Как никола тесла делал конденсаторы
2. Ржонсницкий Б.Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. – М: Молодая гвардия, 1959.
О сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог изобретатель.
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
Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.
– Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.
– Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.
– Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.
– Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.
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.
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.
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.
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.
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
Оборудование: катушка Тесла, тонкий многожильный провод.
Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд
Оборудование: большая катушка Тесла, толстая медная проволока.
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.
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.
– 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.
В соответствии с патентом Грея № 4 595 975, ток низкого напряжения был преобразован в пульсирующий постоянный ток путем пропускания его через мульти-вибратор (зуммер, подобный дверному звонку). Затем полученный ток проходил через обмотку (первичную) низковольтного трансформатора, которая преобразовывала его в пульсирующий постоянный ток высокого напряжения во вторичной обмотке.
Пульсирующий постоянный ток высокого напряжения выпрямлялся при помощи двухполупериодного выпрямительного моста и трансформировался в постоянный ток высокого напряжения.
Постоянный ток высокого напряжения использовался для повторного заряда конденсатора, поскольку ток был направлен на незначительную разрядку вдоль искрового промежутка (3 000 вольт). Разрядка должна была протекать только в одном направлении, и ее продолжительность регулировалась величиной емкости конденсатора и силой магнитного поля, окружающего промежуток. Это магнитное поле обладало эффектом быстрого охлаждения, поскольку оно способствовало возникновению противоэлектродвижущей силы каждый раз, когда происходила разрядка. Ток, образовавшийся в результате разрядки вдоль промежутка, направлялся далее через резистор в электровакуумную лампу (конверсионная лампа коммутационного элемента).
Для того, чтобы выявить эту причину, нам необходимо переместиться в прошлое, на век назад, в год 1889, когда за два года до этого, в 1887 году Генрих Герц объявил о своем открытии электромагнитных волн, а Никола Тесла пытался повторить его эксперименты. Тесла использовал резкие и мощные электрические разряды, полученные при помощи батарей конденсатора с очень высокими потенциалами, и смог взорвать тонкую проволоку (медную шину). Он пришел к выводу, что Герц ошибся, приняв электростатическую индукцию (электрические ударные волны в воздухе) за электромагнитные волны.
В результате взрыва медных шин при помощи пробивных разрядов из батареи конденсатора образовались ударные волны, которые ударили исследователя с неимоверной силой. Тесла заявил, что это было похоже больше на выстрелы, чем на искровые разряды. Наблюдался эффект, похожий на молнию, или на ранее упомянутый эффект действия генераторов постоянного тока высокого напряжения.
Простое выключение высоковольтного генератора постоянного тока вызвало болезненный шок. В то время генераторы переменного тока были не в ходу, а позднее было доказано, что генераторы переменного тока не вызывали подобного эффекта.
Вновь открытый закон индукции демонстрировал, что радиантные ударные волны становились интенсивнее при столкновении с сегментированными объектами. Радиантные ударные волны перемещались над внешней поверхностью спирали из конца в конец, не проходя через обмотки катушки; напряжение ударных волн в 10 000 вольт, направленных в катушку размером 24 дюйма (60 см), повышалось до 240 000 вольт. Чем выше было сопротивление витков спирали, тем выше было максимальное напряжение. Это совершенно отличалось от магнитной индукции. Необходимо помнить, что Тесла проводил опыты не с электричеством, а с радиантными ударными волнами.
НИКОЛА ТЕСЛА О СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ
Кто бы что ни говорил, а она есть Свободная Энергия и Тесла знал как ее получить
Ниже я приведу полную выдержку одного его интервью:
". Tesla : Я понял, что было огромным преимуществом- прерывать волну на пике. Если бы я использовал обычный прерыватель, то он бы прерывал ток без разбора как на низком, так и на высоком участке волны. У меня было две формы этого аппарата: первый, в котором я управлял прерыванием напрямую с вала динамо, и другой, в котором я управлял этим с помощью изохронного двигателя. Затем, перемещением этих контактов (K K), я добивался точного совпадения времени контакта таким образом, чтобы он происходил точно на пике волны. Это - форма прерывания, которое включено теперь в сотни патентов и сейчас уже широко используется.
Да, но с другим типом контура- я бы, несомненно, получил её. Преимущество этого прибора было в подаче энергии в короткие промежутки времени, поэтому и могла возрастать мощность, и с этой схемой я выполнил все те замечательные эксперименты, которые перепечатываются время от времени в технических статьях. Я должен был убирать энергию из цепи при показателях в сотни или тысячи л.с.. В Колорадо, я достиг мощности в 18 миллионов л.с. и всегда - этим устройством: энергия накапливалась в конденсаторе и разряжалась в кратчайший интервал времени. Вы не смогли бы сделать это с незатухающой волной. Задемпфированная волна выгодна тем, что она дает Вам, с генератором в 1 киловатт, мошность в 2000, 3000, 4000, или 5000 киловатт; поскольку, если Вы имеете непрерывную или незатухающую волну, 1 киловатт дает Вам возможность получить волну на уровне 1 киловатта и не более. Это и является причиной того, что схема с искрогасящим разрядником стала популярной. Я усовершенствовал это так, что я имел возможность забрать энергию из двигателей расходуя их движущую силу ( можно перевести и как вращение). Например, если есть двигатель в 200 л.с., я собираю энергию в течении минуты, на уровне 5,000 или 6,000 л.с., заряжаю этой энергией конденсатор и разряжаю его же, но уже на уровне нескольких миллионов л.с. Эти эффекты были воспроизведены именно так.
Конденсатор является наиболее замечательным инструментом, как я отметил в своих отчетах, поскольку он позволяет нам получить больше мощности, чем даже от взрывчатых веществ. Нет предела энергии, которую можно получить от конденсатора, в отличии от взрывчатых веществ, у которых есть предел энергии. Обычный эксперимент, например, в моей лаборатории на Хьюстон Street: пропустить через катушку энергию на уровне нескольких тысяч л.с., поместить кусок толстой фольги на палку и приблизить это к катушке. Фольга плавилась, и не только плавилась, но как бы испарялась, находясь все еще в своей форме и весь этот процесс происходил в такой короткий интервал времени, что он был похож на выстрел из пушки. Как только я поместил это у катушки - произошел взрыв. Этот опыт поразил меня. Это очень просто показало мощность конденсатора, и в то время я был настолько опрометчив, что для того, чтобы продемонстрировать моим посетителям, что мои теории были правильны,- я засунул свою голову в эту катушку и остался невредим; правда, сейчас я этого бы уже не повторил. Мы это делали, конечно, только в большинстве случаев инструмент приема было другим.
Когда я работал с непрерывными или незатухающими волнами, с генерированными таким образом,- я обычно уходил в высокочастотный диапазон. Я работал также с частотой в несколько тысяч, но на выходе тогда получал меньше. Для того, чтобы получать мощность- эта машина должна работать на частотах коротковолнового диапазона.
Адвокат : Что означает для Вас- частоты коротковолнового диапазона?
Tesla: Я подразумеваю частоты 30,000, 40,000, 50,000, или около этого.
Адвокат: Я понял очень немного из Вашего заявления - некоторое время тому назад, когда Вы заявили об использовании нескольких тысяч л.с. для зарядки конденсатора и получении миллиона л.с. при его разрядке. Я бы очень удивился, если бы Вы получили то же самое на этой машине.
Tesla: Да; я зарядил конденсатор 40,000 вольтами. Когда он был полностью заряжен, я разрядил это сразу, через короткое замыкание, которое дало мне шкалу очень быстрых колебаний. Положим, что я зарядил конденсатор 10 ваттами. Для такой волны поток энергии составит (4 Х 104) 2, и это- помножено на частоту в 100,000. Вы видите, так можно получить тысячи или миллионы л.с.
Aдвокат: Я хотел бы прояснить: это зависело от внезапности ( быстрой) разрядки?
Tesla : Да. Это - просто электрический аналог копра или молота. Вы накапливаете энергию с помощью пройденного расстояния и затем Вы освобождаете это с огромной внезапностью ( быстротой). Расстояние, которое преодолевает масса— малое, поэтому давление получается огромным.
Адвокат: Вы считали, что это было наилучшим условием для передачи энергии без использования проводов?
Tesla : Нет, я не использовал этот метод для передачи энергии. Я использовал его только для получения эффектов, из- за которых меня прозвали волшебником. Если бы я использовал просто незатухающие волны, я был бы похож на какого-нибудь электромонтера.
Tesla : Эта катушка, которую я впоследствии неоднократно указал в своих патентах: 645,576 и 649,621, в форме спирали, была, как Вы видите, была ранее сделана в форме конуса.
Идея состояла в том, чтобы разместить катушку по отношению к первичке так, чтобы
получить индуктивную связь на расстоянии; теперь это называют свободной связью, но свободной - для возможности получения большого резонансного усиления. Как я и сказал- это было первым простым шагом по отношению к эволюции изобретения, которое я назвал "усилительный передатчик." Это означает, что цепь,- с огромной электромагнитной движущей силой и небольшим коэффициента затухания,- заземлена и подключена к антенне, причём с такими определяющими условиями, что в цепи может произойти огромное накопление электрической энергии.
Адвокат: М-р. Tesla, вот тут разъясните: что Вы называете электро-магнитной движущей силой ( импульсом)?
Tesla : Это означает, что Вы должны иметь инерцию в цепи. Вы должны иметь большую самоиндукцию для того, чтобы выполнить две вещи: во-первых, сравнительно низкая частота, которая сведет излучение электромагнитных волн к сравнительно небольшой величине, и во-вторых: большой резонансный эффект. Невозможно получить в антенне, например, сразу большую ёмкость и небольшую самоиндукцию. Большая ёмкость и небольшая самоиндукция – самый убогий тип цепи, которая может быть создана; она дает такой же небольшой резонансный эффект. Это и явилось причиной того, что в моих экспериментах в Колорадо энергии было в 1,000 раз больше, чем в теперешних антеннах.
Адвокат: Вы говорите, что энергии была 1,000 раз больше. Вы хотите сказать, что напряжение было повышено, или - ток, или - оба?
Tesla: Да [оба]. Для большей ясности, Я беру очень большую самоиндукцию и сравнительно небольшую ёмкость, и связываю их так, что электричество не может просочиться (излучится). Я таким образом получаю низкую частоту; но, как Вы знаете, электромагнитное излучение пропорционально квадратному корню ёмкости, деленный на самоиндукцию. Я не разрешаю энергии выходить; я накапливаю в этой цепи огромную энергию. Когда же получено высокое напряжение , то если я хочу получить электромагнитные волны, я так и делаю ( излучаю), но Я предпочитаю уменьшить эти волны в количестве и передать ток на землю, поскольку энергию электромагнитной волны не восстановимая тогда как ток с земли можно полностью рекуперировать (вернуть), мы как бы загружаем энергию в эластичную систему.
Адвокат: О какой гибкой системе Вы говорите?
Tesla: Я подразумеваю, что: если Вы передаете ток в цепь с большой самоиндукцией, и никакое излучение не происходит, и Вы имеете при этом низкое сопротивление,- нет возможности этой энергии излучиться в пространство; следовательно, импульсы - накапливаются.
Адвокат: Посмотрим, если я понял Вас правильно. Если Вы имеете излучение или электромагнитные волны, выходящие из Вашей системы, то энергия - утрачена?
Tesla: Безвовзратно утрачена. В моей цепи, в которой Вы можете получить также и
электромагнитные волны,- 90 процентов электромагнитных волн если Вам так хочется и 10 процентов в виде тока, которая пропускается через землю. Или, Вы можете развернуть процесс и получать 10 процентов энергии в электромагнитных волнах и 90 процентов в энергии тока, который пропускается через землю. Вы видите - прибор разработанный мной производил огромную разность потенциалов и токов в антенной цепи. Эти требования должны быть выполнены всегда и неважно: передаете ли Вы энергию текущим током или- электромагнитными волнами. Вы хотите получить ток высокого напряжения и большое накопление вибрационной энергии,- и к тому же Вы можете градуировать эту вибрационную энергию. Соответствующим дизайном и правильным выбором длин волн Вы можете сделать так, чтобы получить, например, 5 процентов в этих электромагнитных волнах и 95 процентов- в токе, который проходит через землю. Это – то, что делаю я. Или Вы можете получить, как эти радио мужи, 95 процентов в энергии электромагнитных волн и только 5 процентов- в энергии тока. . . . Прибор пригоден для обоих методов. Я не произвожу излучение в своей схеме; я подавляю электромагнитные волны. . . . В моей системе,- Вы должны отбросить саму идею того, что есть излучение, что энергия излучена. Энергия не излучается, а- сохраняется . .
Адвокат: Извините, что я опять Вас прерываю. Недавно Вы говорили о получении всей переданной Вами энергии- на Вашей приемной станции,- с помощью этого метода. Я не понимаю, как у Вас это получилось.
Tesla: Хорошо, Я объясню это. В моих первых попытках я, конечно же, просто обдумывал, как эффективно возбудить землю с такой силой, чтобы инструменты смогли заработать. Вы хорошо знаете, что прежде чем учиться летать, Вы сначала должны научиться ходить. Т.к. я улучшил свой прибор, то ясно понимал, что я смогу вернуть основную часть энергии, которая уходит по земле во всех направлениях, по той простой причине, что в системе, которую я разработал, как только этот ток попадет в землю, он не может её покинуть, поскольку частота передачи была низкой; следовательно, электро-магнитное излучение также было низким. Потенциал, электрический потенциал, - ведёт себя, как температура. Мы могли бы назвать потенциал- электрической температурой. Земля является огромным телом. Разности потенциалов на земле небольшие, излучение очень небольшое. Следовательно, если Я передаю свой ток на землю, энергия тока загружается туда как электромагнитная движущая сила колебаний и не поглощается до тех пор, пока я не помещу на расстоянии приёмник, он начнет получать энергию и энергия будет идти только в эту точку.
Адвокат: И мне кажется, что эти методы в Вашем уме представляются, как методы для получения незатухающих колебаний. Кажется, Вы сказали прежде, что Вы действительно использовали все эти методы в Колорадо и получали непрерывную генерацию.
Tesla: Да
Адвокат: Какой методом Вы использовали там [в Колорадо]: искру? -- дугу? -- или что за метод Вы использовали для получения непрерывной генерации?
Tesla: Метод был таким: у меня был ток в 550- вольт, которым я зарядил конденсаторы. Эти конденсаторы я разрядил через первичку в форме дуги; иногда я вводил в эту дугу механический прерыватель, который производил несколько тысяч прерываний в секунду. И я получал совершенно непрерывный пакет волн так, как и описано в моих патентах. Причина того, что я показываю конденсатор здесь [Фиг. 83]- это его синонимичность с незатухающими волнами (т.е. понятия: конденсатор и незатухающие волны- синонимы). Если бы я показал весь прибор таким же, как и размещенный там, тогда я бы мог все еще демпфировать волны; но если я использую генератор переменного тока или как-либо ещё получаю энергию для этого конденсатора, то тогда конденсатор обычно стоит там. Например, если я использую генератор переменного тока, я шунтирую его терминалы с конденсатором для того, чтобы увеличить ток в первичке. Затем я настраиваю эту цепь на генератор переменного тока и увеличиваю ток в первичке, соответственно коэффициенту индуктивности по отношению к сопротивлению. Следовательно, этот конденсатор стоит здесь для любого метода и просто означает (и что очевидно из описания в патенте), что в этой системе волны- незатухающие, поскольку высокие пики потенциала не могут быть получены другим путём. Всякий раз, когда я хочу получить высокий потенциал, я должен соблюсти эти правила для того, чтобы заставлять потенциал расти вплоть до этой величины. "
Никола Тесла, как и многие другие физики, многие годы своей жизни посвятил изучению энергии токов и способам ее передачи, созданию уникальных разработок. Одной из них была катушка Тесла – это резонансный трансформатор, предназначенный для получения токов высокой частоты.
Тесла, определенно, был гением. Именно он принес в мир использование переменного тока и запатентовал множество изобретений. Одно из них - знаменитая катушка, или трансформатор Тесла. Если у вас есть определенные знания и навыки, вы вполне можете самостоятельно создать катушку Тесла дома. Давайте выяснять, какова суть этого устройства и как создать его в домашних условиях, если вам вдруг этого очень сильно захотелось.
Что такое катушка Тесла и зачем она нужна?
Как уже отмечалось ранее, катушка Тесла представляет собой резонансный трансформатор. Назначение трансформатора - изменение значения напряжения электрического тока. Эти приборы бывают соответственно понижающие и повышающие.
Более подробно подробно о трансформаторах, их общем устройстве и назначении читайте в нашем отдельном материале.
С точки зрения электроники катушка Тесла представляет собой две обмотки без общего сердечника и с разным числом витков. Трансформатор Тесла - повышающий трансформатор. Напряжение на выходе такого трансформатора возрастает в сотни раз и может достигать значений порядка миллиона вольт.
Изобретение Теслы не просто работает, а работает очень зрелищно. Включив трансформатор, можно наблюдать эффектные разряды (молнии), длина которых достигает нескольких метров.
Из чего состоит катушка Тесла
Прежде чем собирать катушку Тесла, рассмотрим ее составляющие и форму.
Тороидальные фигуры: что это?
Катушка Тесла выполняется в форме Тора (тороидальной фигуры, тороида).
Тороидальные фигуры в первую очередь понятие из геометрии. Тор - поверхность, полученная путем вращения образующей окружности вокруг оси, лежащей в плоскости этой окружности.
Лучше один раз взглянуть, чем пытаться себе представить. На рисунке ниже - тороидальные поверхности.
Тороид является важной составляющей катушки Тесла и изготавливается, как правило, из алюминиевой гофры. В составе этого устройства он выполняет следующие функции:
- уменьшает резонансную частоту;
- аккумулирует энергию перед образованием стримера;
- создает электростатическое поле, отталкивающее стример от вторичной обмотки трансформатора.
Кстати, о том, что такое стример, можно прочитать в нашей отдельной статье, посвященной молниям.
Нельзя не обратить внимение на забавную игру слов. В скандинавской мифологии Тор - бог грома и молний. Составляющая катушки Тесла, благодаря которой образуется разряд (молния) - Тор, или тороид.
Вторичная обмотка
Вторичная обмотка - основная составляющая катушки Тесла, которую также называют просто "вторичка". Обмотка, как правило, содержит около 800-1200 витков, а мотают ее на трубах ПВХ, которые можно купить в обычном строительном магазине.
Исходя из необходимого количества витков выбирается диаметр провода обмотки. Стандартное отношение длины вторичной обмотки катушки к ее диаметру - 4:1 или 5:1. Для того, чтобы витки не расползались, их покрывают лаком.
Первичная обмотка и защитное кольцо
Первичная обмотка (или первичка) катушки Тесла должна иметь низкое сопротивление, так как по ней будет проходить большой ток. Обычно ее изготавливают из проводов сечением более, чем 6 миллиметров. Также в качестве первичной обмотки часто используют медную трубу для кондиционеров.
Форма первичной обмотки - цилиндрическая, плоская или коническая.
Защитное кольцо - незамкнутый плоский виток заземленного медного провода. Кольцо устанавливается для того, чтобы стример из тороида, попав в первичную обмотку, не вывел из строя электронику.
Понятие эфира и идеи Теслы
Теперь мы знаем, из чего состоит катушка Тесла. Но какова история этого изобретения? Чтобы ответить на этот вопрос, стоит разобраться с тем, что же такое эфир.
Эфир – это физическая среда, гипотетическое вещество или поле, которое заполняет пространство Вселенной. Эфир отвечает за распространение электромагнитного и гравитационного взаимодействия.
В настоящий момент теория эфира не используется в современной физике, так как после появления теории относительности необходимость в понятии "эфир" просто отпала.
Тем не менее, появляются новые взгляды на концепцию эфира, и полностью списывать ее со счетов не стоит. Многие ученые до сих пор ведут споры о том, существует эфир, или нет, а в физике даже появился новый раздел, изучающий этот вопрос (эфиродинамика).
Никола Тесла своими опытами доказывал существование эфира. У ученого была идея использовать эфир как источник энергии. Так, Тесла хотел отказаться от проводной передачи энергии и передавать электричество по всему миру без проводов посредством эфира. Для этого предполагалось на полюсах Земли установить две гигантские катушки.
К сожалению, выбранное Теслой направление не разрабатывалось на более глубоком уровне. Вдобавок его считали странным ученым, который так и не захотел выйти на путь поиска экономических выгод своих исследований. Кроме этого наступала другая эра – время вакуумных изобретений.
Многие архивы Теслы были утеряны при загадочных обстоятельствах. Даже если Тесла и узнал, как получить практически неиссякаемый источник энергии, то сейчас эта информация недоступна. Редкий гений Теслы опередил свое время, а мир оказался просто не готов к его идеям.
Конфигурации катушки Тесла
Трансформатор Тесла имеет много видоизменений, в зависимости от этого используется в разных сферах жизни:
- Катушка с роторным механизмом с искрами, вращающимися в разных положениях. Здесь роль двигателя выполняет электрический агрегат с вращающимся диском, проводящим электроды.
- Ламповая катушка с обычными лампами для генерации тока высокого напряжения. Они способны проводить напряжение до 600 Вольт.
- Полупроводниковый генератор с задающим генератором высокой частоты (более современная конструкция).
- Высокочастотный трансформатор, выводящих ток посредством музыкальных волн. Разряд изменяется в зависимости от музыкального ритма.
Достаточно изменить ключ разряда, чтобы изменить его вид и достигнуть тем самым разных форм разряда.
Основное отличие их всех – довольно тихая работа, так как сама искра издает мало шума.
В чем уникальность катушки Тесла?
Основное отличие этого изобретения состоит в том, что у его изобретателя получалось при частоте в несколько сот килогерц получить напряжение, превышающее 15 млн вольт. Это устройство смотрится невероятно странно, пугающе, но и в той же мере красиво: отсутствие железного сердечника, толстый наружный слой первичной обмотки и толстый внутренний слой вторичной обмотки. Но есть и недостатки. Например, изготовить большой виток, обеспечивая отличный тепловой контакт с сердечником трансформатора, довольно непросто.
Кстати , если вдруг вам нужно написать любую работу по физике, у нас действуют вкусные скидки
Многие пытаются повторить многочисленные уникальнейшие эксперименты великого гения. Однако для этого им придется решить важнейшую задачу – как сделать катушку Теслы в домашних условиях. Но как это сделать? Попробуем подробно описать так, чтобы у вас это получилось с первого раза.
Как сделать катушку Тесла в домашних условиях своими руками
В интернете можно найти массу информации о том, как сделать музыкальную или мини катушку Тесла своими руками. Но мы расскажем и наглядно покажем на примере иллюстраций, как сделать простую катушку Тесла на 220 Вольт в домашних условиях.
Так как это изобретение было создано Николой Тесла для экспериментов с высоковольтными зарядами, в нем присутствуют следующие элементы: источник питания, конденсатор, 2 катушки (именно между ними будет циркулировать заряд), 2 электрода (между ними заряд будет проскакивать).
Катушка Тесла применяется в множестве устройств: от телевидения и ускорителя частиц до игрушек для детей
Для начала работ вам понадобятся следующие детали:
- блок питания от неоновых вывесок (питающий трансформатор);
- несколько керамических конденсаторов;
- металлические болты;
- фен (если нет фена, можно использовать вентилятор);
- медный провод, покрытый лаком;
- металлический шар или кольцо;
- тороидальные формы для катушек (можно заменить цилиндрическими);
- предохраняющая штанга;
- дроссели;
- штырь для заземления.
Создание должно происходить по следующим этапам.
Проектирование
Для начала стоит определиться с тем, каких размеров должна быть катушка и где она будет располагаться.
Если финансы позволяют, вы можете создать в домашних условиях просто огромнейший генератор. Но вам стоит помнить об одной важной детали: катушка создает множество искровых разрядов, которые сильно разогревают воздух, заставляя его расширяться. В результате образуется гром. В итоге созданное электромагнитное поле в состоянии вывести из строя все электроприборы. Поэтому лучше создавать ее не в квартире, а где-то в более укромном и удаленном уголке (гараж, мастерская и пр.).
Если хотите заранее определить, насколько длинная дуга получится у вашей катушки или силу мощности необходимого блока питания, произведите следующие замеры: расстояние между электродами в сантиметрах разделите на 4,25, полученное число возведите в квадрат. Итоговое число и будет ваша мощность в Ваттах. И наоборот – чтобы выяснить расстояние между электродами, квадратный корень мощности необходимо умножить на 4,25. Для катушки Тесла, которая будет в состоянии сотворить дугу длиной в полтора метра, потребуется 1 246 Вт. А прибор с блоком питания на один киловатт сможет сделать искру длиной в 1,37 метра.
Далее изучаем терминологию. Для создания столь необычного прибора нужно будет разбираться в узкоспециализированных научных терминах и единицах измерения. И чтобы не оплошать и все сделать верно, придется научиться понимать их смысл и значение. Вот некоторая информация, которая поможет:
- Что такое электрическая емкость? Это способность накапливать и удерживать электрический заряд определенного напряжения. То, что накапливает электрический заряд, называется конденсатором. Фарад – это единица измерения электрических зарядов (Ф). Он может быть выражен через 1 ампер секунду (Кулон), помноженную на вольт. Обычно емкость измеряют в миллионных и триллионных долях фарада (микро- и пикофарадах).
- Что такое самоиндукция?Так называют явление возникновения ЭДС в проводнике при изменении проходящего через него тока. У высоковольтных проводов, по которым течет низкоамперный ток, высокая самоиндукция. Ее единица измерения – генри (Гн), который соответствует цепи, где при изменении тока со скоростью один ампер в секунду создается ЭДС 1 Вольт. Обычно индуктивность измеряется в мили- и микрогенри (тысячной и миллионной части).
- Что такое резонансная частота? Так называют частоту, на которой потери на передачу энергии будут минимальными. В катушке Тесла это будет частота минимальных потерь при передаче энергии между первичной и вторичной обмотками. Ее единица измерения – герц (Гц), то есть один цикл в секунду. Обычно резонансная частота измеряется в тысячах Герцах или килогерцах (кГц).
Сбор необходимых деталей
Выше мы уже писали, какие составляющие вам понадобятся для создания катушки Тесла в домашних условиях. И если вы радиолюбитель, у вас непременно найдется что-нибудь из этого (а то и все).
А вот некоторые особенности необходимых деталей:
- источник питания должен питать через дроссель накопительный или первичный колебательный контур, состоящий из первичной катушки, первичного конденсатора и разрядника;
- первичная катушка должна быть расположена около вторичной катушки, являющейся элементом вторичного колебательного контура, но при этом контуры не должны соединяться проводами. Стоит вторичному конденсатору накопить достаточный заряд, как он тут же начнет высвобождать в воздух электрические заряды.
Создание катушки Тесла
- Выбираем трансформатор. Именно питающий трансформатор будет решать, какого размера будет ваша катушка. Большая часть таких катушек работает от трансформаторов, способных выдавать ток от 30 до 100 миллиампер при напряжении от пяти до пятнадцати тысяч вольт. Найти нужный трансформатор можно на ближайшем радиорынке, в интернете или же снять с неоновой вывески.
- Делаем первичный конденсатор. Его можно собрать из нескольких более мелких конденсаторов, соединив их в цепи. Тогда они смогут накапливать равные доли заряда в первичном контуре. Правда, нужно, чтобы все мелкие конденсаторы имели одинаковую емкость. Каждый из таких мелких конденсаторов будет называться составным.
Приобрести конденсатор небольшой емкости можно на радиорынке, в интернете или же снять со старого телевизора керамические конденсаторы. Впрочем, если у вас золотые руки, можете и самостоятельно сделать их из алюминиевой фольги с помощью полиэтиленовой пленки.
Для достижения максимальной мощности необходимо, чтобы первичный конденсатор полностью заряжался каждые пол цикла подачи энергии. Для источника питания в 60 Гц нужно, чтобы заряд происходил 120 раз в секунду.
- Проектируем разрядник. Чтобы сделать одиночный разрядник, используйте минимум шестимиллиметровый (в толщину) провод. Тогда электроды смогут выдерживать тепло, которое выделяется во время заряда. Кроме того можно сделать многоэлектродный или роторный разрядник, а также осуществлять охлаждение электродов путем воздушного обдува. Для этих целей прекрасно подойдет старый домашний пылесос.
- Делаем обмотку первичной катушки. Саму катушку делаем из проволоки, но понадобится форма, вокруг которой придется делать намотку проволоки. Для этих целей используется медная лакированная проволока, купить которую можно в магазине радиоэлектроники или просто снять с любого старого ненужного электроприбора. Форма, вокруг которой будем наматывать проволоку, должна быть конической или цилиндрической формы (пластиковая или картонная трубка, старый абажур и т.д.). Благодаря длине проволоки можно регулировать индуктивность первичной катушки. Последняя должна иметь низкую индуктивность, поэтому в ней должно быть небольшое количество витков. Проволока для первичной катушки не обязательно должна быть сплошной – можно скрепить несколько, чтобы по ходу сборки регулировать индуктивность.
- Собираем в одну цепь первичный конденсатор, разрядник и первичную катушку. Данная цепь будет образовывать первичный колебательный контур.
- Делаем вторичную катушку индуктивности. Здесь нам также понадобится цилиндрическая форма, куда нужно наматывать проволоку. У этой катушки должна быть та же резонансная частота, что и у первичной, иначе не избежать потерь. Вторичная катушка должна быть выше первичной, потому что у нее будет больше индуктивность и она будет препятствовать разряду вторичного контура (именно он может привести к сгоранию первичной катушки). При нехватке материалов для создания большой вторичной катушки можно сделать разрядный электрод. Это защитит первичный контур, но заставит этот электрод принимать на себя большинство разрядов, в результате чего разряды не будут видны.
- Создаем вторичный конденсатор, или терминал. Он должен иметь скругленную форму. Обычно это тор (бубликообразное кольцо) или сфера.
- Соединяем вторичный конденсатор и вторичную катушку. Это и будет вторичный колебательный контур, который должен быть заземлен подальше от домашней проводки, которая питает источник катушки Тесла. Для чего это нужно? Так получится избежать блуждания высоковольтных токов по проводке дома и последующего вреда любым подключенным электроприборам. Для отдельного заземления достаточно будет просто вогнать в землю металлический штырь.
- Делаем импульсные дроссели. Сделать такую небольшую катушку, способную предотвратить поломку источника питания разрядником, можно, если намотать вокруг тонкой трубки медную проволоку.
- Собираем все детали в единое целое. Первичный и вторичный колебательные контуры размещаем рядом, через дроссели присоединяем к первичному контуру питающий трансформатор. Вот и все! Чтобы воспользоваться катушкой Тесла по назначению, достаточно включить трансформатор!
Если у первичной катушки слишком большой диаметр, можно разместить вторичную катушку внутри первичной.
Читайте также: