Опыты с катушкой тесла. Применение катушки тесла

Кочнева Л.С. (г. Пермь, МБОУ «Гимназия № 17»)

1. Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. – М: Азбука-классика, 2010.

2. Ржонсницкий Б.Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. – М: Молодая гвардия, 1959.

3. Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. – М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

4. Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20.

5. Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. – Ленинград. Наука. 1974.

6. Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/?%D0?%A2?%D0?%B5?%D1?%81?%D0?%BB?%D0?%B0,_?%D0?%9D?%D0?%B8?%D0?%BA?%D0?%BE?%D0?%BB?%D0?%B0.

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683.

О сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель...

А.С. Пушкин

Актуальность темы

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент - это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе.

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор - катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла - изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888-1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла - устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек - первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент - разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора - первичный и вторичный контуры - остается неизменным. Однако одна из его частей - генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть

Катушка Тесла (Class-E SSTC)

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, - это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис. 1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте (рис. 2).

Большая катушка Тесла (VTTC)

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (рис. 3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11 см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, - он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис. 2 и Рис. 3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

Спарки - это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

Дуговой разряд - образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор - на зелёный, марганец - на синий, а литий - на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование: катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис. 4 Рис. 5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7 мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование: катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование: катушка Тесла, бумага.

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование: катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду - загорается дуга.

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование: большая катушка Тесла, рука.

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование: большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование: большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование: большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м.

Опыт 10: Разряды из руки.

Оборудование: большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т.п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Библиографическая ссылка

Кошкин А.А. КАТУШКА ТЕСЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ // Международный школьный научный вестник. – 2018. – № 1. – С. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (дата обращения: 30.01.2020).

Не так давно в ассортименте различных магазинов появились так называемые плазменные лампы, испускающие молнии по поверхности стеклянного шара. Эти светильники быстро обрели популярность, но мало кто знает, что эти приборы изобрёл Никола Тесла в 1910-х годах прошлого века. Для начала необходимо разобраться с внутренним устройством этого удивительного изобретения. На самом деле это обычный трансформатор особого типа. Он использует в своей работе резонанс, возникающий в так называемых стоячих магнитных волнах. На первичной обмотке совсем немного витков, он генерирует колеблющиеся искры, собирая энергию в конденсатор, а поэтому искрение происходит в определенный период времени. Вторичная обмотка работает на базе прямоточной катушки из проводов. Частота колебания пары контуров должна совпасть, что приведёт к появлению крайне высокого переменного тока большой частоты между двумя концами катушки на вторичной обмотке. Это и вызывает визуализацию в виде тех самых фиолетовых молний.

Резонансный трансформатор часто сравнивают с обычным маятником, где частота и амплитуда будут напрямую зависимы от того, с каким усилием толкается вся система. Раскачку можно делать при наличии свободных колебаний, что многократно повышает длину хода, а также увеличивает время полного угасания. С катушкой здесь происходит то же самое. Качается вторичная обмотка, а раскачивает её генератор. Синхронизация обеспечивается первичным контуром и генератором одновременно, что позволяет точно настроить систему в зависимости от поставленной задачи. В данный момент большинство людей знает это только в виде игрушки. Но на самом деле, эта система имеет реальное применение.

Использование катушки Тесла в реальности

Выходные значения напряжения часто может достигать невероятных значений в несколько миллионов вольт. Это уникальное явление в мире электричества, ведь подобные высокие токи редко характеризуются столь длительными волнами. Электрическая прочность воздушного пространства пробивается на огромное расстояние стабильными разрядами, а при большой мощности генератора длина может достигать многих метров. Подобные демонстрационные комнаты с этим чудом физики нашей планеты часто устанавливаются во многих университетах мира. Эти явления нашли отображение в знаменитой игрушке. Когда мы прикасаемся к шару, то молнии тянутся к нашим рукам, как к объекту со сравнительно большой проводимостью. Наша кровь и прочие жидкости организма переполнены солями и металлами, что делает нас отличным проводником.

Ещё в начале прошлого века данная схема использовалась для передачи сигналов на огромные расстояния, ведь у разрядов имеется также невидимая часть. Люди стали пытаться использовать их для передачи радиоволн на небольшие расстояния для передачи дистанционного управления, но такое применение было слишком опасным для здоровья людей. Затем проводились многочисленные опыты в сфере медицины. Так называемая дарсонвализация используется до сих пор, а сами приборы являются ничем иным, как генератором Тесла в самом маленьком размере. Ток щекочет кожу, но не проникает глубоко в тело. Тонизирующий эффект от такой обработки быстро нашёл применение в реальности, он используется для лечения кожных заболеваний, стимулирует рост волос, позволяет шлифовать шрамы, уменьшая размеры узелков.

Именно данный тип генераторов поджигает газоразрядные лампы. Вакуумные системы тестируются при помощи этих лучей на наличие трещин в корпусах. Молния обязательно будет тянуться в сторону дефекта.

Опасны ли лампы Тесла для людей?

Можно однозначно говорить, что опасность имеется, поэтому нужно соблюдать прилагаемую инструкцию на 100%. Нельзя браться за руки и трогать стекло лампы, а также пытаться прикасаться к шару мокрыми руками. Особенно мы настоятельно не рекомендуем изготавливать подобные схемы без должного опыта в домашних условиях. Вы можете вывести из строя многочисленные электроприборы в вашем доме, сжечь проводку. Но это не самые худшие последствия. Трансформаторы Тесла с напряжением в миллионы вольт при ошибке способны убить человека одним касанием. Эффект схож с попаданием молнии. Поэтому будьте крайне осторожны, особенно берегите детей. До 12 лет покупка подобных ламп настоятельно не рекомендуется. Также покупайте эти приборы только от известных производителей. Копии от китайских безымянных компаний часто бьют током до такой степени сильно, что на руках могут загораться волосы и рукава одежды, а также оплавляются ногти. Игрушка может принести большие неприятности, будьте бдительны.

«Человек, который изобрёл 20 век!» - так Теслу называют современные биографы, и делают они это без каких-либо преувеличений. Свою известность он получил благодаря прогрессивным взглядам и умению доказывать их состоятельность. Тесла проводил опаснейшие эксперименты во имя науки, и в определённых кругах считается фигурой, связанной с мистикой. В последнем случае, скорее всего, мы имеем дело с домыслами, но что известно точно, так это то, что изобретения Николы Теслы способствовали прогрессу во всём мире.

Наследие Николы Теслы

Сначала рассмотрим важные с научной точки зрения изобретения, но редко встречающиеся в повседневной жизни современного человека.

Речь пойдёт об одном из самых известных и зрелищных изобретений Николы. Катушка Теслы является разновидностью резонансной трансформаторной схемы. Использовалось это приспособление для производства высокого напряжения высокой частоты .

Катушка Теслы была одним из инструментов изучения природы электрического тока и возможностей его использования

Тесла задействовал катушки во время проведения инновационных экспериментов в области:

электрического освещения;
фосфоресценции;
рентгеновской генерации;
высокочастотного переменного тока;
электротерапии;
радиотехники;
передачи электрической энергии без проводов.

Кстати, Никола Тесла был одним из тех людей, кто предсказал появление Интернета и современных гаджетов.

Катушка Теслы является ранним предшественником (наряду с индукционной катушкой) более современного устройства, называемого трансформатором обратного хода. Он обеспечивает напряжение, необходимое для питания электронно-лучевой трубки телевизоров и компьютерных мониторов. Версии этой катушки широко используются сегодня в радио, телевидении и другом электронном оборудовании.

В всей красе катушку можно увидеть в научных музеях или на специальных шоу.

Катушка Теслы в действии – это всегда зрелище:

Эта конструкция, известная также как Башня Теслы, была построена с целью осуществления беспроводной телекоммуникации и демонстрации возможности передачи электроэнергии без проводов .

По задумке Теслы Башня Ворденклиф должна была стать шагом к созданию Всемирной беспроводной системы . В его планах было установить несколько десятков приемо-передающих станций по всему миру. Таким образом, отпала бы необходимость использования высоковольтных линий электропередач. То есть фактически мы получили бы одну всемирную электростанцию. К слову, Тесле удавалось передавать электричество «по воздуху» от одной катушке к другой, так что его амбиции были небезосновательны.

Сегодня Ворденклиф – закрытый объект

Проект Ворденклиф требовал больших капиталовложений и на начальных этапах получил поддержку влиятельных инвесторов. Однако, когда работа над строительством башни была практически завершена, Тесла лишился финансирования и оказался на гране банкротства. А всё потому, что Ворденклиф могла быть предпосылкой к бесплатным поставкам электричества по всему миру, а это могло разорить некоторых инвесторов, чей бизнес был завязан на продаже электроэнергии.

Любители различных теорий заговоров связывают падение Тунгусского метеорита в Сибири и эксперименты Теслы с Башней.

Рентгеновские лучи

Вильгельм Рентген 8 ноября 1895 года официально открыл излучение, названное в честь его. Но фактически это явление первым наблюдал Никола Тесла. Ещё в 1887 году он начал проводить исследования с использованием вакуумных трубок. В ходе экспериментов Тесла фиксировал «особые лучи», способные «просвечивать» предметы . Поначалу учёный не предавал особого значения этому явлению, учитывая, что длительное воздействие рентгеновских лучей опасно для человека.

Никола Тесла первым обратил внимание на опасность рентгеновского излучения

Однако Тесла продолжал исследования в этом направлении и даже провел несколько экспериментов до открытия Вильгема Рентгена, включая фотографирование костей его руки.

К сожалению, в марте 1895 года в лаборатории Теслы произошёл пожар, и записи об этих исследованиях были утрачены. После открытия Рентгена, Никола, используя устройство с вакуумными трубками, сделал снимок своей ноги и отправил коллеге вместе с поздравлениями. Рентген похвалил Теслу за качественную фотографию.

Тот самый снимок ноги в ботинке

Вопреки расхожему мнению, Вильгем Рентген не был знаком с работами Теслы и к своему открытию пришёл самостоятельно, чего не скажешь о Гульельмо Маркони…

Радио и дистанционное управление

Инженеры разных стран работали над технологией радиосвязи, при этом исследования были независимыми друг от друга. Самый яркий пример: советский физик Александр Попов и итальянский инженер Гульельмо Маркони, которые в своих странах считаются изобретателями радио. Однако Маркони получил большую мировую известность, впервые установив радиосвязь между двумя материками (1901 г.) и получив патент на изобретение (1905 г.). Поэтому считается, что он в развитие радиосвязи внёс наибольший вклад. Но причём тут Тесла?

Радиоволны сегодня повсюду

Как выяснилось, первым природу радиосигналов выявил именно он и в 1897 году запатентовал передатчик и приёмник . Маркони взял за основу технологию Теслы и совершил свою знаменитую демонстрацию в 1901 году. Уже в 1904 году Патентное бюро лишает патента на радио Николу, а через год присуждает его Маркони. Судя по всему, тут не обошлось без финансового влияния Томаса Эдисона и Эндрю Карнеги, которые были в конфронтации с Теслой.

В 1943 году, уже после смерти Николы Теслы, Верховный суд США разобрался в ситуации и признал более значительный вклад этого учёного в качестве изобретателя радиотехнологий.

Отмотаем немного назад. В 1898 году на электротехнической выставке в Мэдисон-Сквер-Гарден Тесла продемонстрировал изобретение, которое он назвал «телеавтоматикой». Фактически это была модель лодки, перемещением которой можно управлять дистанционно через пульт.

Так выглядела радиоуправляемая лодка Теслы

Никола Тесла на деле показал возможности использования технологии передачи радиоволн. Сегодня дистанционное управление сплошь и рядом, начиная от телевизионного пульта и заканчивая полётами беспилотников.

Асинхронный двигатель и электромобиль Теслы

В 1888 году Тесла получил патент на электрическую машину, в которой под воздействием переменного тока создаётся вращение.

Не будем вдаваться в технические особенности работы асинхронного двигателя – те, кому это интересно, могут ознакомиться с соответствующим материалом на Википедии . О чём нужно знать, так это о том, что двигатель имеет простую конструкцию, не требует высоких затрат на изготовление и надёжен в эксплуатации.

Тесла намеревался использовать своё изобретение как альтернативу двигателям внутреннего сгорания . Но так уж случилось, что в этот период никто в подобных инновациях не был заинтересован, да и финансовое положение самого учёного не позволяло ему особо разгуляться.

Интересный факт! В Силиконовой долине великому изобретателю установлен памятник. Символично, что он раздаёт бесплатный Wi-Fi.

Нельзя не упомянуть и об окутанном тайной электромобиле Теслы . Именно из-за сомнительности этой истории не будем выводить её отдельным пунктом. Тем более, что тут не обошлось без электродвигателя.

1931 год, Нью-Йорк. Никола Тесла провёл демонстрацию работы автомобиля, в котором якобы вместо двигателя внутреннего сгорания был установлен двигатель переменного тока мощностью 80 л.с. Учёный колесил на нём около недели, разгоняясь до 150 км/ч. А загвоздка в следующем: двигатель работал без видимого источника питания , да и на подзарядку машина якобы никогда не ставилась. Единственное, к чему мотор был подключён, это коробочка, собранная из лампочек и транзисторов, которые Тесла купил в ближайшем магазине радиоэлектроники.

Для демонстрации был использован автомобиль Pierce Arrow1931 года

На все расспросы Никола отвечал, что энергия берётся из эфира. Газетные скептики начали обвинять его чуть ли не в чёрной магии, и раздосадованный гений, забрав свою коробочку, вообще отказался что-либо комментировать и объяснять.

Подобное событие в биографии Теслы действительно имеет место, но всё же эксперты ставят под сомнение, что он нашёл способ получать энергию для авто из «воздуха». Во-первых, в записях учёного нет и намёка на двигатель, работавший от эфира, а во-вторых, есть предположения, что Никола таким образом одурачил общественность, чтобы привлечь внимание к самой идее электрических автомобилей. А непосредственно для передвижения данного прототипа мог использоваться либо скрытый аккумулятор, либо ДВС с модернизированной системой выхлопа.

Как бы там ни было, сегодня существует компания, в каком-то смысле реализующая эту идею Теслы. Названа она именем изобретателя.

Переменный ток

Так или иначе, перечисленные выше изобретения Николы Теслы связанны с переменным током – типом эклектического тока, способного изменять направление и величину в определённые промежутки времени. Подробнее об отличиях постоянного тока от переменного можете почитать в учебнике по физике.

В нашем случае нужно знать, что при передаче переменного тока от станции к потребителю энергопотери значительно ниже, да и трансформировать его гораздо проще. Таким образом, переменный ток можно назвать более практичным в плане распространения . На этом и настаивал Тесла.

Томас Эдисон как сторонник постоянного тока и как человек, зарабатывающий на этом деньги, всячески очернял идею использования переменного тока. Он говорил об опасности этого решения и даже убивал животных переменным током. Но справедливость восторжествовала, и сегодня по проводам вашего города проходит переменный ток.

Эпилог

Изначально задумывалось, что в этой статье будут кратко освещены важнейшие изобретения Николы Теслы. Но в ходе её написания выяснилось, что весь гений этого человека невозможно раскрыть в двух словах. Тесла действительно имел прогрессивные взгляды и удивлял мир своими открытиями. К сожалению, у него не всегда получалось доносить до общественности значимость его идей, особенно в условиях давления со стороны недоброжелателей.

Трансформатор Тесла своими руками

Наша рабочая модель самодельного трансформатора Тесла в действии

1. Описание: катушки Тесла- это простейший трансформатор, состоящий из двух катушек без общего сердечника. Первичная обмотка (первичка) имеет несколько (3-10) витков толстого провода. Вторичная (высоковольтная) обмотка содержит намного больше витков, порядка 1000. Трансформатор Тесла обладает коэффициентом трансформации в 10-50 раз выше отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь значительную длину, в зависимости от мощности конечно.

применение простейшей катушки Тесла в быту.

2. Изобретение: «Трансформатор Тесла» в том виде, который нам известен, стал итогом одного из экспериментов в Колорадо-Спрингс (США) проходивших в далёком 1899 году. Предвестником изобретения стало открытие, сделанное Николой Тесла в 1888 году явления вращающегося магнитного поля и строительство электрогенератора высокой и сверхвысокой частот. В 1891 году учёный создаёт резонансный трансформатор, позволяющий получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт. В своих изысканий Никола Тесла доказал возможность создания стоячей электромагнитной волны. Само изобретение наружу кажется очень простым и незамысловатым, в действительности самое сложное в трансформаторе Тесла, — это цепь питания для первичной обмотки трансформатора.

3. Эксперимент: работая с гигантской катушкой, Тесла дошёл до строительства целой башни высотой в несколько десятков метров, которую венчала большая медная полусфера, и при включении установки возникали искровые разряды длиной до сорока метров. Молнии сопровождались громовыми раскатами, слышимыми за 24 километра. Вокруг самой башни, во время её работы, пылал огромный световой шар. Идущие по улице, люди испуганно шарахались с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры. Лошади получали электрошоковые удары через железные подковы. На многих, в том числе значительно удалённых, металлических предметах возникали синие ореолы – «огни святого Эльма».

Башня Ворденклиф при лаборатории Николы Тесла 1901-1917- первая беспроводная телекоммуникационная башня

Человек, устроивший всю эту электрическую фантасмагорию в 1899 году из своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, вовсе не собирался пугать людей. Его цель была иной, и она была достигнута: за двадцать пять миль от башни под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов.

4. Как сделать простейшую катушку Тесла: Берём любой источник высокого напряжения (МИНИМУМ 1.5кВ и вообще привыкайте, что теперь вольтов не существует, есть только кВ, а 1.5кВ так же мало, как 1.5В в обычной жизни) лучше брать не меньше 5 кВ, его подключаем к любому конденсатору на нужное напряжение (если ёмкость слишком большая, то нужен будет ещё и диодный мост, но для начала лучше экспериментировать с малыми емкостями).

Затем через искровой промежуток — два провода, смотанные изолентой, так что их оголённые концы смотрят в одну сторону (подгибая проволоку провода регулируем зазор, настроенный на пробой при напряжении чуть выше напряжения источника, ток-то переменный, так что в пике напряжение выше номинального), подключаете это дело к первичной обмотке катушки (для наших параметров лучше брать 5-6 витков). Для вторичной обмотки достаточно будет 150 витков (можно намотать на обычную картонную трубку) и, если Вы всё сделали правильно, то получите разряд в 1см если приблизить выводы катушки и довольно заметную корону, если их развести. Да, не забудьте один нижний вывод вторичной обмотки хорошенько заземлить.

Простейший трансформатор Тесла в работе. Для его создания понадобился высоковольтный источник питания.

Цель данной статьи- показать как своими руками можно сделать настоящую трансформатор (катушку) Тесла с нуля. Итак, начнём!

5. Требования к оборудованию: для Теслы, которую не стыдно показать, уже нужно попотеть.

а) Входное напряжение нужно МИНИМУМ 6кВ, иначе искровик стабильно работать не будет (настройка будет сбиваться).
б) Искровик должен быть из масивных кусков меди, желательна их честкая фиксация в нужном положении.
в) Мощность на входе не ниже 50Вт, но лучше 100+.
г) Конденсатор и первичная обмотка должны образовывать колебательный контур, попадающий в резонанс со вторичной обмоткой. Вторичная обмотка может иметь много кратных резонансов (например, в нашей схеме резонирует на 200, 400, 800 и 1200кГц, почему так — не знаю, но это проверено экспериментально на точном оборудовании), причём одни сильнее, а другие слабее (первый не обязательно самый сильный) и они зависят от расположения первичной обмотки. Как определить эти частоты без генератора частот не знаю — придётся использовать метод «научного тыка”, перематывая первичную обмотку и меняя ёмкость конденсатора.
д) Ещё потребуется либо относительно маленькая ёмкость конденсатора (чтобы он до большого напряжения переменным током заряжался), либо диодный мост выпрямления тока (с мостом мне как-то спокойнее — можно любую ёмкость подключать, но там нужен резистор для её разрядки, после выключения питания либо в ручную его закорачивать, а то он ОЧЕНЬ больно бьёт током).
е) Первичная обмотка должна быть хорошо заизолирована от вторичной, иначе пробьёт на неё. Вторичная обмотка также должна иметь хорошую межвитковую изоляцию, иначе из каждой царапины на лаке будет идти корона, либо вообще вся катушка будет светиться.

А теперь поговорим о том, как создать катушку, подобную той, что изображена на самом верху!

6.СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА ТЕСЛА

Принципиальная схема трансформатора Тесла, по которой собрана наша катушка.

Как Вы видите, в данной схеме минимум элементов, что нисколько не облегчает нашу задачу. Ведь чтобы она работала необходимо её не только собрать, но и настроить! Начнём по-порядку.

7. Принципы безопасности:

Прежде чем начинать какую либо практическую работу связанную с электричеством, очень важно для себя оценить всю его опасность и предупредить возможные риски. Помните, что смертельный ток для человека это жалкие 0,1 Ампера, а неотпускающий – переменный ток, который за счет периодических импульсов вызывает прилипание человека к источнику тока, возникает при силе от 0,025 ампер;

Помните про опасность при работе с электричеством!

При попадании под электрическое напряжение пострадавший всегда получает шок, а вот его последствия могут быть различными: от судорог пальцев конечностей и их дрожи, от неприятных ощущений нагревания и жжения до остановки дыхания и фибрилляции сердца (бессистемного сокращения) и полной его остановки. В последнем случае кровь перестает перемещаться по сосудам, отчего человек умирает. Кроме того, электрический ток является опасным для человека, поскольку при определенных значениях его силы создается эффект прилипания к оголенным проводам из-за чрезмерного стимулирования электричеством нервных волокон. Одной из причин смерти от удара током может стать механическая травма в результате непроизвольного сокращения мышц. Может наступить потеря зрения из-за воздействия на сетчатку глаза образовавшейся электрической дуги. И, если вы не обладаете должным практическим навыком работы, то потренируйтесь сначала на более простых вещах, прежде чем начинать подобный этому большой проект.

8. Схема питания трансформатора Тесла:

8.1. МОТЫ: такой трансформатор есть в микроволновке. Представляет собой обычный силовой трансформатор с одной лишь разницей, что его сердечник работает в режиме, близком к насыщению. Это означает, что несмотря на малые размеры, он имеет мощность до 1,5 кВт. Однако, есть и отрицательные стороны у такого режима работы. Это и большой ток холостого хода, около 2-4 А, и сильный нагрев даже без нагрузки, про нагрев с нагрузкой я молчу. Обычное выходное напряжение у МОТа — 2000-2200 вольт при силе тока 500-850 мА.

МОТ — силовой трансформатор.

У всех МОТов первичка намотана внизу, вторичка сверху. Делается это для хорошей изоляции обмоток. На вторичке, а иногда и на первичке намотана накальная обмотка магнетрона, около 3,6 вольт. Причём между обмотками можно заметить две металлические перемычки. Это — магнитные шунты. Основное их назначение — замкнуть на себя часть создаваемого первичкой магнитного потока и таким образом ограничить магнитный поток через вторичку и её выходной ток на некотором уровне. Делается это из-за того, что при отсутствии шунтов при коротком замыкании во вторичке (при дуге) ток через первичку многократно возрастает и ограничивается лишь её сопротивлением, которое и так очень мало.

Таким образом, шунты не дают трансу быстро перегреться при подключенной нагрузке. Хотя МОТ и греется, но в печке ставят вентилятор для его охлаждения и он не сдыхает. Если же шунты удалить, то мощность, отдаваемая трансом, повышается, но перегрев происходит гораздо быстрее. Шунты у импортных МОТов обычно хорошо залиты эпоксидкой и их не так просто удалить. Но сделать это всё-же желательно, уменьшится просадка под нагрузкой. Для уменьшения нагрева могу посоветовать погрузить МОТ в масло, но сделать это таким образом, чтобы масло в случае перегрева или даже возгорания не могло причинить вреда.

Батарея из трансформаторов МОТ для питания нашей катушки Тесла

Мы использовали батарею из четырёх МОТов, собранную аналогичным нашей схеме. Помните. что напряжение на вторичной обмотке многократно превышает сетевое и смертельно опасно, опасайтесь дуговых разрядов и не работайте без снятия напряжения!

8.2. Конденсаторный блок — Капы: Под Капами подразумеваются высоковольтные керамические конденсаторы (серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14 -для установок высокой частоты!) Самое сложное в капах- это найти их.

Капы -высоковольтный конденсаторный блок

8.3. Фильтр от ВЧ: соответственно две катушки, выполняющие функцию фильтров от напряжения высокой частоты. В каждой 140 витков медного лакированного провода 0.5 мм в диаметре.

Фильтр высокой частоты и конденсаторный блок

Фильтр ВЧ и КАПы- конденсаторный блок для питания Теслы

8.4. Искровик: Искровик нужен для коммутации питания и возбуждения колебаний в контуре. Если в схеме не будет искровика, то питание будет, а колебаний нет. А еще блок питания начинает сифонить через первичку — а это короткое замыкание! Пока искровик не замкнут — капы заряжаются. Как только замыкается — начинаются колебания. Поэтому ставят балласт в виде дросселей — когда искровик замкнут дроссель мешает течь току от блока питания заряжается сам, а потом, когда разрядник разомкнется, заряжает капы с удвоенной злостью. И да, если бы в розетке было 200 кГц, разрядник естественно был бы не нужен.

Искровик для возбуждения колебаний в контуре катушки Тесла

Искровик для возбуждения колебаний в цепи питания катушки Тесла

8.5. Тор и катушка Тесла: Наконец-то очередь дошла и до самого трансформатора Тесла. Первичная обмотка катушки Тесла состоит из 7-9 витков провода очень большого сечения, впрочем подойдёт сантехническая медная трубка. Вторичная обмотка содержит от 400 до 800 витков, тут нужно подстраиваться. На первичную обмотку подаётся питание. У вторички один вывод надёжно заземлён, второй присоединён к ТОРУ (излучатель молний) . Тор, своеобразный токопроводящий бублик можно изготовить из обычной вентиляционной гофры.

Намотка катушки Тесла трудоёмкое и медитативное занятие

катушка Тесла перед сборкой

8.6. Небольшое видео про нашу самодельную катушку Тесла:

9. Практическое применение. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление) , беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см. : скин-эффект, Дарсонвализация) , оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние. Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных (в том числе неисправных) ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Есть теория, что его использовали для создания радиопомех.

Некоторые создают аттракционы, другие светильники и фокусы. один чудак и вовсе умудрился создать новогоднюю ёлку. Цвета у него получились благодаря нанесению разных веществ на излучатель. Например если нанести раствор какой нибудь борной кислоты, то будет корона зеленая. Если марганца,то вроде ярко синяя, если лития, то малиновый. Так что, катушка Тесла в руках современного человека превратилась в игрушку и только.

Применение катушки Тесла

Это должно изображать сигнализацию. Хотя совершенно очевидно, что такая близость может оказаться фатальной для электрооборудования автомобиля =)

У меня есть своя идея по применению трансформатора Тесла, но об этом в другой раз. 🙂

________________________________________________________________________

П.С. Выражаю благодарность создателю нашей катушки Тесла,

Ларионову А.

за предоставленные материалы!

Трансформатор, увеличивающий напряжение и частоту во много раз, называется трансформатором Тесла. Энергосберегающие и люминесцентные лампы, кинескопы старых телевизоров, зарядка аккумуляторов на расстоянии и многое другое создано благодаря принципу работы этого устройства. Не будем исключать его использование в развлекательных целях, ведь «трансформатор Тесла» способен создавать красивые фиолетовые разряды – стримеры, напоминающие молнию (рис. 1). В процессе работы образуется электромагнитное поле, способное воздействовать на электронные приборы и даже на организм человека, а при разрядах в воздухе происходит химический процесс с выделением озона. Чтобы сделать трансформатор Тесла своими руками, необязательно иметь широкие познания в области электроники, достаточно следовать этой статье.

Составные части и принцип работы

Все трансформаторы Тесла ввиду похожего принципа работы состоят из одинаковых блоков:

Источник питания.
Первичный контур.

Источник питания обеспечивает первичный контур напряжением необходимой величины и типа. Первичный контур создаёт колебания высокой частоты, генерирующие во вторичном контуре резонансные колебания. В результате на вторичной обмотке образуется ток большого напряжения и частоты, который стремится создать электрическую цепь через воздух - образуется стример.

От выбора первичного контура зависит тип катушки Тесла, источник питания и размер стримера. Остановимся на полупроводником типе. Он отличается простой схемой с доступными деталями, и маленьким питающим напряжением.

Подбор материалов и деталей

Произведём поиск и подбор деталей к каждому вышеперечисленному узлу конструкции:

После намотки изолируем вторичную катушку краской, лаком или другим диэлектриком. Это предотвратит попадание в неё стримера.

Терминал – дополнительная ёмкость вторичного контура, подключённая последовательно. При малых стримерах в нем нет необходимости. Достаточно вывести конец катушки на 0,5–5 см вверх.

После того, как собрали все необходимые детали для катушки Тесла, приступаем к сборке конструкции своими руками.

Конструкция и сборка

Сборку делаем по простейшей схеме на рисунке 4.

Отдельно устанавливаем источник питания. Детали можно собрать навесным монтажом, главное исключить замыкание между контактами.

При подключении транзистора важно не перепутать контакты (рис. 5).

Для этого сверяемся со схемой. Плотно прикручиваем радиатор к корпусу транзистора.

Собирайте схему на диэлектрической подложке: кусок фанеры, пластиковый поднос, деревянная коробка и др. Отделяем схему от катушек диэлектрической пластиной или доской, с миниатюрным отверстием для проводов.

Закрепляем первичную обмотку так, чтобы предотвратить падение и касание со вторичной обмоткой. В центре первичной обмотки оставляем место для вторичной катушки, с учётом того, что оптимальное расстояние между ними 1 см. Каркас использовать необязательно – достаточно надёжного крепления.

Устанавливаем и закрепляем вторичную обмотку. Делаем необходимые соединения согласно схеме. Посмотреть на работу изготовленного трансформатора Тесла можно на видео представленном ниже.

Включение, проверка и регулировка

Перед включением уберите электронные устройства подальше от места испытания, чтобы исключить их поломку. Помните об электробезопасности! Для успешного запуска по порядку выполняем следующие пункты:

Выставляем переменный резистор в среднее положение. При подаче питания, убеждаемся в отсутствии повреждений.
Визуально проверяем наличие стримера. Если он отсутствует, подносим к вторичной катушке люминесцентную лампочку или лампу накаливания. Свечение лампы подтверждает работоспособность «трансформатора Тесла» и наличие электромагнитного поля.
Если устройство не работает, в первую очередь меняем местами выводы первичной катушки, а уже потом проверяем транзистор на пробой.
При первом включении следите за температурой транзистора, при необходимости подключите дополнительное охлаждение.

Отличительной особенностью мощного трансформатора Тесла являются большое напряжение, большие габариты устройства и способ получения резонансных колебаний. Немного расскажем о том, как работает и как сделать трансформатор Тесла искрового типа.

Первичный контур работает на переменном напряжении. При включении, происходит заряд конденсатора. Как только конденсатор заряжается по максимуму, происходит пробой разрядника – устройства из двух проводников с искровым промежутком, наполненным воздухом или газом. После пробоя, образуется последовательная цепь из конденсатора и первичной катушки, называемая LC контуром. Именно этот контур создаёт высокочастотные колебания, которые создают во вторичной цепи резонансные колебания и огромное напряжение (рис. 6).

При наличии необходимых деталей, мощный трансформатор Тесла можно собрать своими руками даже в домашних условиях. Для этого достаточно внести изменения в маломощную схему:

Увеличить диаметры катушек и сечение провода в 1,1 – 2,5 раза.
Добавить терминал в форме тороида.
Поменять источник постоянного напряжения на переменный с высоким повышающим коэффициентом, выдающим напряжение 3–5 кВ.
Изменить первичный контур согласно схеме на рисунке 6.
Добавить надёжное заземление.

Искровые трансформаторы Тесла могут достигать мощности до 4,5 кВт, следовательно, создавать стримеры больших размеров. Наилучший эффект получается при достижении одинаковых показателей частоты обоих контуров. Реализовать это можно расчётом деталей в специальных программах – vsTesla, inca и другие. Скачать одну из русскоязычных программ можно по ссылке: http://ntesla.at.ua/_fr/1/6977608.zip .