Катушка Тесла, разработанная в 1891 году Николой Тесла, была создана для проведения экспериментов по созданию высоковольтных электрических разрядов. Он состоит из источника питания, конденсатора и катушечного трансформатора, установленного таким образом, что пики напряжения чередуются между ними, и электродов, установленных таким образом, что искры прыгают между ними по воздуху. Катушка Тесла, используемая в устройствах от ускорителей частиц до телевизоров и игрушек, может быть изготовлена из оборудования магазина электроники или из лишних материалов. В этой статье описывается, как создать катушку Тесла с искровым разрядником, которая отличается от твердотельной катушки Тесла и не может воспроизводить музыку.
Шаги
Часть 1 из 2: Планирование катушки Тесла
Шаг 1. Прежде чем строить катушку Тесла, примите во внимание размер, размещение и требования к питанию
Вы можете построить катушку Тесла настолько большой, насколько позволяет ваш бюджет; однако искры, похожие на молнии, катушки Тесла выделяют тепло и расширяют воздух вокруг себя (по сути, создавая гром). Их электрические поля также могут нанести ущерб электронным устройствам, поэтому вы, вероятно, захотите построить и запустить свою катушку Тесла в труднодоступном месте, например, в гараже или другой мастерской. Вы также захотите подумать, имеет ли смысл строить катушку Тесла из комплекта или собирать материалы с нуля. Оба имеют преимущества и недостатки с точки зрения стоимости, времени на строительство, ресурсов для помощи и надежности.
Чтобы определить, насколько большой искровой промежуток вы можете разместить или сколько энергии вам нужно для его работы, разделите длину искрового промежутка в дюймах на 1,7 и возведите его в квадрат, чтобы определить входную мощность в ваттах. (И наоборот, чтобы найти длину искрового промежутка, умножьте квадратный корень из мощности в ваттах на 1,7.) Катушка Тесла, которая создает искровой промежуток в 60 дюймов (150 см) (1,5 метра), потребует 1 246 ватт. (Катушка Тесла, использующая источник питания мощностью 1 киловатт, создаст искровой промежуток почти 54 дюйма или 1,37 метра.)
Шаг 2. Выучите терминологию
Проектирование и создание катушки Тесла требует понимания определенных научных терминов и единиц измерения. Вам нужно понять их назначение и функцию, чтобы правильно сделать катушку Тесла. Вот некоторые из терминов, которые вам необходимо знать:
- Емкость - это способность удерживать электрический заряд или количество электрического заряда, сохраненного для данного напряжения. (Устройство, предназначенное для удержания электрического заряда, называется конденсатором.) Емкость измеряется фарадами (сокращенно «F»). Фарад определяется как 1 ампер-секунда (или кулон) на вольт. Обычно емкость измеряется в меньших единицах, таких как микрофарад (сокращенно «мкФ»), миллионная доля фарада или пикофарад (сокращенно пФ и иногда читается как «затяжка»), составляющая триллионную долю фарада.
- Индуктивность или самоиндуктивность - это то, сколько напряжения несет электрическая цепь на величину тока в цепи. (Высоковольтные линии электропередач, которые проводят высокое напряжение, но низкий ток, имеют высокую индуктивность.) Единицей измерения индуктивности является генри (сокращенно «H»). Генри определяется как 1 вольт-секунда на ампер тока. Обычно индуктивность измеряется в меньших единицах, таких как миллигенри (сокращенно «мГн»), тысячная часть генри или микрогенри (сокращенно «мкГн»), миллионная часть генри.
- Резонансная частота или резонансная частота - это частота, при которой сопротивление передаче энергии минимально. (Для катушки Тесла это оптимальная рабочая точка для передачи электроэнергии между первичной и вторичной катушками.) Единицей измерения резонансной частоты является герц (сокращенно «Гц»), определяемый как 1 цикл в секунду. Чаще всего резонансная частота измеряется в килогерцах (сокращенно «кГц»), причем килогерц равен 1000 герц.
Шаг 3. Соберите необходимые детали
Вам понадобится трансформатор источника питания, первичный конденсатор с высокой емкостью, узел искрового разрядника, первичная катушка индуктивности с низкой индуктивностью, вторичная катушка индуктивности с высокой индуктивностью, вторичный конденсатор с низкой емкостью и что-то для подавления или дросселирования., высокочастотные шумовые импульсы, создаваемые при работе катушки Тесла. Для получения дополнительной информации о деталях см. Следующий раздел «Изготовление катушки Тесла».
Ваш источник питания / трансформатор подает мощность через дроссели к первичной цепи или цепи резервуара, которая соединяет первичный конденсатор, первичную катушку индуктивности и узел искрового разрядника. Первичная катушка индуктивности расположена рядом с катушкой индуктивности вторичной цепи, которая соединена со вторичным конденсатором, но не подключена к ней. Как только вторичный конденсатор накопит достаточный электрический заряд, из него разряжаются струи электричества (молнии)
Часть 2 из 2: изготовление катушки Тесла
Шаг 1. Выберите трансформатор питания
Трансформатор источника питания определяет, насколько большой вы можете сделать катушку Тесла. Большинство катушек Тесла работают с трансформатором, который выдает напряжение от 5 000 до 15 000 вольт при токе от 30 до 100 миллиампер. Вы можете получить трансформатор в магазине излишков колледжа или в Интернете, или снять трансформатор с неоновой вывески.
Шаг 2. Изготовить первичный конденсатор
Лучший способ создать этот конденсатор - соединить несколько небольших конденсаторов последовательно, чтобы каждый конденсатор обрабатывал равную долю от общего напряжения первичной цепи. (Это требует, чтобы каждый отдельный конденсатор имел такую же емкость, как и другие конденсаторы в серии.) Этот тип конденсатора называется мульти-мини-конденсатором или MMC.
- Небольшие конденсаторы и связанные с ними резисторы утечки можно приобрести в магазинах электроники или в поисках керамических конденсаторов в старых телевизорах. Также можно сделать конденсаторы из листов полиэтилена и алюминиевой фольги.
- Чтобы максимизировать выходную мощность, первичный конденсатор должен иметь возможность достигать своей полной емкости за каждый полупериод частоты подаваемой на него мощности. (Для источника питания 60 Гц это означает 120 раз в секунду.)
Шаг 3. Спроектируйте узел искрового разрядника
Если вы планируете использовать один искровой разрядник, вам понадобятся металлические болты толщиной не менее четверти дюйма (6 миллиметров), которые будут служить искровым разрядником и выдерживать тепло, выделяемое при разряде электричества между искрами. Вы также можете соединить несколько искровых разрядников последовательно, использовать роторный искровой разрядник или продуть сжатым воздухом между искрами, чтобы снизить температуру. (Для продувания воздуха можно использовать старый пылесос.)
Шаг 4. Соберите первичную катушку индуктивности
Сама катушка будет сделана из проволоки, но вам понадобится что-то, чтобы намотать проволоку в форме спирали. Провод должен быть эмалированным медным проводом, который можно приобрести в магазине электроснабжения или оторвав сетевой шнур от выброшенного прибора. Предмет, вокруг которого вы наматываете проволоку, может быть либо цилиндрическим, например картонной или пластиковой трубкой, либо коническим, например, старый абажур.
Длина шнура определяет индуктивность первичной катушки. Первичная катушка должна иметь низкую индуктивность, поэтому для ее изготовления потребуется сравнительно мало витков. Вы можете использовать прерывистые отрезки провода для первичной обмотки, чтобы можно было соединять отрезки вместе по мере необходимости для регулировки индуктивности на лету
Шаг 5. Соедините первичный конденсатор, узел искрового разрядника и первичную катушку индуктивности
На этом первичный контур замыкается.
Шаг 6. Соберите вторичную катушку индуктивности
Как и в случае с первичной катушкой, вы наматываете провод вокруг цилиндрической формы. Вторичная катушка должна иметь ту же резонансную частоту, что и первичная катушка, чтобы катушка Тесла работала эффективно. Однако вторичная катушка должна быть выше / длиннее первичной, потому что она должна иметь большую индуктивность, чем первичная катушка, а также для предотвращения любого электрического разряда из вторичной цепи, который может ударить и поджарить первичную цепь.
Если вам не хватает материалов, чтобы сделать вторичную катушку достаточно высокой, вы можете компенсировать это, построив ответную планку (по сути, громоотвод) для защиты первичной цепи, но это будет означать, что большая часть разрядов катушки Тесла попадет в ответную планку и не танцевать в воздухе
Шаг 7. Изготовить вторичный конденсатор
Вторичный конденсатор или разрядный вывод может иметь любую круглую форму, из которых 2 наиболее популярных - это тор (кольцевая или кольцевая форма) и сфера.
Шаг 8. Присоедините вторичный конденсатор к вторичной катушке индуктивности
Это замыкает вторичный контур.
Вторичная цепь должна быть заземлена отдельно от заземления ваших домашних цепей, питающих трансформатор, чтобы предотвратить прохождение потока электрического тока от катушки Тесла к земле для ваших домашних цепей и, возможно, поджаривания всего, что подключено к этим розеткам. Хороший способ сделать это - воткнуть металлический штырь в землю
Шаг 9. Собираем импульсные дроссели
Дроссели - это простые небольшие катушки индуктивности, которые удерживают импульсы, создаваемые искровым разрядником, от выхода из строя трансформатора питания. Вы можете сделать его, намотав тонкую медную проволоку на узкую трубку, например на одноразовую шариковую ручку.
Шаг 10. Соберите компоненты
Разместите первичную и вторичную цепи рядом друг с другом и подключите трансформатор питания к первичной цепи через дроссели. Как только вы подключите трансформатор, ваша катушка Тесла готова к работе.
Если первичная обмотка имеет достаточно большой диаметр, вторичную обмотку можно установить внутри нее
подсказки
- Чтобы контролировать направление стримеров, выходящих из вторичного конденсатора, размещайте металлические предметы рядом с конденсатором, но не касайтесь его. Стример будет проходить от конденсатора к объекту. Если в объекте есть свет, например лампа накаливания или люминесцентная лампа, электричество, исходящее от катушки Тесла, заставит его загореться.
- Проектирование и создание эффективной катушки Тесла требует работы с довольно сложными математическими уравнениями. К счастью, вы можете легко найти подходящие уравнения и онлайн-калькуляторы для выполнения необходимых вычислений.
Предупреждения
- Трансформаторы с твердой неоновой вывеской, такие как недавно изготовленные, обычно включают в себя прерыватель цепи замыкания на землю; следовательно, они не смогут управлять катушкой.
- Изготовление катушки Тесла - непростая задача, если у вас еще нет некоторых знаний в области инженерии и электроники.
- Конденсатор, используемый для катушек Тесла и других высоковольтных и ионных генераторов или устройств, таких как Lifter, может накапливать и сохранять огромное количество электроэнергии и мгновенно разряжать всю энергию. Будьте предельно осторожны и не позволяйте детям или лицам, не прошедшим надлежащую подготовку по технике безопасности, прикасаться к нему или работать с ним.
