bobina Tesla Este o înfășurare care funcționează ca un generator de înaltă tensiune și frecvență înaltă. A fost inventat de fizicianul Nikola Tesla (1856 - 1943), care l-a brevetat în 1891.
Inducția magnetică l-a făcut pe Tesla să se gândească la posibilitatea de a transmite energie electrică fără intervenția conductorilor. Prin urmare, ideea savantului și a inventatorului a fost de a crea un dispozitiv care să servească la transferul de energie electrică fără a utiliza cabluri. Cu toate acestea, utilizarea acestei mașini este foarte ineficientă, așa că a ajuns să fie abandonată la scurt timp în acest scop..
Chiar și așa, bobinele Tesla pot fi găsite în continuare cu unele aplicații specifice, cum ar fi în piloni sau în experimente de fizică..
Indice articol
Bobina a fost creată de Tesla la scurt timp după ce experimentele lui Hertz au ieșit la iveală. Tesla însuși l-a numit „aparat pentru transmiterea energiei electrice”. Tesla a dorit să demonstreze că energia electrică poate fi transmisă fără fir.
În laboratorul său din Colorado Springs, Tesla avea la dispoziție o bobină imensă de 16 metri atașată la o antenă. Dispozitivul a fost folosit pentru a efectua experimente de transmitere a energiei.
Cu o ocazie a avut loc un accident cauzat de această bobină în care au fost arse dinamo de la o fabrică situată la 10 kilometri distanță. Ca urmare a defecțiunii, s-au produs arcuri electrice în jurul înfășurărilor dinamelor.
Nimic din toate acestea nu l-a descurajat pe Tesla, care a continuat să experimenteze numeroase modele de bobine, care astăzi poartă numele său..
Faimoasa bobină Tesla este unul dintre numeroasele modele pe care Nikola Tesla le-a realizat pentru a transmite electricitate fără fire. Versiunile originale erau de dimensiuni mari și foloseau surse de înaltă tensiune și curent mare..
În mod natural, astăzi există modele mult mai mici, mai compacte și de casă pe care le vom descrie și explica în secțiunea următoare..
Un design bazat pe versiunile originale ale bobinei Tesla este cel prezentat în figura de mai sus. Diagrama electrică din figura anterioară poate fi împărțită în trei secțiuni.
Sursa constă dintr-un generator de curent alternativ și un transformator de câștig mare. Ieșirea sursă este de obicei între 10.000 V și 30.000 V..
Se compune dintr-un comutator S cunoscut sub numele de „Spark Gap” sau „Explosor”, care închide circuitul când o scânteie sare între capetele sale. Circuitul LC 1 are, de asemenea, un condensator C1 și o bobină L1 conectate în serie..
Circuitul LC 2 constă dintr-o bobină L2 având un raport de rotații de aproximativ 100 la 1 față de bobina L1 și un condensator C2. Condensatorul C2 se conectează la bobina L2 prin sol.
Bobina L2 este de obicei o sârmă înfășurată cu un email izolant pe un tub realizat din material neconductiv, cum ar fi ceramică, sticlă sau plastic. Bobina L1, deși nu este prezentată în diagramă, este înfășurată pe bobina L2.
Condensatorul C2, ca toți condensatorii, este format din două plăci metalice. În bobinele Tesla, una dintre plăcile C2 are, de obicei, forma unei cupole sferice sau toroidale și este conectată în serie cu bobina L2..
Cealaltă placă a C2 este mediul din apropiere, de exemplu un piedestal metalic finisat într-o sferă și conectat la masă pentru a închide circuitul cu celălalt capăt al L2, de asemenea conectat la masă.
Când o bobină Tesla este pornită, sursa de înaltă tensiune încarcă condensatorul C1. Când aceasta atinge o tensiune suficient de mare, face un salt de scânteie în comutatorul S (scânteie sau explozor), închizând circuitul rezonant I.
Apoi condensatorul C1 se descarcă prin bobina L1 generând un câmp magnetic variabil. Acest câmp magnetic variabil trece, de asemenea, prin bobina L2 și induce o forță electromotivă pe bobina L2..
Deoarece L2 este cu aproximativ 100 de ture mai lung decât L1, tensiunea electrică din L2 este de 100 de ori mai mare decât cea din L1. Și întrucât în L1 tensiunea este de ordinul a 10 mii de volți, atunci în L2 va fi de 1 milion de volți.
Energia magnetică acumulată în L2 este transferată ca energie electrică la condensatorul C2, care atunci când atinge valori maxime de tensiune de ordinul unui milion de volți ionizează aerul, produce o scânteie și este descărcat brusc prin sol. Descărcările au loc între 100 și 150 de ori pe secundă.
Circuitul LC1 se numește rezonant deoarece energia acumulată în condensatorul C1 trece la bobina L1 și invers; adică apare o oscilație.
La fel se întâmplă în circuitul rezonant LC2, în care energia magnetică a bobinei L2 este transferată ca energie electrică la condensatorul C2 și invers. Adică, în circuit se produce un curent alternativ dus-întors.
Frecvența naturală de oscilație într-un circuit LC este
Când energia care este furnizată circuitelor LC are loc la aceeași frecvență cu frecvența naturală de oscilație a circuitului, atunci transferul de energie este optim, producând o amplificare maximă în curentul circuitului. Acest fenomen comun tuturor sistemelor oscilante este cunoscut sub numele de rezonanţă.
Circuitele LC1 și LC2 sunt cuplate magnetic, un alt fenomen numit inducerea reciprocă.
Pentru ca transferul de energie de la circuitul LC1 la LC2 și invers să fie optim, frecvențele de oscilație naturală ale ambelor circuite trebuie să se potrivească și trebuie să se potrivească și cu frecvența sursei de înaltă tensiune.
Acest lucru se realizează prin ajustarea valorilor de capacitate și inductanță în ambele circuite, astfel încât frecvențele de oscilație să coincidă cu frecvența sursei:
Când se întâmplă acest lucru, puterea de la sursă este transferată eficient în circuitul LC1 și din LC1 în LC2. În fiecare ciclu de oscilație, energia electrică și magnetică acumulată în fiecare circuit crește..
Când tensiunea electrică în C2 este suficient de mare, atunci energia este eliberată sub formă de fulger prin descărcarea C2 la sol..
Ideea inițială a lui Tesla în experimentele sale cu aceste bobine a fost întotdeauna să găsească o modalitate de a transmite energia electrică pe distanțe lungi fără cabluri..
Cu toate acestea, eficiența scăzută a acestei metode datorată pierderilor de energie prin dispersie prin mediu a făcut necesară căutarea altor mijloace de transmitere a energiei electrice. Astăzi cablajul este încă folosit.
Cu toate acestea, multe dintre ideile originale ale lui Nikola Tesla sunt încă prezente în sistemele de transmisie prin cablu de astăzi. De exemplu, Tesla a conceput transformatoare step-up în stațiile electrice pentru transmisia prin cabluri cu pierderi mai mici și transformatoare step-down pentru distribuția la domiciliu..
În ciuda faptului că nu au o utilizare pe scară largă, bobinele Tesla continuă să fie utile în industria electrică de înaltă tensiune pentru testarea sistemelor de izolare, a turnurilor și a altor dispozitive electrice care trebuie să funcționeze în siguranță. Ele sunt, de asemenea, utilizate în diferite spectacole pentru a genera fulgere și scântei, precum și în unele experimente de fizică..
În experimentele de înaltă tensiune cu bobine Tesla mari, este important să se ia măsuri de siguranță. Un exemplu este utilizarea cuștilor Faraday pentru protecția observatorilor și a costumelor din plasă metalică pentru artiștii care participă la spectacole cu aceste role..
Nicio sursă de înaltă tensiune nu va fi utilizată în această versiune în miniatură a bobinei Tesla. Dimpotrivă, sursa de energie va fi o baterie de 9 V, așa cum se arată în diagrama din figura 3.
Cealaltă diferență față de versiunea originală Tesla este utilizarea unui tranzistor. În cazul nostru va fi 2222A, care este un tranzistor NPN cu semnal scăzut, dar cu un răspuns rapid sau cu frecvență înaltă..
Circuitul are, de asemenea, un comutator S, o bobină primară L1 de 3 spire și o bobină secundară L2 de 275 de spire minime, dar poate fi și între 300 și 400 de spire.
Bobina primară poate fi construită cu un fir comun cu izolație din plastic, dar cel secundar necesită un fir subțire acoperit cu lac izolator, care este cel utilizat de obicei în înfășurări. Înfășurarea se poate face pe un tub de carton sau plastic care are între 3 și 4 cm în diametru.
Trebuie amintit că pe vremea lui Nikola Tesla nu existau tranzistori. În acest caz, tranzistorul înlocuiește „spark gap” sau „explozor” al versiunii originale. Tranzistorul va fi folosit ca poartă care permite sau nu trecerea curentului. Pentru aceasta tranzistorul este polarizat astfel: colectorul c către terminalul pozitiv și emițător și la borna negativă a bateriei.
Când baza b are polarizare pozitivă, apoi permite trecerea curentului de la colector la emițător și, în caz contrar, îl împiedică.
În schema noastră, baza este conectată la pozitivul bateriei, dar este introdus un rezistor de 22 kg ohm, pentru a limita excesul de curent care poate arde tranzistorul.
Circuitul prezintă, de asemenea, o diodă LED care poate fi roșie. Funcția sa va fi explicată mai târziu..
La capătul liber al bobinei secundare L2 este plasată o bilă mică de metal, care poate fi realizată prin acoperirea unei bile de polistiren sau a unei bile cu pong cu folie de aluminiu..
Această sferă este placa unui condensator C, cealaltă placă fiind mediul înconjurător. Aceasta este ceea ce este cunoscut sub numele de capacitate parazitară.
Când comutatorul S este închis, baza tranzistorului este polarizată pozitiv, iar capătul superior al bobinei primare este, de asemenea, pozitiv polarizat. Așadar, apare brusc un curent care trece prin bobina primară, continuă prin colector, pleacă prin emițător și se întoarce în stivă..
Acest curent crește de la zero la o valoare maximă într-un timp foarte scurt, motiv pentru care induce o forță electromotivă în bobina secundară. Acest lucru produce un curent care merge de la partea de jos a bobinei L2 la baza tranzistorului. Acest curent încetează brusc polarizarea pozitivă a bazei, astfel încât fluxul de curent prin primar să se oprească..
În unele versiuni, dioda LED este eliminată și circuitul funcționează. Cu toate acestea, plasarea acestuia îmbunătățește eficiența în tăierea polarizării bazei tranzistorului..
În timpul ciclului de creștere rapidă a curentului în circuitul primar a fost indusă o forță electromotivă în bobina secundară. Deoarece raportul de rotații între primar și secundar este de 3 până la 275, capătul liber al bobinei L2 are o tensiune de 825 V față de sol.
Datorită celor de mai sus, se produce un câmp electric intens în sfera condensatorului C capabil să ionizeze gazul la presiune scăzută a unui tub de neon sau a unei lămpi fluorescente care se apropie de sfera C și să accelereze electronii liberi din interiorul tubului. excita atomii care produc emisia de lumină.
Deoarece curentul a încetat brusc prin bobina L1 și bobina L2 descărcată prin aerul care înconjoară C spre sol, ciclul este repornit.
Punctul important în acest tip de circuit este că totul se întâmplă într-un timp foarte scurt, astfel încât să aveți un oscilator de înaltă frecvență. În acest tip de circuit, oscilația rapidă sau rapidă produsă de tranzistor este mai importantă decât fenomenul de rezonanță descris în secțiunea anterioară și referindu-se la versiunea originală a bobinei Tesla..
Odată ce mini-bobina Tesla este construită, este posibil să experimentați cu ea. Evident, fulgerele și scânteile versiunilor originale nu vor fi produse.
Cu toate acestea, cu ajutorul unui bec fluorescent sau a unui tub de neon, putem observa cum efectul combinat al câmpului electric intens generat în condensator la sfârșitul bobinei și frecvența ridicată a oscilației acelui câmp, fac lampa aprindeți doar apropiindu-vă de sfera condensatorului.
Câmpul electric puternic ionizează gazul de joasă presiune din tub, lăsând electroni liberi în gaz. Astfel, frecvența ridicată a circuitului face ca electronii liberi din interiorul tubului fluorescent să accelereze și să excite pulberea fluorescentă care aderă la peretele interior al tubului, provocând emiterea de lumină..
Un LED luminos poate fi, de asemenea, apropiat de sfera C, observând cum se aprinde chiar și atunci când pinii LED-ului nu au fost conectați..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.