Одним из знаменитых изобретений Николы Тесла была катушка Тесла. Это изобретение представляет собой резонансный трансформатор, который образует высокочастотное повышенное напряжение. В 1896 году на изобретение выдан патент, который имел название аппарата для образования электрического тока высокого потенциала и частоты.

Устройство и работа

Элементарный трансформатор Тесла включает в себя две катушки, тороид, конденсатор, разрядник, защитное кольцо и .

Тороид выполняет несколько функций:

• Снижение частоты резонанса, особенно для вида катушки Тесла с полупроводниковыми ключами. плохо функционируют на повышенных частотах.
• Накапливание энергии перед возникновением электрической дуги. Чем больше размер тороида, тем больше энергии накоплено. В момент пробоя воздуха тороид выдает эту накопленную энергию в электрическую дугу, при этом увеличивая ее.
• Образование электростатического поля, отталкивающего дугу от вторичной обмотки. Часть этой функции исполняет вторичная обмотка. Однако тороид помогает ей в этом. Поэтому электрическая дуга не бьет во вторичную обмотку по кратчайшему пути.

Обычно наружный диаметр тороида в два раза больше диаметра вторичной обмотки. Тороиды производят из алюминиевой гофры и других материалов.

Вторичная обмотка трансформатора Тесла является основным элементом конструкции. Обычно длина обмотки относится к ее диаметру 5: 1. Диаметр проводника для катушки выбирают из расчета, чтобы разместилось около 1000 витков, которые должны располагаться плотно между собой. Витки обмотки покрывают несколькими слоями лака или эпоксидной смолы. В качестве каркаса выбирают ПВХ-трубы, которые можно купить в строительном магазине.

Защитное кольцо служит для предохранения от выхода из строя электронных элементов в случае попадания электрической дуги в первичную обмотку. Защитное кольцо устанавливается, если размер стримера (электрической дуги) больше длины вторичной катушки. Это кольцо выполнено в виде медного незамкнутого проводника, заземленного отдельным проводом на общее заземление.

Первичная обмотка чаще всего выполняется из медной трубки, применяемой в кондиционерах. Сопротивление первичной обмотки должно быть небольшим, так как по ней будет проходить большая сила тока. Трубку чаще всего выбирают толщиной 6 мм. Также можно использовать для намотки проводники большого сечения. Первичная обмотка является своеобразным элементом подстройки в таких катушках Тесла, в которых первый контур резонансный. Поэтому место подключения питания выполняют с учетом его перемещения, с помощью которого меняют частоту резонанса первого контура.

Форма первичной обмотки может быть различной: конической, плоской или цилиндрической.

Катушка Тесла должна иметь заземление . Если его не будет, то стримеры будут бить в саму катушку, для замыкания тока.

Колебательный контур образован конденсатором совместно с первичной обмоткой. В этот контур также подключен разрядник, который является нелинейным элементом. Во вторичной обмотке также образован контур колебаний, в котором конденсатором выступает емкость тороида и межвитковая емкость катушки. Чаще всего для предохранения от электрического пробоя вторичную обмотку покрывают лаком или эпоксидной смолой.

В результате катушка Тесла, или другими словами трансформатор, состоит из двух контуров колебаний, связанных между собой. Это и придает трансформатору Тесла необычные свойства, и является основным отличительным качеством от обычных трансформаторов.

При достижении напряжения пробоя между электродами разрядника, образуется электрический лавинообразный пробой газа. При этом происходит разряд конденсатора на катушку через разрядник. Вследствие этого цепь контура колебаний, который состоит из конденсатора и первичной обмотки, остается замкнутой на разрядник. В этой цепи возникают колебания высокой частоты. Во вторичной цепи образуются резонансные колебания, в результате чего возникает высокое напряжение.

Во всех видах катушки Тесла главным элементом являются контуры: первичный и вторичный. Однако генератор колебаний высокой частоты может отличаться по конструкции.

Катушка Тесла по сути дела состоит из двух катушек, не имеющих металлического сердечника. Коэффициент трансформации катушки Тесла в несколько десятков раз выше отношения числа витков обеих обмоток. Поэтому выходное напряжение трансформатора достигает нескольких миллионов вольт, что и обеспечивает мощные электрические разряды длиной в несколько метров. Важным условием является образование контура колебаний первичной обмоткой и конденсатором, вхождение в резонанс этого контура с вторичной обмоткой.

Разновидности

Со времен Николы Тесла появилось много различных видов трансформаторов Тесла. Рассмотрим распространенные основные виды таких трансформаторов, как катушка Тесла.

SGTC – катушка, работающая на искровом разряде, имеет классическое устройство, используемое самим Теслой. В этой конструкции элементом коммутации является разрядник. У маломощных устройств разрядник выполнен в виде двух отрезков толстого проводника, находящихся на определенном расстоянии. В устройствах большей мощности используются вращающиеся разрядники сложной конструкции с применением электродвигателей. Такие трансформаторы производят при необходимости получения стримера большой длины, без каких-либо эффектов.

VTTC – катушка на основе электронной лампы, которая является коммутирующим элементом. Подобные трансформаторы способны функционировать в постоянном режиме и выдавать разряды большой толщины. Такой тип питания обычно применяют для создания катушек высокой частоты. Они создают эффект стримера в виде факела.

SSTC – катушка, в конструкции которой в качестве ключа используется полупроводниковый элемент в виде мощного . Такой вид трансформаторов также способен функционировать в постоянном режиме. Внешняя форма стримеров от такого устройства бывает самой различной. Управление с полупроводниковым ключом более простое, существуют такие катушки Тесла, которые умеют играть музыку.

DRSSTC – трансформатор, имеющий два контура резонанса. Роль ключей играют также полупроводниковые компоненты. Это наиболее сложный в настройке и управлении трансформатор, однако, он используется для создания впечатляющих эффектов. При этом большой резонанс получается в первом контуре. Во втором контуре образуется наиболее яркие толстые и длинные стримеры в виде молний.

Виды эффектов от катушки Тесла

• Дуговой разряд – возникает во многих случаях. Он характерен ламповым трансформаторам.
• Коронный разряд является свечением воздушных ионов в электрическом поле повышенного напряжения, образует голубоватое красивое свечение вокруг элементов устройства с высоким напряжением, а также имеющим большую кривизну поверхности.
• Спарк по-другому называют искровым разрядом. Он протекает от терминала на землю, либо на заземленный предмет, в виде пучка ярких разветвленных полосок, быстро исчезающих или меняющихся.
• Стримеры – это тонкие слабо светящиеся разветвляющиеся каналы, содержащие ионизированные атомы газа и свободные электроны. Они не уходят в землю, а протекают в воздух. Стримером называют ионизацию воздуха, образуемую полем трансформатора высокого напряжения.

Действие катушки Тесла сопровождается треском электрического тока. Стримеры могут превращаться в искровые каналы. Это сопровождается большим увеличением тока и энергии. Канал стримера быстро расширяется, давление резко повышается, поэтому образуется ударная волна. Совокупность таких волн подобен треску искр.

Малоизвестные эффекты катушки Тесла

Некоторые люди считают трансформатор Тесла каким-то особенным устройством, обладающим исключительными свойствами. Также есть мнение, что такое устройство способно стать генератором энергии и вечным двигателем.

Иногда говорят, что при помощи такого трансформатора можно передавать электрическую энергию на значительные расстояния, не используя провода, а также создать антигравитацию. Такие свойства не подтверждены и не проверены наукой, но Тесла говорил о скорой доступности таких способностей для человека.

В медицине при длительном воздействии токов высокой частоты и напряжения могут образоваться хронические заболевания и другие отрицательные явления. Также нахождение человека в поле высокого напряжения негативно сказывается на его здоровье. Можно отравиться газами, выделяемыми при функционировании трансформатора без вентиляции.

Применение

• Величина напряжения на выходе катушки Тесла иногда достигает миллионов вольт, что формирует значительные воздушные электрические разряды длиной в несколько метров. Поэтому такие эффекты применяют в качестве создания показательных шоу.
• Катушка Тесла нашла применение в медицине в начале прошлого века. Больных обрабатывали маломощными токами высокой частоты. Такие токи протекают по поверхности кожи, оказывают оздоравливающее и тонизирующее влияние, не причиняя при этом никакого вреда организму человека. Однако мощные токи высокой частоты оказывают негативное влияние.
• Катушка Тесла применяется в военной технике для оперативного уничтожения электронной техники в здании, на корабле, танке. При этом на короткий промежуток времени создается мощный импульс электромагнитных волн. В результате в радиусе нескольких десятков метров сгорают транзисторы, микросхемы и другие электронные компоненты. Это устройство действует абсолютно бесшумно. Существуют такие данные, что частота тока при функционировании такого устройства может достигать 1 ТГц.
• Иногда такой трансформатор применяется для розжига газоразрядных ламп, а также поиска течи в вакууме.

Эффекты катушки Тесла иногда используют в съемках фильмов, компьютерных играх. В настоящее время катушка Тесла не нашла широкого применения на практике в быту.

Катушка Тесла на будущее

В настоящее время остаются актуальными вопросы, которыми занимался ученый Тесла. Рассмотрение этих проблемных вопросов дает возможность студентам и инженерам институтов взглянуть на проблемы науки более широко, структурировать и обобщать материал, отказаться от шаблонных мыслей.

Взгляды Тесла актуальны сегодня не только в технике и науке, но и для работ в новых изобретениях, применения новых технологий на производстве. Наше будущее даст объяснение явлениям и эффектам, открытым Теслой. Он заложил для третьего тысячелетия основы новейшей цивилизации.

Мы можем увидеть и приобрести в магазин миниатюрную катушку Тесла в виде игрушки или декоративного светильника. Принцип действия такой же как у самого Тесла. Не чем не отличается, кроме масштабов и напряжения.

Давайте попробуем сделать катушку Тесла в домашних условиях.

— это резонансный трансформатор. В основном это LC схемы, настроенные на одну резонансную частоту.

Высоковольтный трансформатор используется для зарядки конденсатора.

Как только конденсатор достигает достаточного уровня заряда, он разряжается на разрядник и там проскакивает искра. Происходит короткое замыкание первичной обмотки трансформатора и в ней начинаются колебания.

Поскольку ёмкость конденсатора фиксирована, схема настраивается путем изменения сопротивления первичной обмотки, изменяя точку подключения к ней. При правильной настройке, очень высокое напряжение будет в верхней части вторичной обмотки, что приведет к впечатляющим разрядам в воздухе. В отличие от традиционных трансформаторов, соотношение витков между первичной и вторичной обмотками практически не влияет на напряжение.

Этапы строительства

Спроектировать и построить катушку Тесла довольно легко. Для новичка это кажется сложной задачей (мне это тоже казалось сложным), но можно получить рабочую катушку, следуя инструкциям в этой статье и проделав небольшие расчеты. Конечно, если вы хотите очень мощную катушку, нет никакого способа кроме изучения теории и проведения множества расчетов.

Вот основные шаги, с которых следует начать:

1. Выбор источника питания. Трансформаторы которые используются в неоновых вывесках, вероятно, лучше всего подойдут для начинающих, так как они относительно дешевые. Я рекомендую трансформаторы с выходным напряжением не меньше чем 4кВ.
2. Изготовление разрядника. Это могут быть просто два винта, вкрученных в паре миллиметров друг от друга, но я рекомендую приложить немного больше усилий. Качество разрядника сильно влияет на производительность катушки.
3. Расчет ёмкости конденсатора. Используя формулу ниже, рассчитайте резонансную емкость для трансформатора. Значение конденсатора должно быть примерно в 1,5 раза больше этого значения. Вероятно, лучшим и наиболее эффективным решение будет сборка конденсаторов. Если вы не хотите тратить деньги, можете попробовать изготовить конденсатор сами, но он может не работать, а его емкость трудно определить.
4. Изготовление вторичной обмотки. Используйте 900-1000 витков эмалированной медной проволоки 0,3-0,6мм. Высота катушки обычно равна 5 её диаметрам. Водосточная труба из ПВХ, возможно, не самый лучший, но доступный материал для катушки. Полый металлический шар прицеплен к верхней части вторичной обмотки, а её нижняя часть заземлена. Для этого желательно использовать отдельное заземление, т.к. при использовании общедомового заземления есть шанс испортить другие электроприборы.
5. Изготовление первичной обмотки. Первичная обмотка может быть сделана из толстого кабеля, или ещё лучше из медной трубки. Чем толще трубка, тем меньше резистивных потерь. 6 миллиметровой трубы вполне достаточно для большинства катушек. Помните, что толстые трубы намного сложнее сгибать и медь трескается при многочисленных перегибах. В зависимости от размера вторичной обмотки, от 5 до 15 витков с шагом от 3 до 5 мм должно хватить.
6. Соедините все компоненты, настройте катушку, и все готово!

Перед тем как начать делать катушку Тесла настоятельно рекомендуется ознакомиться с правилами ТБ и работы с высокими напряжениями!

Также обратите внимание, что не были упомянуты схемы защиты трансформатора. Они не были использованы, и пока проблем нет. Ключевое слово здесь — пока.

Катушка делалась в основном из тех деталей, которые были в наличии.
Это были:
4кВ 35mA трансформатор от неоновой вывески.
0.3мм медная проволока.
0.33μF 275V конденсаторы.
Пришлось докупить 75мм водосточную трубу ПВХ и 5 метров 6мм медной трубки.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка сверху и снизу покрыта пластиковой изоляцией, для предотвращения пробоя

Вторичная обмотка была первым изготовленным компонентом. Я намотал около 900 витков провода вокруг сливной трубы высотой около 37см. Длина использованного провода была примерно 209 метров.

Индуктивности и емкости вторичной обмотки и металлической сферы (либо тороида) можно рассчитать по формулам которые можно найти на других сайтах. Имея эти данные можно рассчитать резонансную частоту вторичной обмотки:
L = [(2πf) 2 C] -1

При использовании сферы диаметром 14см, резонансная частота катушки равна примерно 452 кГц.

Металлическая сфера или тороид

Первой попыткой было изготовление металлической сферы путем обвертывания пластикового шара фольгой. Я не смог разгладить фольгу на шаре достаточно хорошо, и решил изготовит тороид. Я сделал небольшой тороид, обмотав алюминиевой лентой гофрированную трубу, свернутую в круг. Я не смог получить очень гладкий тороид, но он работает лучше, чем сфера из-за своей формы и за счет большего размера. Для поддержки тороида под него был подложен фанерный диск.

Первичная обмотка

Первичная обмотка состоит из медных трубок диаметром 6 мм, намотанных по спирали вокруг вторичной. Внутренний диаметр обмотки 17см, внешний 29см. Первичная обмотка содержит 6 витков с расстоянием 3 мм между ними. Из-за большого расстояния между первичной и вторичной обмоткой, они могут быть слабо связаны между собой.
Первичная обмотка вместе с конденсатором является LC генератором. Необходимая индуктивность может быть рассчитана по следующей формуле:
L = [(2πf) 2 C] -1
С — емкость конденсаторов, F-резонансная частота вторичной обмотки.

Но эта формула и калькуляторы основанные на ней дают лишь приблизительное значение. Правильный размер катушки должен быть подобран экспериментально, поэтому лучше сделать её слишком большой, чем слишком маленькой. Моя катушка состоит из 6 витков и подключена на 4 витке.

Конденсаторы

Сборка из 24 конденсаторов с гасящим резистором 10МОм на каждом

Так как у меня было большое количество мелких конденсаторов, я решил собрать их в один большой. Значение конденсаторов может быть рассчитано по следующей формуле:
C = I ⁄ (2πfU)

Значение конденсатора для моего трансформатора 27.8 нФ. Фактическое значение должно быть немного больше или меньше этого, так как быстрый рост напряжения в связи с резонансом может привести к поломке трансформатора и / или конденсаторов. Небольшую защиту от этого обеспечивают гасящие резисторы.

Моя сборка конденсаторов состоит из трех сборок с 24 конденсаторами в каждой. Напряжение в каждой сборке 6600 В, общая ёмкость всех сборок 41.3нФ.

Каждый конденсатор имеет свой 10 МОм гасящий резистор. Это важно, так как отдельные конденсаторы могут сохранять заряд в течение очень долгого времени после того, как питание было отключено. Как видно из рисунка ниже, номинальное напряжение конденсатора является слишком низким, даже для 4 кВ трансформатора. Чтобы хорошо и безопасно работать оно должно быть по крайней мере, 8 или 12 кВ.

Разрядник

Мой разрядник это просто два винта с металлическим шариком в середине.
Расстояние регулируется таким образом, что разрядник будет искрить только тогда, когда он является единственным подключенным к трансформатору. Увеличение расстояния между ними теоретически может увеличить длину искры, но есть риск разрушения трансформатора. Для большей катушки необходимо строить разрядник с воздушным охлаждением.

Характеристики

Колебательный контур
Трансформатор NST 4кВ 35мА
Конденсатор 3 × 24 275VAC 0.33μF
Разрядник: два шурупа и металлический шар

Первичная обмотка
Внутренний диаметр 17см
Диаметр трубки обмотки 6 мм
Расстояние между витками 3 мм
Длина трубки первичной обмотки 5м
Витки 6

Вторичная обмотка
Диаметр 7,5 см
Высота 37 см
Проволока 0.3мм
Длина провода около 209m
Витки: около 900

Каждый человек, вероятнее всего, слышал о том, что такое трансформатор Тесла, который также зачастую называется катушкой Тесла. Эту катушку можно увидеть во многих фильмах, компьютерных играх и телевизионных передачах. Однако мало слышать о том, что существует нечто подобное. Если вас спросят, что именно делает трансформатор Тесла, сможете ли вы дать на этот вопрос ответ? Скорее всего, нет, а если и сможете, то вряд ли вы сумеете рассказать достаточно подробностей. Именно поэтому и существует данная статья. С ее помощью вы сможете узнать все о трансформаторе Тесла, о том, как он устроен, для чего используется, как функционирует и так далее. Естественно, если вы учились по физической специализации, то для вас эти данные не будут новостью, однако большинство людей все же не в курсе деталей, касающихся катушки Тесла. А ведь это очень интересные данные, которые позволят вам расширить кругозор. Как легко можно догадаться, изобретателем этого устройства стал великий ученый Никола Тесла, который запатентовал свое изобретение в 1896 году, описав его как устройство, предназначенное для производства электрических токов высокой частоты. По сути, именно этим катушка Тесла и является, и об этом вы, вероятнее всего, уже знали. Поэтому стоит взглянуть на более интересные и менее известные данные.

В чем суть?

Для начала необходимо объяснить суть работы катушки Тесла. Она может выглядеть по-разному, однако многие люди отмечают, что, так или иначе, она смотрится очень эффектно даже в режиме спокойствия. Что уж говорить о том, когда она приводится в действие, и вокруг нее образуются видимые разряды электричества. Но как именно это происходит? Трансформатор Тесла работает за счет резонансных электромагнитных волн, образующихся в двух обмотках катушки, первичной и вторичной. Первичная обмотка представляет собой часть искрового колебательного центра. Что касается вторичной, то ее роль исполняет уже прямая катушка провода. Когда частота колебаний первичного и вторичного контура совпадает, между концами катушки появляется высокое переменное напряжение, которое вы можете увидеть невооруженным взглядом. Если вам не очень понятно то, как работает трансформатор Тесла, то для примера можно взять обычные качели. С их помощью объяснить работу будет гораздо проще. Если вы раскачиваете качели с помощью принудительных колебаний, то амплитуда будет пропорциональна вашему усилию. Если же вы решите раскачивать качели в режиме свободных колебаний, каждый раз подталкивая качели в необходимый момент, то амплитуда возрастет в несколько раз. То же самое происходит и с катушкой Тесла: при резонансе колебаний двух обмоток возникает гораздо более сильный ток.

Конструкция трансформатора

Второй момент, который необходимо принять во внимание, когда рассматривается трансформатор Тесла, - схема. Как именно устроена катушка? На самом деле устройство этого трансформатора может быть самым разнообразным, поэтому сейчас вы узнаете о том, как устроена его простейшая версия, которую вы затем можете совершенствовать так, как вам будет этого хотеться. Итак, простейший трансформатор Тесла состоит из нескольких элементов, а именно из входного трансформатора, катушки индуктивности, включающей в себя первичную и вторичную обмотку, а также из разрядника, конденсатора и терминала. Собственно говоря, ток начинает свое движение от входного трансформатора, являющегося источником питания, откуда через разрядник и конденсатор попадает на катушку индуктивности, а оттуда передается на терминал уже в умноженном размере. Причем терминал зачастую выбирается таким, чтобы он лучше всего мог передать подобное напряжение, например, он может быть в форме шара или диска. Как вы понимаете, это самый простой трансформатор Тесла - схема является подтверждением этого. В катушке Тесла может быть больше элементов. Там может присутствовать, например, тороид, который не описан в этой схеме, так как он не является ключевым элементом. Что касается основных элементов, то они все были указаны.

Функционирование

Итак, теперь вы знаете, как устроен трансформатор Тесла. Принцип работы его вам также понятен в целом, но можно и углубиться в детали. Как именно он функционирует? Оказывается, он работает в импульсном режиме. Что это означает? Это значит, что сначала происходит заряд конденсатора до того момента, когда совершится пробой разрядника, и электричество пройдет на катушку индуктивности. Тогда начинается вторая фаза, в ходе которой генерируются высокочастотные колебания. Обратите внимание, что разрядник должен располагаться параллельно источнику питания, благодаря чему он замыкает цепь, когда на катушку поступает ток, тем самым исключая источник питания из цепи. Зачем это нужно? Если остается частью цепи, это может значительно снижать напряжение на выходе из трансформатора. Естественно, результат все равно будет, однако он при этом окажется далеко не самым впечатляющим. Вот так функционирует трансформатор Тесла. Принцип работы вам теперь полностью понятен, однако все еще остаются некоторые детали, которые могут вас заинтересовать.

Заряд для трансформатора

Как вы уже могли заметить, если вы планируете создать мощный трансформатор Тесла, то для этого потребуется учесть абсолютно все детали, так как любые отклонения от нормы будут приводить к тому, что выходное напряжение будет недостаточно высоким, из-за чего эффект будет менее впечатляющим. И особое внимание необходимо уделить стартовому заряду, то есть подбору источника питания. Именно в данном случае нужно подобрать правильный конденсатор, чтобы выходное напряжение было идеальным, а конденсатор себя не «закорачивал». Существует даже трансформатор Тесла с самозапиткой, так что разнообразию конструкций нет пределов. Так что вам стоит помнить, что в данном случае рассматривается самая простая конструкция катушки Тесла.

Генерация

Ну и последнее, на что стоит взглянуть более детально - это непосредственно сам процесс генерации высокочастотного тока. Итак, питание трансформатора Тесла происходит за счет выбранного источника питания, который передает заряд в конденсатор, где он накапливается до того момента, как происходит пробой, в результате которого конденсатор через разрядник разряжается на первичную катушку. Так как напряжение разрядника резко снижается, цепь замыкается, и, как уже было сказано выше, источник питания исключается из цепи. В это время на первичной катушке возникают высокочастотные колебания, которые затем передаются на вторичную катушку, из-за чего колебания становятся резонансными, и на терминале возникает ток высокого напряжения. Вот так работает самый простой трансформатор Тесла, однако существует большое количество самых разнообразных его модификаций.

Модификации

Для начала вам стоит узнать о том, что классический вариант катушки Тесла, который был описан выше, обозначается следующим образом - SGTC. Последние две буквы расшифровываются как Tesla Coil, что переводится непосредственно как «катушка Тесла». Эти две буквы будут присутствовать в каждом из сокращений, а меняются только первые две. В данном случае SG обозначает Spark Gap, то есть эта катушка Тесла работает на искровом промежутке, создаваемом разрядником. Однако далеко не всегда дела обстоят именно так, поэтому необходимо рассмотреть различные варианты, такие как трансформатор Тесла на транзисторах или на полупроводниках. Первая модификация, на которую можно обратить внимание - это RSGTC, то есть катушка, которая работает на роторном искровом промежутке. В данном случае для питания используется электродвигатель, который вращает диск с электродами. Есть также VTTC, которая известна как ламповая катушка Тесла, работающая за счет электронных ламп. Этот вариант не требует высокого напряжения, а также отличается тишиной работы. Следующий вариант - это SSTC, то есть катушка Тесла, которая работает за счет генератора, основанного на полупроводниках. Эта модификация является одной из самых интересных в плане эффектности, так как с помощью силовых ключей вы можете изменять форму разряда. Модификацией этой версии катушки Тесла является DRSSTC. В данном случае используется двойной резонанс, что дает гораздо более внушительные размеры разряда. Отдельно стоит взглянуть на QCW DRSSTC - эта катушка Тесла характеризуется «плавной накачкой», то есть плавным, а не резким нарастанием всех параметров. В каждом из этих случаев расчет трансформатора Тесла будет отличаться, точно так же, как и его конструкций и, соответственно, его схема.

Использование катушки Тесла

Но как же может быть использована энергия трансформатора Тесла? Этот вопрос задает себе каждый человек, который впервые видит работу этого устройства. Собственно говоря, любование невероятными разрядами, которые имеют огромные размеры и выглядят очень впечатляюще, и является одним из самых главных и популярных способов использования. Этот трансформатор позволяет устроить настоящее шоу, которое способно очаровать любого человека, ведь это не магия, а чистейшая наука. Так что смело можно сказать, что одна из главных ролей трансформатора Тесла является декорация и развлечение. Однако оказывается, что существуют и другие способы использования этой технологии. Например, изначально катушки Тесла использовались для радиоуправления, беспроводной передачи данные и для передачи энергии. Естественно, со временем появлялись более эффективные способы выполнения каждой из этих функций, поэтому постепенно использование катушки Тесла становилось все менее и менее актуальным. Также стоит отметить, что ее использовали в медицине. Дело в том, что высокочастотный разряд, когда его пропускали по коже, не оказывал негативного влияния на внутренние органы человека, но при этом тонизировал кожу человека. В современном мире катушка Тесла уже фактически не используется с практической точки зрения из-за трудностей поддержания постоянной ее работы. Иногда она используется для поджига газоразрядных ламп или же в вакуумных системах, где трансформатор помогает найти течи. Таким образом, применение трансформатора Тесла в современном мире все же в большинстве случаев является декоративным, развлекательным и познавательным.

Эффекты

Вы уже представляете себе устройство трансформатора Тесла, потому на эту тему нет смысла говорить что-то еще. Однако это не значит, что сама по себе тема катушки Тесла исчерпала себя. Например, можно взглянуть на то, какие именно разряды создаются в результате ее деятельности. Оказывается, они не являются случайными: всего выделяют четыре основных вида. Во-первых, вы можете увидеть стримеры, которые представляют собой тусклые разветвленные каналы, которые уходят от терминала в воздух. По сути, они представляют собой визуализацию ионизации воздуха. Во-вторых, вы можете заметить спарки - это искровые разряды, которые уходят с терминала прямо в землю. Отличить их можно за счет того, что они очень сильно выделяются внешне - это пучок ярких искровых каналов. В-третьих, существует коронный разряд - так называется свечение ионов непосредственно в поле высокого напряжения. Ну и, наконец, имеется еще и дуговой разряд, который возникает, если к трансформатору поднести какой-либо заземленный предмет. Этот прием используют многие, когда катушка Тесла применяется для развлекательных мероприятий.

Влияние на здоровье

Выше было указано, что после изобретения катушки Тесла ее использовали в медицинских целях, однако многие источники сообщают, что трансформатор Тесла является смертельно опасным. Кто же прав, а кто обманывает? В большинстве случаев высокое напряжение является для человека смертельным, так как оно ведет к образованию ожогов, а также к остановке сердца. Однако некоторые типы трансформаторов Тесла обладают так называемым скин-эффектом, который позволяет электричеству воздействовать лишь на поверхность предмета, а в данном случае - на кожу человека. Как уже было сказано выше, это тонизирует кожу и омолаживает ее. Опять же, медицинских подтверждений этого факта нет, однако об этом очень много писали в свое время.

Катушка Тесла как часть культуры

Даже если вы не увлекаетесь наукой, все равно, вероятнее всего, уже видели катушку Тесла, так как она используется в самых разнообразных сферах развлечений. В первую очередь ее можно увидеть во многих фильмах, которые выходили на экраны кинотеатров в самые разные годы. Одним из самых известных фильмов, в которых очень важную роль отыграл трансформатор Тесла, стала экранизация одноименного романа «Престиж». Также очень часто катушку Тесла можно встретить в компьютерных играх, где она чаще всего выступает в роли мощного оружия. Более того, вы можете встретить трансформаторы Тесла даже в музыкальном искусстве. Оказывается, вы можете изменять звучание электрического разряда, увеличивая и уменьшая частоту тока. И некоторые исполнители и музыкальные группы используют это, чтобы записывать музыку. А тот, кто не хочет все усложнять, прибегает к помощи катушки Тесла, чтобы создать реалистичные звуки разрядов молний, как это сделала, например, известная певица Бьорк. Таким образом, в современном мире трансформаторы Тесла используются очень широко, однако нельзя сказать, что они применяются по назначению. Свое время в качестве функционального устройства катушка Тесла уже отжила, и она, по сути, должна была кануть в Лету, как и большинство старых устройств. Однако благодаря визуальным эффектам, которые она создает, катушка Тесла смогла дожить до сегодняшнего дня, и ее продолжают использовать постоянно, пусть и в качестве предмета развлечения. Стоит также отметить, что она используется и в обучающих целях, так как именно на ней можно наглядно продемонстрировать начинающим физикам, как выглядит электрический разряд, как он себя ведет и так далее. Проще говоря, трансформатор Тесла - это устройство, которое просуществовало сто лет и не потеряло своей актуальности даже в двадцать первом веке, который всем известен своим невероятным прогрессом в области высоких технологий.

Катушка Тесла – плоская спираль, обладающая наравне с индуктивностью большой собственной ёмкостью. Патент на изобретение подан в январе 1894 года. Автором, естественно, стал Никола Тесла. Под этим названием массово известен трансформатор, принцип действия прибора основывается на колебательных контурах.

Война токов

Сегодня это читается, как научный роман, но на стыке XIX и XX века действительно велась война токов. Все началось, когда за наладку работы генератора в Европе компания не заплатила молодому Тесла ни копейки. Хотя награда обещалась солидная. Недолго думая, Тесла покидает родину и плывёт в США. На пути исследователя преследуют неудачи, в итоге путешествие окончилось благополучно. Взять эпизод, когда в дороге теряются все деньги. Отказаться? Нет!

Тесла чудом пробирается на корабль и половину пути находится под эгидой капитана корабля, подкармливающего путешественника в собственной столовой. Отношения чуть охладились, когда молодой Тесла оказался замечен в центре возникшей на палубе потасовки, где раздавал с правой и левой, благодаря внушительному росту (при малом весе). В результате Тесла прибыл на берег и в первый день умудрился помочь с починкой генератора местному торговцу, заработав небольшое вознаграждение.

Имея на руках рекомендательные письма, Никола идёт устраиваться в компанию, где работает денно и нощно, проводя время сна на лежанке в лаборатории. Эдисон сыграл плохую шутку с молодым будущим визави: пообещал солидную награду за улучшения в работе электрического оборудования. Сложность быстро решилась, а изобретатель резьбы для цоколя лампочки сослался на коммерческий розыгрыш. Тесла уже мысленно распределил обещанную награду на проведение опытов, и шутка не вызвала у изобретателя тёплого душевного отклика. Молодой иммигрант покидает компанию с целью создать собственную.

Одновременно Тесла лелеет идеи на предмет борьбы с любителем розыгрышей. Во время прогулки с другом вдруг понимает, как реализовать теорию вращающегося поля Араго: требуется две фазы переменного тока. На момент 80-х годов XIX века идея считалась поистине революционной. Прежде двигатели, лампочки накала (в стадии совершенствования) и большинство лабораторных опытов обходились постоянным током. Так делал Георг Ом.

Тесла берет патент на двухфазный двигатель и заявляет, что возможны и сложные системы. Идеи заинтересовывают Вестингауза, начинается долгая история о правоте. Эдисон, как обычно, не скупился в средствах. Ходят истории, что он брал генератор переменного тока и истязал им до смерти животных. Якобы электрический стул придуман Эдисоном в соавторстве с неизвестным. Причём первый конструктор случайно или намеренно допустил ошибку, да так, что осуждённый мучился долгое время, в довершение буквально взорвался, выплеснув наружу внутренние органы.

Второго бедолагу адвокатам Вестингауза удалось спасти, заменив казнь на пожизненное заключение. Спасение не остановило Эдисона, вознамерившегося к стулу изобрести вдобавок и стол. Тесла постарался продемонстрировать ответный ход, выдвинув ряд аргументов:

Предприимчивые американские дельцы даже карты игральные выпустили, где фигурировала упомянутая война токов. К примеру, на изображении джокера размещена известная башня Ворденклиф, на строение ориентировались писатели-фантасты, режиссёры аналогичного толка кинокартин. Исторические факты уточняют, насколько напряжённой оказалась борьба – причина блеска изобретательского гения. Свитая из 50 витков толстого кабеля катушка Тесла конструктивно входила в состав башни Ворденклифа…

Конструкция катушки Тесла

Это потрясающая возможность, особым образом уложив витки медного провода, экономить на конденсаторных блоках. Если читатели в теме, то слышали про корректоры фазы для снижения трат на электроэнергию. Это конденсаторные блоки, компенсирующие индуктивное сопротивление потребителя. Особенно актуально для трансформаторов и двигателей. Лишние траты показывает лишь счётчик реактивной мощности. Это мнимая энергия, полезной работы у потребителя не выполняющая. Циркулируя туда и сюда, разогревает активные сопротивления проводников. В местности, где ведётся учёт полной мощности (к примеру, предприятия) это ощутимо увеличивает счета на оплату поставщикам электроэнергии.

Теперь несложно понять, как изобретение Тесла планировалось использовать в промышленности. Изобретатель в патенте US 512340 приводит две схожие конструкции катушки:

• На первом чертеже представлена плоская спираль. Один вывод катушки Тесла находится на периферии, второй берётся из середины. Конструкция проста в работе. При разнице потенциалов между выводами в 100 В и количестве витков в тысячу, в среднем, между соседними точками спирали падает 0,1 В. Для вычисления цифры делим 100 на 1000. Собственная ёмкость пропорциональна квадрату 0,1 и не окажется слишком большой.
• Тогда Тесла предлагает взглянуть на второй чертёж, где представлена катушка бифилярная. Это плоская спираль, но два провода вьются рядом. Причём концы второго контура закорочены и соединены с выводом первого. Получается, что альтернативная нить по длине обнаруживает одинаковый потенциал. Если представить, что к конструкции приложено 100 В, результат изменится. Действительно, теперь поблизости идут провода двух разных нитей, причём на единственной по длине — исключительно нуль. В результате, в среднем, разница потенциалов составляет 50 В, а собственная ёмкость катушки Тесла больше, нежели у предыдущей схемы, в 250000 раз. Это значительная разница, и очевидно, возможно найти выгодные параметры сети. К примеру, Тесла работал на частотах 200 — 300 кГц.

Изобретатель указывает, что испробовал различные формы и конфигурации. В смысле полезности квадрат не отличается от представленного на рисунках круга или прямоугольника. Форму волен выбирать конструктор. Катушки Тесла не находят сегодня массового применения. Изобретателю воспротивились предприниматели. Неизвестен разговор, произошедший между бизнесменами и Эдисоном, но, числясь акционерами новой ГЭС, магнаты прослышали, что башня Ворденклифа, построенная на удобном месте, способна стать первой пташкой в передаче энергии на расстояния без проводов.

Спонсор строительства был хозяином медных заводов и хотел просто продавать металл. Беспроводной метод передачи энергии невыгоден. Если бы Дж. П. Морган знал, что сегодня большая часть кабелей изготавливается из алюминия, возможно, отнёсся бы иначе, но вышло, что Никола Тесла достраивал башню в гордом одиночестве, и конструкция не приняла предполагаемого размаха.

По второй версии Никола Тесла задумал создавать энергию из воздуха, о чем судачат на Ютуб. Некий изобретатель доказывает, что в сердцевину магнита, на равном удалении от полюсов втягивается энергия эфира, и требуется уметь преобразовать её в электричество. Изложена кратко идея Теслы. Мастер-самоучка, осмелившийся на выставке представить генератор свободной энергии на 13 кВт, исчез в неизвестном направлении заодно с семьёй. Подобные факты наводят на мысль, что у башни Ворденклифа оказалось гораздо больше противников, чем принято думать.

По замыслу Тесла предвиделось 30 фабрик в мире. Они производили бы и принимали энергию, вели широкое вещание. По-видимому, посчитали, что это станет крахом местной экономики, хотя двигатели Бедини и сегодня строят, используя теории Тесал. Итак, катушки лежали в основе передающих и приёмных устройств: конструкция идентичная. Но сегодня эти любопытные изобретения надёжно забыты, если не считать микрополосковых технологий, где встречаются квадратные и круглые спирали-индуктивности аналогичного толка.

Трансформатор Тесла

Выше сказано, что в основе передающих устройств лежали катушки Тесла, допустимо назвать резонансными трансформаторами. Посредством трансформаторной связи на катушку Тесла закачивается высокий потенциал. Заряд идёт до пробоя разрядника, потом начинаются колебания на резонансной частоте. Если одна трансформаторная связь через катушку с большим количеством витков передаёт высокое напряжение на излучатель или разрядник.

Любой волен убедиться, что конструкция башни Ворденклиф напоминает гриб, но в основании лежит плоская катушка Тесла. В качестве излучателя применяется больших объёмов тор, обладающий ёмкостным сопротивлением. В современном виде промежуточный контур содержит обычные конденсаторы, настраиваемые под параметры «бублика». Большим достоинством конструкции считается отсутствие ферромагнитных материалов.

Сочетание нескольких физических законов в одном приборе воспринимается далёкими от физики людьми как чудо или фокус: вылетающие разряды, похожие на молнии, светящиеся вблизи катушки люминесцентные лампы, не подключённые к обычной электросети и т.д. При этом собрать катушку тесла своими руками можно из стандартных деталей, продающихся в любом магазине электротехники. Настройку устройства разумнее делегировать тем, кто знаком с принципами электричества, либо тщательно изучить соответствующую литературу.

Как Тесла изобрёл свою катушку

Никола Тесла - величайший изобретатель XX века

Одним из направлений работы Никола Тесла в конце девятнадцатого столетия стала задача передачи электрической энергии на большие расстояния без проводов. 20 мая 1891 года на своей лекции в университете штата Колумбия (США) он продемонстрировал сотрудникам Американского института электроинженерии удивительный прибор. Принцип его действия лежит в основе современных энергосберегающих люминесцентных ламп.

Во время экспериментов с катушкой Румкорфа по методике Генриха Герца Тесла обнаружил перегревание стального сердечника и плавление изоляции между обмотками при подключении к прибору высокоскоростного генератора переменного тока. Тогда он принял решение модифицировать конструкцию, создав воздушный зазор между обмотками и перемещая сердечник в различные положения. Он добавил в схему конденсатор, препятствующий выгоранию катушки.

Принцип работы катушки тесла и применение

При достижении соответствующей разности потенциалов избыток энергии выходит в виде стримера с фиолетовым свечением

Это резонансный трансформатор, в основе работы которого лежит следующий алгоритм:

• конденсатор заряжается от высоковольтного трансформатора;
• при достижении необходимого уровня заряда происходит разрядка с проскакиванием искры;
• в первичной катушке трансформатора происходит замыкание, приводящее к возникновению колебаний;
• перебирая точку подключения к виткам первичной катушки, изменяют сопротивление и настраивают всю схему.

В результате высокое напряжение в верхней части вторичной обмотки приведёт к появлению впечатляющих разрядов в воздухе. Для большей наглядности принцип действия устройства сравнивают с качелями, которые раскачивает человек. Качели - это колебательный контур из трансформатора, конденсатора и разрядника, человек - первичная обмотка, ход качели - движение электрического тока, а высота подъёма - разность потенциалов. Достаточно несколько раз с определённым усилием толкнуть качели, как они поднимутся на значительную высоту.

Помимо познавательно-эстетического использования (демонстрация разрядов и светящихся без подключения к сети ламп), устройство нашло своё применение в следующих отраслях:

• радиоуправление;
• передача данных и энергии без проводов;
• дарсонвализация в медицине - обработка поверхности кожи слабыми токами высокой частоты для тонизирования и оздоровления;
• поджиг газоразрядных ламп;
• поиск течи в вакуумных системах и др.

Изготовление катушки Тесла своими руками в домашних условиях

Проектирование и создание устройства не представляет сложности для людей, знакомых с принципами электротехники и электричества. Однако даже новичку под силу будет справиться с этой задачей, если провести грамотные расчёты и скрупулёзно следовать пошаговой инструкции. В любом случае до начала работ следует обязательно ознакомиться с правилами техники безопасности для работ с высоким напряжением.

Схема

Катушка тесла представляет собой две катушки без сердечника, посылающих большой импульс тока. Первичная обмотка состоит из 10 витков, вторичная - из 1000. Включение в схему конденсатора позволяет снизить до минимума потери искрового заряда. Выходная разность потенциалов превышает миллионы вольт, что позволяет получать эффектные и зрелищные электрические разряды.

Перед тем как взяться за изготовление катушки своими руками, необходимо изучить схему её строения

Инструменты и материалы

Для сбора и последующего функционирования катушки Тесла понадобится подготовить следующие материалы и оборудование:

• трансформатор с выходным напряжением от 4 кВ 35 мА;
• болты и металлический шарик для разрядника;
• конденсатор с рассчитанными параметрами ёмкости не ниже 0,33 µF 275 В;
• ПВХ труба диаметром 75 мм;
• эмалированная медная проволока сечением 0,3–0,6 мм - пластиковая изоляция предотвращает пробой;
• полый металлический шар;
• толстый кабель или трубка из меди сечением 6 мм.

Пошаговая инструкция по изготовлению катушки

В качестве источника питания также можно использовать мощные батареи

Алгоритм изготовления катушки состоит из следующих этапов:

1. Подбор источника питания. Оптимальный вариант для новичка - трансформаторы для неоновых вывесок. В любом случае выходное напряжение на них не должно быть ниже 4кВ.
2. Изготовление разрядника . От качества этого элемента зависит общая производительность устройства. В самом простом случае это могут быть вкрученные на расстоянии в несколько миллиметров друг от друга обыкновенные болты, между которыми установлен металлический шарик. Расстояние подбирают таким образом, чтобы искра пролетала в том случае, когда только разрядник подключён к трансформатору.
3. Расчёт ёмкости конденсатора. Резонансную ёмкость трансформатора умножают на 1,5 и получают искомую величину. Конденсатор с заданными параметрами разумнее приобрести готовый, поскольку при отсутствии достаточного опыта сложно собрать этот элемент самостоятельно, чтобы он работал. При этом могут возникнуть сложности с определением его номинальной ёмкости. Как правило, при отсутствии большого элемента конденсаторы катушки представляют собой сборку из трёх рядов по 24 конденсатора в каждом. При этом на каждом конденсаторе должен быть установлен гасящий резистор 10 МОм.
4. Создание вторичной катушки. Высота катушки равна пяти её диаметрам. Под эту длину подбирают подходящий доступный материал, например, поливинилхлоридную трубу. Её обматывают медной проволокой в 900–1000 витков, а затем покрывают лаком для сохранения эстетичного внешнего вида. К верхней части прикрепляют полый шар из металла, а нижнюю часть заземляют. Желательно продумать отдельное заземление, так как при использовании общедомового велика вероятность выхода из строя других электроприборов. Если готовый металлический шар отсутствует, то его можно заменить другими аналогичными вариантами, выполненными самостоятельно:
   • обернуть пластиковый шар фольгой, которую следует тщательно разгладить;
   • обмотать алюминиевой лентой гофротрубу, свёрнутую в круг.
5. Создание первичной катушки. Толщина трубки препятствует резистивным потерям, с увеличением толщины уменьшается её способность к деформированию. Поэтому сильно толстый кабель или трубка будут плохо сгибаться и трескаться в местах сгибов. Шаг между витками выдерживают в 3–5 мм, количество витков зависит от общих габаритов катушки и подбирается экспериментально, также как и место подключения устройства к источнику питания.
6. Пробный запуск. После выполнения первичных настроек запускают катушку.

Особенности изготовления других видов устройств

Её в основном используют в оздоровительных целях

Для изготовления плоской катушки предварительно готовят основание, на которое последовательно укладывают два медных провода сечением 1,5 мм параллельно плоскости основания. Сверху укладку лакируют, продлевая срок службы. Внешне этот прибор представляет собой ёмкость из двух вложенных друг в друга спиральных обкладок, подключаемых к источнику питания.

Технология изготовления мини-катушки идентична выше рассмотренному алгоритму для стандартного трансформатора, но в этом случае понадобится меньше расходных материалов, а запитать её можно будет от стандартной батарейки «Крона» 9В.

Видео: как создать мини-катушку тесла

При подключении катушки к трансформатору, выводящему ток посредством музыкальных волн высокой частоты, можно получить устройство, разряды которого меняются в зависимости от ритма звучащей музыки. Используется при организации шоу и развлекательных аттракционов.

Катушка Тесла - высокочастотный резонансный трансформатор высокого напряжения. Потери энергии при высокой разнице потенциалов позволяют получать красивые электрические явления в виде молний, самозагорающихся ламп, реагирующих на музыкальный ритм разрядов и др. Собрать этот прибор можно из стандартных электротехнических деталей. Однако не следует забывать о мерах предосторожности как во время создания, так и во время использования устройства.