращаем внимание на подключение обмоток в первичном контуре. Точка — это нижний вывод обмотки.

В принципе сборка получилась довольно компактной. Её работу запросто можно демонстрировать на уроках физики, вспоминая жизнь того чувака, благодаря которому у нас в розетках переменное напряжение.

Трансформатор Тесла требует хорошего заземления. Батарея не самое лучшее решение для этих дел, но за неимением ничего более подходящего и это сойдет. Контакт должен быть надежным, три метра провода должно хватить, чтобы дотянутся куда угодно в пределах одной комнаты.

В новых домах такой фокус может не пройти из-за металлопластиковых труб в системе отопления. Потому проверяем наличие напряжения между фазой и землей, должно быть 220 вольт. Некоторые пускают заземление через зануление, тоже годный вариант. Между нулем и землей существует потенциал в 3.7 вольта, Креосан недавно рассказывал как можно воровать электричество подобным способом, заряжать телефон и зажигать лампочки, вот только забыл упомянуть тот факт, что современные цифровые счетчики считают потребление энергии как по фазе, так и по нулю. Максимум что вы выиграете, так это визит инспектора к себе в гости.

На кончике отвертки, что служит терминалом для выхода молний появился небольшой стример. По мере повышения напряжения размер его растет, но разряды какие-то тонкие и не внушительные. Изменим положение обмотки связи, сместим её чуть вниз. Смотрим что поменялось в работе. Постепенно повышаем напряжение… видим что разряды стали более уверенными, толще, длинней и ярче. Звук довольно внушительный, похож на глухой рёв спортивного автомобиля.

Поиск резонанса осуществлялся либо отматыванием витков, либо подбором резонансного конденсатора. Начал отматывать витки. Увеличение мощности разрядов говорит от том, что мы на правильном пути. Разряды мощней, толще, длинней, самое интересное произошло тогда, когда начал увеличивать емкость резонансного конденсатора. Разряд увеличился, и на глазах начал уменьшатся. Запахло горелой бумагой.

При детальном осмотре выявилось, что картон начал прогорать. А если появился маленький прогар, то он постепенно превращается в большой, так как углерод получившийся в результате сгорания чего-либо становится отличным проводником. В общем это гангрена, которую необходимо немедленно ампутировать. Избавляемся от проблемного участка с помощью ножовки по металлу. Пару минут, проблема решена, а рука подкачана.

Так как резонансный контур изменил свои характеристики путем уменьшения длины вторичной катушки, снова доматываем и отматываем витки первички. Мощность увеличивается. Настроение превосходное, пару секунд радости и конструкция начинает подводить. Вторичку пробивает на первичку. Слишком близко размещены обмотки друг к другу. Предположения были что такое может произойти, но не так быстро. Первый день настройки, и многочасовая работа отправляется на помойку. При желании, эту трубу можно разрезать надвое, и сделать к примеру качер Бровина на транзисторе.

Поначалу хотел изолировать вторичку с помощью пластиковой бутылки, но как показывает практика — этот колхоз ни к чему хорошему не приводит. Одеваем кроссовки и выдвигаемся в ближайший сантехнический магазин за сливной 10-сантиметровой трубой. Такой диаметр уменьшит коэффициент связи обмоток, что есть хорошо в данной конструкции. Диэлектрические способности у такого цилиндра куда лучше чем у обычного картона.

Поверх трубы намотаем слой бумаги, на нее укладываем витки индуктора и обмотки связи. Бумага позволяет спокойно передвигать обмотки по всей длине трубы. Устанавливать катушки удобно на заглушки, они родом из того же магазина сантехники и позволяют соблюдать центровку всего резонансного контура. Немного усилий и конструкция снова готова к работе. Повторяем процедуру включения. В начале подаем питание на накал, ждём пару секунд, а затем включаем анодное напряжение. Оно сейчас в нуле и регулируется лабораторным автотрансформатором. Включаем его и постепенно поднимаем напряжение.

Разряды с увеличением коэффициента связи стали больше и красивей. На этом моменте наверное стоило завершить пост, схема заработала, разряд мы увидели. Но по традициям на этом, всё только начинается.

Альтернативой обнаружения высокочастотных полей может служить обыкновенная неоновая лампочка. Амплитуду сигнала ею определить не выйдет, но зато можно судить о работоспособности устройства в целом, правильной или нет — это уже другое дело.

Итак, в процессе настройки удалось выделить два интересных режима работы. Первый это плавно затухающий импульс с небольшой амплитудой в отличии от второго режима. Сейчас мы перекидываем провода на разные витки индуктора и наблюдаем как меняется сигнал. Внимание вопрос знатокам. Какой режим автогенератора дает наибольшие разряды: вариант «а»- с плавно затухающим сигналом, но малой амплитудой, или вариант «б»- с большой амплитудой, но коротким импульсом?

Настройка резонанса с помощью конденсаторов. У этих образцов разная емкость, как выбрать нужную? Всё просто, поочередно соединяем конденсаторы параллельно индуктору и смотрим на сигнал. Нужно быть при этом осторожным, тут развиваются большие токи, которые могут нанести фаталити вашей руке. Дохлые электронщики никому не нужны. Если емкость будет слишком большая, она попросту погасит всю амплитуду сигнала.

В начале выпуска я обещал рассказать зачем нужны такие массивные контакты на конденсаторах. Во время работы, особенно на резонансе, в индукторе развиваются огромные токи, порядка нескольких сотен ампер, если такой ток пойдет через тонкие ножки обычного конденсатора, они попросту перегорят как перемычка в предохранителе. В данной схеме хорошо прижился конденсатор КВИ3 на 1500 пФ 10 кВ. Год выпуска 1978, раритет в своем роде, старше меня лет на 10.

Схема автогенератора работает в принудительном режиме прерывания с частотой сети 50 Гц, если растянуть во времени затухающие колебания, можно высчитать частоту работы автогенератора. Синхронизируем эту старую рухлядь и приступаем к расчетам.

Сейчас, переключатель времени деления на осциллографе стоит в положении 0.5 мкс. Это означает, что одна клетка на шкале экрана равна 0.5 мкс. Один период синусоиды занимает 5 клеток, следовательно 5 умножаем на 0.5 равно 2.5 мкс. Частота находится по формуле: 1 деленная на период. Считаем. 1/2.5 мкс равняется 0.4 мГц, что равняется 400 кГц. Отсюда вывод, резонансная частота настроенной катушки Тесла, ровняется 400 кГц.

Расчеты могли быть более точными при наличии современного оборудования, но для данной схемы оно попросту не нужно. После настройки регулируем положения индуктора и обмотки связи так, чтобы амплитуда сигнала на осциллографе была максимальной. На этом этапе настройку ламповой катушки тесла, можно считай исчерпывающей. Потребление силовой части схемы без цепи накала, составляет 720 Вт.

В работе ламп есть что- то удивительное, когда берешь их в руки, возвращаешься в те далекие теплые времена. Транзисторы и прочая современная электроника со временем приедается, становится скучной. На лампу можно смотреть вечно, ну или 1000 часов пока не пропадет электронная эмиссия и катод не обеднеет. Теперь время посмотреть как это всё работает.

В процессе работы схемы, лампа не перегревается и может работать продолжительное время, скажем 10 минут без перерыва. Но находятся умельцы, которые ставят на выходе мота много-количественные сборки из микроволновочных конденсаторов, мощь схемы увеличивается, лампа начинает работать на пределе своих возможностей. Естественно графитовый анод лампы нагревается до красна, катод расходует свой ресурс. Такой режим работать будет, но не долго.

Для увеличения срока службы лампы на больших мощностях используют прерыватели. Это грубо говоря переключатель, который на короткое время запускает генератор на Тесле. Секунда работы, секунда отдыха, как-то так. Режимы естественно можно менять.

Свечение различных лампочек в высокочастотных электрических полях это вообще отдельная тема, некоторые образцы настолько красивы, что претендуют на отдельный пост.

Слыхали про то, что различными солями можно подкрашивать цвет огня, сейчас проверим это на практике. Для этого берем обыкновенную поваренную соль и разбавляем ее небольшим количеством воды. Получившуюся кашу наносим на электрод. Ионы натрия должны подкрасить молнию в оранжевый цвет, это сейчас и посмотрим.

Данная конструкция проста в повторении, и элементарна в настройке. В ней нет дорогих деталей, хотя цена — дело относительное, стоимость всех элементов составляет примерно 65 баксов не включая ЛАТР для регулировки входного напряжения в анодной цепи.

В одном из следующих постов мы рассмотрим полупроводниковую систему, там узнаем как рассчитывается резонанс, как управлять железом и прочую малоизвестную нормальному человеку ерунду.

Для справки. Съемка сегодняшнего выпуска вместе с пост обработкой, написанием текста и прочими процессами заняла 2 месяца. Это можно назвать быстрым выпуском. В комментариях вы часто пишете чтобы мы снимали материал в сфере физики и электроники, сейчас так и происходит, но тут есть обратная сторона медали, время. Теперь выпуски будут выходить реже чем обычно, надеюсь вы всё понимаете.

Катушка представляет собой трансформатор. Целью устройства является повышение параметров тока до огромных высот (вплоть до миллионов вольт). Основная цель: повысить до максимума частоту переменного тока. В идеале, в точке приема энергии должна находится такая же обратная катушка, которая вступит в резонанс с устройством, что позволит передать энергию на расстояние.

Разберем подробности того, как работает катушка Тесла. Для начала колебания: не сразу ясно, что колеблется в катушке. Постоянный ток, который использовал в своих изобретениях Эдисон дорог в производстве. Такая энергия имеет один, ярко выраженный вектор движения. Переменный ток постоянно меняет параметры электричества: напряжения и силы тока. Это и называется колебаниями электрического тока.

Интересно, что совпадают основные законы колебания электрического тока и механического маятника. В частности, для электричества так же существует эффект резонанса. При совпадении частот двух электрополей амплитуда колебаний становится больше. По задумке Тесло после вступления катушек в резонанс в приемнике должен был появиться электрический ток.

В реальности приемник так и не был изобретен. Катушка Теса используется в качестве пособия, на ней можно увидеть стрим: проще говоря электрическую дугу, проскользнувший разряд, искусственную молнию и для изучения беспроводной передачи электричества.

Принцип работы классической катушки Тесла

Классическое устройство катушки Тесла состоит из следующих элементов:

Первичная обмотка, которая состоит из большого количества витков, порядка 800-1200 шт, провода малого диаметра.
Вторичная обмотка. Это провод сравнительно большого диаметра. Катушка включает в себя меньшее количество витков.
Конденсатор. Это накопитель заряда, который требуется для запуска первичной работы катушки.
Разрядник. Два металлических шарика, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга.
Сфера для распространения магнитного поля.

Первичная обмотка находится внутри вторичной. Разделителем служит обычная ПВХ труба. Разберем поэтапную работу катушки:

При подключении к сети в конденсаторе накапливается заряд.
Накопление заряда вызывает рост разности потенциалов между шариками разрядника. В итоге, как только напряжение достигает определенного значения, происходит стрим, то есть появляется электрическая дуга, которая соединяет между собой две части сети. Стрим в конструкции играет роль ключа-соединителя, который открывается при условии подходящих параметров напряжения.
Ток начинает течь первичной обмотке, создавая переменное магнитное поля. В свою очередь это переменное магнитное поле создает электричество во вторичной обмотке: явление индукции в действии.
В свою очередь ток вторичной обмотки создает магнитное поле, создающее индукционный ток в сфере. Ток в сфере вновь вызывает переменное магнитное поле, которое расходится в пространстве.
Если поднести к такой катушке электролампу, то она будет светится без всяческих проводов и источников электроэнергии. Собственно, источником в данном случае служит катушка.

Вот такая схема работы катушки Тесла.

Принцип работы транзисторной катушки Тесла

В транзисторной катушке нет конденсатора и разрядника. Их заменяют два резистора и транзистор. Процесс работы такой катушки выглядит следующим образом:

В нулевой момент происходит подключение к источнику. В результате происходит прохождение тока через резисторы.
Электрический ток открывает транзистор, попадая на первичную обмотку. В результате первичная обмотка генерирует переменное магнитное поле.
Магнитное поле вызывает индукционный ток во вторичной обмотке. Ток из вторичной обмотки движется навстречу току из источника. В итоге сопротивление второго резистора достигает больших высот, что разрывает транзистор.
Из-за разрыва связи ток из вторичной обмотки перестает поступать во второй резистор.
Цикл повторяется.

Вот простой и понятный принцип работы катушки Тесла.

Историческая загадка катушки

Если рассматривать катушку Тесло с исторической точки зрения, становится не ясно, почему ученый не развил идею до конца. Ведь это готовый способ передачи энергии на расстоянии без проводов, что существенно уменьшает потери на монтаж сетей, расходники, столбы и изоляцию.

При этом можно было бы забыть о перерывах с электроснабжением, энергию легко и просто получилось бы доставить в любую точку планеты. Как показывает историческая реальность, ученого интересовало совсем другое применение собственного изобретения. Ученый пытался доказать существование эфира, некой субстанции, которая пронизывает все мироздание.

Согласно теории Тесло эта среда упруга, что делает возможным распространение электромагнитных волн. Одной из утопичных идей ученого была выработка энергии из эфира напрямую. Тесла предлагал установить две катушки на полюсах, что в теории должно было создать огромное магнитное поле по всей Земле.

Так электричество могло бы попасть в любую точку планеты. Катушку ученый придумать успел, а вот создавать приемники для них не стал, занимаясь разработкой получения энергии из эфира.

Противостояние Тесла и Эйнштейна

Долгое время теория эфира имела превалирующее значение в физике. Однако ни разу ни один ученый не смог придумать математическую модель, описывающую поведение этой среды. Тесло умер слишком рано и не успел доказать или опровергнуть свою теорию, задумка с индукционной катушкой так же не была доведена до конца.

После на научном горизонте зажегся огонь другого гения. Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию за изучение преломления световых лучей, а не за теорию относительности. Но именно вторая отлично описывала все, уже имеющиеся теории. Математическая модель, предложенная гением объясняла сам принцип распространения электромагнитных волн, тогда как философские рассуждения об эфире не имели широкого научного подтверждения.

Так идея гения физики канула в небытие, а принцип работы индуктивной катушки до сих пор не изучен до конца.

Современное использование катушки Тесла

Наиболее широкое распространение получила демонстрационная версия, которая позволяет увидеть электрическую дугу красивого фиолетового цвета и зажечь лампу без проводов. Однако принцип катушки Тесла все же иногда используется:

В системах зажигания двигателя внутреннего сгорания. Там используется тот же принцип трансформации энергии в электрическую дугу. Вот только зажигание работает на низких частотах, тогда как катушка Тесло на высоких.
Для обнаружения пробоин в вакуумных системах.
Для подачи энергии в люминесцентные и неоновые лампы. Хотя последнее чаще используется как трюк.

Как видно, изобретение до сих пор не разработано до конца. Патент все еще дожидается инвестора. Но вполне вероятно, что инвестора не будет никогда.

Это сложное устройство из генератора, индуктора и ВВ ( Высоко Вольтного) резонатора. В классическом варианте генератор представляет собой источник высокого напряжения в несколько тысяч во льт, что достаточно для получения искры в воздушной среде в несколько миллиметров. Генератор через балластный дроссель заряжает конденсатор и при достижении на нем определенного напряжение происходит срабатывание разрядника и через искру энергия в виде короткого, но мощного по току импульса переходит на индуктор. Индуктор находится у основания ВВ резонатора и обычно представляет собой катушку намотанную поверх ВВ резонатора через воздушный зазор у самого основания ВВ резонатора. Индуктор мотается толстым проводом, обычно 2.5-4мм2 меди, в экспериментальных случаях без изоляции, чтобы не перематывая индуктор, а используя крокодильчик можно было бы точно подбирать количество витков. ВВ катушка мотается тонким проводом, например, 0.3мм и например на каркасе диаметром 50 мм мы будем иметь примерно 500-1000 витков провода. Витки ВВ катушки подбираются и рассчитываются. Практический обычно выясняют резонансную частоту ВВ намотки, это делают, например, по осциллографу, после подачи разрядов на индуктор. Щуп осциллографа не подключают к ВВ катушки, он будет хорошо чувствовать поле на расстоянии метр от нее по воздуху. Способов определения резонансной частоты много. Важно мотать ВВ катушку в противоположную сторону по отношению к индуктору, при этом что в какую не важно. Например, если индуктор намотан по часовой стрелке, то ВВ резонатор будет мотаться против часовой стрелки. Важна длинна намотки. В классическом варианте длинна намотки должна составлять четверть длинны электромагнитной волны соответствующей резонансной частоте. Например, если выяснилось, что собственная резонансная частота ВВ катушки 1МГц то длинна волны l=c/f (скорость света деленная на частоту) будет l=(3*10^8)/(1*10^6)=300 метров. Ну а четверть это 300/4=75 метров. Таким образом для ВВ катушки с собственной резонансной частотой 1МГц длинна провода должна быть 75 метров.

Далее по схеме, ВВ катушка естественно должна быть заземлена нижним концом, а с верхним концом могут быть варианты. Для настройки обычно конец провода оставляют открытым и торчащим в воздухе. При правильной настройке на конце будет наблюдаться плазменный разряд рассеиваемый в воздухе, длинна его может быть от миллиметров до сантиметров в зависимости от мощности. Но постольку поскольку такой разряд не самоцель на конец обычно устанавливают некоторую воздушную накопительную емкость, типа однопроводного воздушного конденсатора, обычно в виде металлического шара. Тут тоже нельзя ничего делать на абум и просто так. Чем больше емкость тем сильнее надо отматывать ВВ катушку от исходной длинны. При небольшой емкости длину ВВ намотки обычно уменьшают не более чем на 10% от исходной.

Еще раз вернемся к собственной резонансной частоте ВВ катушки. Важно понимать, что ВВ катушка вовсе не является обычной катушкой индуктивности и из-за большого количества витков и длинны намотки в четверть длинны волны (в некоторых случаях и более) ВВ катушка превращается в резонатор. При этом это многопараметровый резонатор и резонансная частота зависит не только от длинны намотки, но и от диаметра намотки и важно чтобы два этих фактора состыковывались. Частоту здесь задают и емкостные межвитковые связи и последовательный LC резонанс с емкостью на макушке и емкость образованная между катушкой и землей и длинна намотки. В целом обычно частота четвертьволновых ВВ резонаторов завязана на диаметрах. Обычно резонаторы намотанные на трубах 100 мм имеют резонансную частоту в пределах 150-450 кГц, резонаторы намотанные на трубах 50 мм имеют резонансы в районе 450-1000 кГц. Частоту ВВ резонатора можно определить даже одним осциллографом за счет приема радиоволнового фона вот по такой схеме.

Для выявления резонансной частоты активный щуп осциллографа подключают к нижнему концу катушки и наблюдают осциллограмму с разверткой 1-10 мкс/дел и на предельном уровне чувствительности. На экране должна появиться размытая синусойда, по которой можно с точностью 10-20% определить резонансную частоту. Эффект обычно хорошо проявляется при большом уровне радиоволнового шума исходящего от бытовой аппаратуры, импульсных блоков питания и при обилии радиостанций в диапазонах СВ и ДВ.

Обобщим. Включаем генератор высокого напряжения с потенциалом около 5 кВ и мощностью 10-100 Вт, далее через дроссель 0.1-1 Гн заряжаем конденсатор. При заряде конденсатора до напряжения пробоя разрядника возникает короткий, но мощный импульс тока длительностью от единиц до десятков наносекунд с током в десятки и сотни ампер (до тысяч ампер), проходящий через индуктор. Индуктор возбуждает в четвертьволновом ВВ резонаторе стоячую электромагнитную волну. У основания резонатора ток колеблется с частотой 1 МГц, но напряжение очень мало, на конце резонатора возникает пучность высокого (от единиц до десятков киловольт) переменного напряжения, которое колеблется с частотой около 1 МГц в безтоковом режиме. При правильно намотанном ВВ резонаторе всего один возбуждающий импульс может привести к десяткам и сотням плавно затухающим свободным колебаниям, чем больше добротность резонатора, тем больше колебаний в нем будет. Таким образом ВВ резонатор, как и вообще любой резонатор является аккумулятором колебательной энергии на собственной резонансной частоте. Однако, чтобы достичь сверхъединичного эффекта простого искрения на индуктор не достаточно, необходим процесс синхронизации и многое другое.

Формулы для расчета выглядят так

Белая искра с емкости трансформатора тесла в заземляющий кабель

Белая искра с емкости трансформатора тесла в заземляющий кабель. Цвет искры зависит от силы тока. При большом токе искра белая, при маленьком токе фиолетовая. Емкость способствует возникновению большого разрядного тока, чего нету на чисто четвертьволновой тесле без емкости, там искра уже фиолетовая. Помимо этого эта тесла разогнана короткими пачками импульсов звуковой частоты. Индуктор возбуждается однополярными импульсами полученными на контуре с частотой в 3 раза выше, чем частота вв резонатора, но импульсы идут с частотой четвертьволнового резонатора, здесь 450 кГц

Читайте также: