Обновлено: 29.01.2025

Никола Тесла великий сербский ученый, среди изобретений которого важнейшим можно считать переменный ток. Именно концепция переменного тока в итоге позволила развить энергетическую отрасль промышленности и электризовать большую часть Земли. Но ученый мечтал совсем не о этом. Одной из основных идей гения была передача энергии на расстояние без проводниковых линий. Катушка Тесла – основа данной концепции. Попробуем в подробностях разобрать что такое катушка Тесла и принцип работы катушки Тесла.

Что это такое?

Катушка представляет собой трансформатор. Целью устройства является повышение параметров тока до огромных высот (вплоть до миллионов вольт). Основная цель: повысить до максимума частоту переменного тока. В идеале, в точке приема энергии должна находится такая же обратная катушка, которая вступит в резонанс с устройством, что позволит передать энергию на расстояние.

Разберем подробности того, как работает катушка Тесла. Для начала колебания: не сразу ясно, что колеблется в катушке. Постоянный ток, который использовал в своих изобретениях Эдисон дорог в производстве. Такая энергия имеет один, ярко выраженный вектор движения. Переменный ток постоянно меняет параметры электричества: напряжения и силы тока. Это и называется колебаниями электрического тока.

Интересно, что совпадают основные законы колебания электрического тока и механического маятника. В частности, для электричества так же существует эффект резонанса. При совпадении частот двух электрополей амплитуда колебаний становится больше. По задумке Тесло после вступления катушек в резонанс в приемнике должен был появиться электрический ток.

В реальности приемник так и не был изобретен. Катушка Теса используется в качестве пособия, на ней можно увидеть стрим: проще говоря электрическую дугу, проскользнувший разряд, искусственную молнию и для изучения беспроводной передачи электричества.

Принцип работы классической катушки Тесла

Классическое устройство катушки Тесла состоит из следующих элементов:

• Первичная обмотка, которая состоит из большого количества витков, порядка 800-1200 шт, провода малого диаметра.
• Вторичная обмотка. Это провод сравнительно большого диаметра. Катушка включает в себя меньшее количество витков.
• Конденсатор. Это накопитель заряда, который требуется для запуска первичной работы катушки.
• Разрядник. Два металлических шарика, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга.
• Сфера для распространения магнитного поля.

Первичная обмотка находится внутри вторичной. Разделителем служит обычная ПВХ труба. Разберем поэтапную работу катушки:

1. При подключении к сети в конденсаторе накапливается заряд.
2. Накопление заряда вызывает рост разности потенциалов между шариками разрядника. В итоге, как только напряжение достигает определенного значения, происходит стрим, то есть появляется электрическая дуга, которая соединяет между собой две части сети. Стрим в конструкции играет роль ключа-соединителя, который открывается при условии подходящих параметров напряжения.
3. Ток начинает течь первичной обмотке, создавая переменное магнитное поля. В свою очередь это переменное магнитное поле создает электричество во вторичной обмотке: явление индукции в действии.
4. В свою очередь ток вторичной обмотки создает магнитное поле, создающее индукционный ток в сфере. Ток в сфере вновь вызывает переменное магнитное поле, которое расходится в пространстве.
5. Если поднести к такой катушке электролампу, то она будет светится без всяческих проводов и источников электроэнергии. Собственно, источником в данном случае служит катушка.

Вот такая схема работы катушки Тесла.

Принцип работы транзисторной катушки Тесла

В транзисторной катушке нет конденсатора и разрядника. Их заменяют два резистора и транзистор. Процесс работы такой катушки выглядит следующим образом:

1. В нулевой момент происходит подключение к источнику. В результате происходит прохождение тока через резисторы.
2. Электрический ток открывает транзистор, попадая на первичную обмотку. В результате первичная обмотка генерирует переменное магнитное поле.
3. Магнитное поле вызывает индукционный ток во вторичной обмотке. Ток из вторичной обмотки движется навстречу току из источника. В итоге сопротивление второго резистора достигает больших высот, что разрывает транзистор.
4. Из-за разрыва связи ток из вторичной обмотки перестает поступать во второй резистор.
5. Цикл повторяется.

Вот простой и понятный принцип работы катушки Тесла.

Историческая загадка катушки

Если рассматривать катушку Тесло с исторической точки зрения, становится не ясно, почему ученый не развил идею до конца. Ведь это готовый способ передачи энергии на расстоянии без проводов, что существенно уменьшает потери на монтаж сетей, расходники, столбы и изоляцию.

При этом можно было бы забыть о перерывах с электроснабжением, энергию легко и просто получилось бы доставить в любую точку планеты. Как показывает историческая реальность, ученого интересовало совсем другое применение собственного изобретения. Ученый пытался доказать существование эфира, некой субстанции, которая пронизывает все мироздание.

Согласно теории Тесло эта среда упруга, что делает возможным распространение электромагнитных волн. Одной из утопичных идей ученого была выработка энергии из эфира напрямую. Тесла предлагал установить две катушки на полюсах, что в теории должно было создать огромное магнитное поле по всей Земле.

Так электричество могло бы попасть в любую точку планеты. Катушку ученый придумать успел, а вот создавать приемники для них не стал, занимаясь разработкой получения энергии из эфира.

Противостояние Тесла и Эйнштейна

Долгое время теория эфира имела превалирующее значение в физике. Однако ни разу ни один ученый не смог придумать математическую модель, описывающую поведение этой среды. Тесло умер слишком рано и не успел доказать или опровергнуть свою теорию, задумка с индукционной катушкой так же не была доведена до конца.

После на научном горизонте зажегся огонь другого гения. Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию за изучение преломления световых лучей, а не за теорию относительности. Но именно вторая отлично описывала все, уже имеющиеся теории. Математическая модель, предложенная гением объясняла сам принцип распространения электромагнитных волн, тогда как философские рассуждения об эфире не имели широкого научного подтверждения.

Так идея гения физики канула в небытие, а принцип работы индуктивной катушки до сих пор не изучен до конца.

Современное использование катушки Тесла

Наиболее широкое распространение получила демонстрационная версия, которая позволяет увидеть электрическую дугу красивого фиолетового цвета и зажечь лампу без проводов. Однако принцип катушки Тесла все же иногда используется:

• В системах зажигания двигателя внутреннего сгорания. Там используется тот же принцип трансформации энергии в электрическую дугу. Вот только зажигание работает на низких частотах, тогда как катушка Тесло на высоких.
• Для обнаружения пробоин в вакуумных системах.
• Для подачи энергии в люминесцентные и неоновые лампы. Хотя последнее чаще используется как трюк.

Как видно, изобретение до сих пор не разработано до конца. Патент все еще дожидается инвестора. Но вполне вероятно, что инвестора не будет никогда.

Никола Тесла – гениальный ученый, известный своими революционными открытиями и исследованиями. Результаты его трудов применяют в науке, промышленности и быту, некоторые идеи и гипотезы так и остались непроверенными.

Биография

Тесла родился 10 июля 1856 года в Смилянах – селе в Австрийской империи. Никола – четвертый ребенок в семье священника. Именно повышение сана и переезд помогли сыну получить образование в гимназии города Госпич. В 14 лет, после трех классов, юноша получил место в училище, в Карловаце.

Спустя три года, Тесла заканчивает обучение и уезжает к родителям. На родине бушевала эпидемия холеры, заболевание и последовавшее восстановление позволили будущему изобретателю избежать армейской службы. В 1875 году Никола поступил в училище в Граце.

Здесь Никола начал задумываться об усовершенствовании устройств, работавших на постоянном токе – они казались ему неполноценными. Первые идеи, озвученные Теслой на лекциях, подвергались критике профессоров. В мемуарах изобретатель писал, что это подтолкнуло его к увлечению азартными играми. В конце концов, он проиграл все свои накопления и был вынужден обратиться за финансовой помощью к родственникам.

После обучения Тесла устроился преподавать в гимназию, однако из-за нехватки денег в 1880 году начал работать в телеграфной компании. Спустя два года, Тесла был нанят Томасом Эдисоном. Еще через два года состоялось легендарное пари ученых, которое Эдисон проиграл, отказавшись выплатить вознаграждение. Тесла покинул компанию, основав свою уже в 1887 году.

С этого момента Никола Тесла из одаренного инженера начал становиться ученым, известным всему миру. С каждым годом состояние и слава изобретателя росли:

Осенью 1895 года состоялось открытие новой лаборатории – старая была уничтожена во время пожара вместе со многими последними разработками. Восстановить их Тесла смог по памяти. Спустя 4 года, изобретатель переезжает в Колорадо-Спрингс. Там он строит знаменитый деревянный павильон для экспериментов. Опыты Тесла проводил в условиях секретности, доверяя только близким помощникам.

За один год ему удалось сделать множество открытий и выводов, которые Тесла заносил в дневник:

• модель излучателя высокой частоты;
• изучение природных разрядов тока и методов замера их излучения;
• измерительные системы в радиотехнике;
• искусственные шаровые молнии.

Зимой 1900 года Тесла возвращается в Нью-Йорк, где покупает отдаленный участок земли на территории Лонг-Айленда. Здесь он задумывает строительство научного городка и прототипа радиостанции. Однако после 1902 года идеи Теслы стали считаться инвесторам слишком эксцентричными – разработки казались опасными и бесперспективными. Из-за этого изобретатель лишился финансирования и был вынужден продать землю и свернуть проект.

До начала Первой мировой войны исследователь занимается усовершенствованием различных приборов и техники. В военное время помогает собирать деньги для нужд сербской армии и занимается военными разработками, например, в области радиолокации. В следующие годы Тесла сотрудничает с компаниями по всей Америке.

В 1937 году Теслу сбивает такси, из-за осложнения травмы ребер изобретатель заболевает пневмонией. 8 января в возрасте 87 лет Тесла скончался. Спустя 4 дня, он был кремирован и похоронен.

Особенности личности

Современники Николы Теслы утверждали, что его гениальность и одаренность всегда граничили с эксцентричностью и амбициозностью. Ему приписывали даже способность предвидеть будущее. О привычках изобретателя известно не только из воспоминаний окружающих, он рассказывал о них в мемуарах:

• игра на бильярде;
• сон от 2 до 4 часов в сутки;
• привычка вести счет пройденным шагам;
• способность лучше видеть в темноте, из-за воздействия электромагнитных полей;
• светобоязнь.

Также Тесла сторонился отношений – ошибочность своей позиции одиночки он признал лишь на поздних годах жизни. Тогда же, в возрасте около 80 лет, Тесла обратился к религии. До этого он был атеистом, несмотря на профессию и происхождение родителей.

Гипотезы и легенды

Некоторые тайны Николы Теслы возникли из-за изъятия многих его бумаг и чертежей сотрудниками ФБР. Невозможность доказать те или иные гипотезы породила множество домыслов о причастности изобретателя ко многим загадочным экспериментам и событиям.

Исследования Теслы связывают с известной мистификацией о мгновенном перемещении эсминца в пространстве. Однако само событие опровергли члены экипажа судна. Годы жизни Теслы также не совпадают с предполагаемыми датами проведения эксперимента.

Электромобиль

О модифицированном автомобиле, работавшем якобы на инновационном электромоторе, рассказывал Питер Саво, называвший себя племянником Теслы. К истории отнеслись с недоверием – не удалось найти подтверждений родства и каких-либо доказательств существования автомобиля.

Сам ученый неоднократно заявлял, что ему удалось разработать рабочее вооружение направленного излучения. Однако прототип не был создан – Тесла не смог привлечь финансирование министерств обороны в разных странах. Фактическое применение разработок состоялось позже, после получения рабочего лазера и применения его в военных целях.

Падение метеорита у реки Тунгуска

Гипотезу связывают с таинственными экспериментами о передаче энерговолн по воздуху. Записи в дневнике о предполагаемых результатах опытов и месте проведения соответствуют теории, однако доказать связь этих событий, а также их реальность не удается до сих пор.

Ореол таинственности усиливают слухи, появлявшиеся после смерти Теслы. Тогда для оплаты его счетов были проданы личные вещи; некоторые публицисты утверждали, что там были и лабораторные журналы исследователя. Отследить путь этих вещей было почти невозможно, отсюда множество суждений о возможном содержании записей и формул, многие из которых довольно фантастичны.

Наследие Николы Теслы

Несмотря на большое количество гипотез, существуют реальные плоды трудов Теслы: результаты его работ в области изучения электротехники и радиотехники. Также в его честь названа физическая величина – для измерения индукции магнитного поля.

Переменный ток

Главное открытие – возможность применения высокочастотного тока. В отличие от постоянного, он меняет направление и позволяет использовать высокое напряжение, понижая его для использования в быту или на производстве.

• современную медицинскую аппаратуру, например, для проведения МРТ;
• трансформаторы высокой частоты;
• разработка техники безопасности при работе с током.

Именно благодаря работам Теслы появились электродвигатели и генераторы, применяемые сегодня (первые прототипы ему удалось создать еще в 1888 году).

Генератор переменного тока

Первое название устройства – альтернатор, патент на который был получен в 1891 г. Определение и принцип действия были заложены еще тогда: на вращающейся оси размещался ротор, создающий электрическое поле на обмотке.

Впоследствии менялись материалы изготовления, и совершенствовалась конструкция, увеличивая мощность генератора и уменьшая его размеры.

Двигатель переменного тока

Генератор позволял эффективно вырабатывать энергию. Однако применение ее на практике стало возможным только после разработки двигателя. Уже в 1887 Тесла смог создать и улучшить собственный прототип такого устройства. Прорыв заключался в том, что ему удалось сконструировать многофазовый двигатель, что ранее не было под силу никому.

Многофазная система электроснабжения

Катушка или трансформатор Теслы

Это одно из самых значимых изобретений исследователя, датируемое 1891 годом. Что же такое катушка Тесла? Это резонансный трансформатор для создания высокочастотного напряжения. Принцип его работы:

• конденсатор накапливает критический заряд и вызывает пробой разрядника;
• первичная обмотка создает магнитное поле под действием переменного напряжения;
• с помощью поля энергия передается на вторичную обмотку, которая накапливает энергию в колебательном контуре.

В результате на терминале появляется высокое напряжение. Для функционирования трансформатор должен быть заземлен.

Уникальные свойства позволяют применять разработку во многих сферах:

• декоративная – благодаря красивому эффекту электрической дуги;
• в газоразрядных лампах;
• для физиотерапии кожи;
• для борьбы с электронной техникой – вызывает выгорание микросхем во время короткого мощного импульса.

Принцип действия может показаться сложным, однако собрать миниатюрную модель можно самостоятельно.

Беспроводное освещение

Исследования Теслы в области электростатической индукции позволили создать инновационные источники освещения:

• 1891 г. – система из газоразрядных ламп;
• 1893 г. – люминесцирующие лампы;
• 1894 г. – удачная попытка зажечь фосфорную лампу при помощи взаимоиндукции.

Несмотря на то, что широкого распространения они не получили, принцип их действия применяют в современной электронике.

Башня Теслы

Изобретение радио,- и радиоуправления

Хоть Тесла и был убежден в том, что радиоволны не могут использоваться для общения, ему удалось описать способы их передачи на большие расстояния. Также он представил радиоуправляемую лодку, на которую получил патент в 1898 году. Несмотря на то, что в основе ее работы лежал физический закон, Тесла шокировал публику, которой устройство казалось магическим.

Безлопастная турбина Теслы

Использование турбины с эффектом пограничного слоя было задумано изобретателем в 1913 году, однако широкого применения не получило. Сегодня ее применяют в насосных системах.

Клапан Тесла

Это побочное изобретение, полученное Теслой при разработке турбины без ступеней. Представляет собой устройство без подвижных элементов:

• в одном направлении поток двигается с малым сопротивлением по ответвлениям;
• обратный поток ветвится и направлен против основного, образуя сопротивление и остановку потока.

Применим клапан только в условиях высокого давления.

Как собрать мини катушку Теслы своими руками

Для создания устройства необходимы аккуратность, материалы и соблюдение базовой техники безопасности. Мини катушка Тесла потребует:

• медную трубку или жилу для первичной обмотки;
• трубу из ПВХ для вторичной обмотки;
• медный провод 0,5 мм около 90 м длиной;
• фланец, крепежные элементы;
• разрядник и полусферу с гладкой поверхностью;
• конденсатор и источник питания.

Самое сложное – подготовка обмотки. Для вторичной понадобится около 1000 оборотов провода, ускорить процесс можно при помощи шуруповерта. В конце нужно покрыть поверхность лаком. Поверх наматывается первичная – около 10 оборотов.

После этого остается собрать элементы схемы на макетной плате. Перед запуском стоит проверить все узлы, убедиться в отсутствии оголенных контактов и постепенно подавать напряжение.

Совет. Если свечение отсутствует, достаточно поменять местами выводы первичной катушки.

Ценность открытий Теслы позволяет сказать, что он действительно был одним из главных изобретателей и физиков в истории. Благодаря его работам, существует современная технологическая цивилизация, в основе которой лежат принципы, заложенные исследователем. Это человек, действительно опередивший свое время. Возможно, в будущем подтвердятся и те его разработки, которые сейчас кажутся чем-то невероятным.

Видео

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

Разновидности

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

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

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

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

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

Устройство и работа

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

Тороид выполняет несколько функций:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды эффектов от катушки Тесла

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

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

Малоизвестные эффекты катушки Тесла

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

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

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

Применение

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

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

Катушка Тесла на будущее

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

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

Что такое трансформатор Тесла

Сегодня трансформатором Тесла называют высокочастотный высоковольтный резонансный трансформатор, и в сети можно найти множество примеров ярких реализаций этого необычного устройства. Катушка без ферромагнитного сердечника, состоящая из множества витков тонкого провода, увенчанная тором, испускает настоящие молнии, впечатляя изумленных зрителей. Но все ли помнят, как и для чего создавался изначально этот удивительный прибор?

История данного изобретения начинается с конца 19 века, когда гениальный ученый-экспериментатор Никола Тесла, работая в США, только поставил перед собой задачу научиться передавать электрическую энергию на большие расстояния без проводов.

Указать конкретный год, когда именно пришла к ученому эта идея, вряд ли можно точно, однако известно, что 20 мая 1891 года Никола Тесла выступил с подробной лекцией в Колумбийском университете, где представил сотрудникам Американского института электроинженеров свои идеи, и кое-что проиллюстрировал, показав наглядные эксперименты.

Целью первых демонстраций было — показать новый способ получения света посредством использования для этого токов высокой частоты и высокого напряжения, а также раскрыть особенности этих токов. Справедливости ради отметим, что современные энергосберегающие люминесцентные лампы работают именно на принципе, который как раз и предложил для получения света Тесла.

Окончательная теория относительно именно беспроводной передачи электрической энергии вырисовывалась постепенно, ученый потратил несколько лет жизни, доводя до ума свою технологию, много экспериментируя и совершенствуя кропотливо каждый элемент схемы, он разрабатывал прерыватели, изобретал стойкие высоковольтные конденсаторы, придумывал и модифицировал контроллеры цепей, но так и не смог воплотить свой замысел в жизнь в том масштабе, в каком хотел.

Однако теория до нас дошла. Доступны дневники, статьи, патенты и лекции Николы Тесла, в которых можно найти исходные подробности относительно данной технологии. Принцип действия резонансного трансформатора можно узнать, прочитав например патенты Николы Тесла №787412 или №649621, уже доступные сегодня в сети.

Если попробовать кратко разобраться в том, как же работает трансформатор Тесла, рассмотреть его устройство и принцип действия, то в этом нет ничего сложного.

Вторичная обмотка трансформатора изготавливается из провода в изоляции (например из эмальпровода), который укладывается виток к витку в один слой на полый цилиндрический каркас, отношение высоты каркаса к его диаметру обычно берут равным от 6 к 1 до 4 к 1.

После намотки вторичную обмотку покрывают эпоксидной смолой или лаком. Первичная обмотка изготавливается из провода относительно большого сечения, она содержит обычно от 2 до 10 витков, и укладывается в форму плоской спирали, либо наматывается подобно вторичной — на цилиндрический каркас диаметром несколько большим, чем у вторичной.

Высота первичной обмотки, как правило, не превышает 1/5 высоты вторичной. К верхнему выводу вторичной обмотки подключают тороид, а нижний ее вывод заземляют. Далее рассмотрим все более подробно.

Например: вторичная обмотка навита на каркас диаметром 110 мм, эмальпроводом ПЭТВ-2 диаметром 0,5 мм, и содержит 1200 витков, таким образом высота ее получается равной примерно 62 см, а длина провода составляет около 417 метров. Пусть первичная обмотка содержит 5 витков толстой медной трубки, навитых на диаметр 23 см, и имеет высоту 12 см.

Далее изготавливают тороид. Его емкость в идеале должна быть такой, чтобы резонансной частоте вторичного контура (заземленная вторичная катушка вместе с тороидом и окружающей средой) соответствовала бы длина провода вторичной обмотки так, что эта длина равнялась бы четверти длины волны (для нашего примера частота получается равной 180 кГц).

Для точного расчета полезной может стать специальная программа для рассчета катушек Тесла, например VcTesla или inca. К первичной обмотке подбирается высоковольтный конденсатор, емкость которого вместе с индуктивностью первичной обмотки образовывала бы колебательный контур, собственная частота которого была бы равна резонансной частоте вторичного контура. Обычно берут близкий по емкости конденсатор, а настройку осуществляют подбором витков первичной обмотки.

Суть работы трансформатора Тесла в каноническом виде заключается в следующем: конденсатор первичного контура заряжается от подходящего источника высокого напряжения, затем он соединяется коммутатором с первичной обмоткой, и так повторяется много раз в секунду.

В результате каждого цикла коммутации возникают затухающие колебания в первичном контуре. Но первичная катушка является для вторичного контура индуктором, поэтому электромагнитные колебания возбуждаются соответственно и во вторичном контуре.

Поскольку вторичный контур настроен в резонанс с первичными колебаниями, то на вторичной обмотке возникает резонанс напряжений, а значит коэффициент трансформации (соотношение витков первичной обмотки и охваченных ею витков вторичной обмотки) нужно умножить еще и на Q – добротность вторичного контура, тогда получится значение реального соотношения напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной.

А так как длина провода вторичной обмотки равна четверти длины волны индуцируемых в ней колебаний, то именно на тороиде будет находиться пучность напряжения (а в точке заземления — пучность тока), и именно там может иметь место максимально эффектный пробой.

Для питания первичной цепи используют разные схемы, от статичного искрового промежутка (разрядника) с питанием от МОТов (МОТ — высоковольтный трансформатор от микроволновой печи) до резонансных транзисторных схем на программируемых контроллерах с питанием выпрямленным сетевым напряжением, однако суть от этого не меняется.

Вот самые распространенные типы катушек Тесла в зависимости от способа управления ими:

SGTC (СГТЦ, Spark Gap Tesla Coil) – трансформатор Тесла на искровом промежутке. Это классическая конструкция, подобную схему изначально применял сам Тесла. В качестве коммутирующего элемента здесь используется разрядник. В конструкциях малой мощности разрядник представляет собой два куска толстого провода, расположенных на некотором расстоянии, а в более мощных применяются сложные вращающиеся разрядники с использованием двигателей. Трансформаторы этого типа изготавливают если требуется лишь большая длинна стримера, и не важна эффективность.

VTTC (ВТТЦ, Vacuum Tube Tesla Coil) – трансформатор Тесла на электронной лампе. В качестве коммутирующего элемента здесь используется мощная радиолампа, например ГУ-81. Такие трансформаторы могут работать в непрерывном режиме и производить довольно толстые разряды. Данный тип питания чаще всего используют для построения высокочастотных катушек, которые из-за типичного вида своих стримеров получили название “факельники”.

SSTC (ССТЦ, Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла, в котором в качестве ключевого элемента применяются полупроводники. Обычно это IGBT или MOSFET транзисторы. Данный тип трансформаторов может работать в непрерывном режиме. Внешний вид стримеров, создаваемых такой катушкой может быть самым разным. Этим типом трансформаторов Тесла проще управлять, например можно играть на них музыку.

DRSSTC (ДРССТЦ, Dual Resonant Solid State Tesla Coil) – трансформатор Тесла с двумя резонансными контурами, здесь в качестве ключей используются, как и в SSTC, полупроводники. ДРССТЦ – наиболее сложный в управлении и настройке тип трансформаторов Тесла.

Для получения более эффективной и эффектной работы трансформатора Тесла применяют именно схемы топологии DRSSTC, когда мощный резонанс достигается и в самом первичном контуре, а во вторичном соответственно — более яркая картина, более длинные и толстые молнии (стримеры).

Сам Тесла как мог пытался добиться именно такого режима работы своего трансформатора, и зачатки этой идеи можно увидеть в патенте № 568176, где применяются зарядные дроссели, Тесла потом развивал схему именно по этому пути, то есть стремился максимально эффективно использовать первичную цепь, создавая в ней резонанс. Об этих экспериментах ученого можно прочитать в его дневнике (в печатном виде уже изданы записи ученого об экспериментах в Колорадо-Спрингс, которые он проводил с 1899 по 1900 год).

Говоря о практическом применении трансформатора Тесла не стоит ограничиваться лишь восхищением эстетическим характером получаемых разрядов, и относиться к устройству как к декоративному. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора может достигать миллионов вольт, это в конце концов - эффективный источник сверхвысокого напряжения.

Сам Тесла разрабатывал свою систему для передачи электроэнергии на большие расстояния без проводов, используя проводимость верхних воздушных слоев атмосферы. Предполагалось наличие и приемного трансформатора аналогичной конструкции, который бы понижал принятое высокое напряжение до приемлемого для потребителя значения, об этом можно узнать, прочитав патент Тесла №649621.

Особого внимания заслуживает характер взаимодействия трансформатора Тесла с окружающей средой. Вторичный контур является открытым контуром, и система термодинамически отнюдь не является изолированной, она даже не закрытая, это - открытая система. Современные исследования в этом направлении ведутся многими исследователями, и точка на этом пути еще не поставлена.

Никола Тесла был человеком с огромным количеством идей. Судите сами: с именем учёного связано более трёхсот патентов. Он далеко опережал время, поэтому многие его теории, к большому сожалению, не нашли физического воплощения.

Несмотря на то, что Тесла так и не получил признания от главного соперника, Томаса Эдисона, его неоспоримый талант принёс человечеству действительно полезные изобретения. Мы собрали некоторые из наиболее впечатляющих творений Николы Теслы.

Катушка Тесла

Самое зрелищное изобретение Николы Теслы

Катушка Тесла была изобретена в 1891 году. Она состояла из первичной и вторичной катушек, у каждой из которых был собственный конденсатор для запаса энергии. Между катушками находился искровой промежуток, в котором генерировался разряд электричества, способного преобразовываться в дуги, проходить сквозь тело и создавать область заряженных электронов.

Тесла был одержим мечтой беспроводной городской электрификации, что и послужило толчком к изобретению этого механизма. В наши дни катушка Тесла чаще всего используется для развлечения и популяризации науки — её можно увидеть в экспозициях естественно-научных музеев по всему миру. Однако важность данного изобретения заключается в том, что был найден ключ к пониманию природы электричества и возможности его использования.

Усиливающий передатчик

Башня Варденклифф — один из символов гения Теслы

Проблема заключалась в том, что Тесла был слишком амбициозен для своей эпохи: идея беспроводной передачи энергии начала воплощаться в жизнь лишь во втором десятилетии XXI века, да и то в качестве концептов и образцов. Несмотря на то, что проект всё ещё лежит за пределами повседневного использования, дальновидность изобретателя поражает. Усиливающий передатчик был предшественником Башни Тесла, или башни Варденклифф, которая, по замыслу своего создателя, должна была обеспечить мир бесплатным электричеством и коммуникацией. Тесла начал работу над проектом в 1901 году, но после того, как финансирование прекратилось, он свернул свои изыскания, а в 1915 году участок был выставлен на торги. Провал выбил землю из-под ног изобретателя: его постиг нервный срыв, и Никола Тесла объявил о своём банкротстве.

Турбина Николы Тесла

Эффективность и рациональность всегда присутствовали в творениях Теслы

В начале XX века, на заре эры поршневых двигателей внутреннего сгорания, Тесла создал свою турбину, которая могла конкурировать с двигателем внутреннего сгорания (ДСВ). В турбине отсутствовали лопасти, а топливо сгорало вне камеры, вращая гладкие диски. Именно их вращение и давало работу двигателю.

В 1900 году, когда Тесла протестировал свой двигатель, эффективность потребления топлива составила 60% (к слову, с нынешними технологиями этот показатель не превышает 42% преобразования топлива в энергию). Несмотря на безусловный успех изобретения, оно не прижилось: бизнес был ориентирован именно на поршневые ДСВ, которые и сейчас, спустя более 100 лет, остаются основной движущей силой автомобилей.

Теневая фотография

Нога гения в ботинке стала достоянием истории

Радио

Тесла опередил Маркони, но всё же не стал отцом радио

Личность изобретателя радио по сей день является предметом ожесточённых споров. В 1895 году Тесла был готов передать радиосигнал на расстояние 50 км, но, как мы уже знаем, его лаборатория сгорела, что затормозило исследования в данной области. В то же время в Англии итальянец Гульельмо Маркони разработал и запатентовал технологию беспроволочной телеграфии в 1896 году. В системе Маркони использовались два контура, что снизило покрывающую площадь радиопередачи, а наработки Тесла могли значительно увеличить выходную мощность сигнала.

Никола Тесла представил своё изобретение перед Патентным бюро США в 1897 году и получил патент в 1900 году. В это же время Маркони попытался получить патент в США, но его изобретение было отвергнуто, так как оно слишком сильно походило на уже запатентованную технологию, принадлежащую Тесле. Испугавшись, Маркони открыл собственную компанию, находящуюся под серьёзной защитой Эндрю Карнеги и Томаса Эдисона.

В 1901 году, используя ряд патентов, принадлежащих Тесле, Маркони смог передавать радиоволны через Атлантику. В 1904 году, не имея внятного обоснования, Патентное бюро отменило своё решение и признало патент Маркони действительным, что и сделало его формальным изобретателем радио. В 1911 году итальянец получил Нобелевскую премию, а спустя 4 года, в 1915, Тесла подал в суд на компанию, принадлежащую Маркони, за незаконное использование чужой интеллектуальной собственности. К сожалению, на тот момент Никола Тесла был слишком беден, чтобы судиться с крупной корпорацией. Судебные тяжбы прекратились лишь в 1943 году, через несколько месяцев после смерти изобретателя. Тогда комиссия постановила законность его требований и оставила в силе патент Теслы.

Неоновые лампы

Ко всему прочему, Тесла изобрёл неоновые вывески

Несмотря на то, что флуоресцентный или неоновый свет не был открыт Николой Теслой, он внёс весомый вклад в улучшение технологии их получения: никто до сих пор не придумал альтернативы его катодному излучению, получаемому с помощью электродов, помещённых в вакуумные трубки.

Тесла увидел потенциал экспериментов с газовой средой, через которую проходили электрические частицы, а также разработал четыре различных типа освещения. Например, он конвертировал так называемый чёрный цвет в видимый спектр с помощью фосфоресцирующих веществ, созданных им же. Кроме того, Тесла нашёл практическое применение таким технологиям, как неоновые лампы и рекламные вывески.

На Всемирной выставке в Чикаго (также именуемой Колумбийской Экспозицией) в 1893 году, Тесла оборудовал своё выставочное место неоновыми вывесками, которые мгновенно произвели впечатление на посетителей. Идея настолько понравилась людям, что неоновые огни с тех пор стали символом мегаполисов по всему миру.

Трансформаторная подстанция гидроэлектростанции Адамса

Тесла построил первую подстанцию плотины, обуздавшей силу водопада

Тем не менее, 16 ноября 1896 года в машинном зале ГЭС Адамса был торжественно повернут рубильник, а станция начала обеспечивать электричеством город Буффало в штате Нью-Йорк. Позже были построены ещё десять генераторов, работающих для электрификации Нью-Йорка. Для того времени проект был поистине революционным и поставил планку для всех современных электростанций.

Асинхронный двигатель

Ещё одно изобретение Тесла, которое всё ещё используется в каждом доме

Асинхронный двигатель состоит из двух частей — статора и ротора и в работе используется переменный ток. Статор остаётся неподвижным, с помощью магнитов вращая ротор, находящийся в середине конструкции. Такой тип двигателя отличается долговечностью, простотой в использовании и сравнительно низкой стоимостью.

В 80-х годах XIX века над созданием асинхронного двигателя трудились два изобретателя: Никола Тесла и Галилео Феррари. Оба они представили свои наработки в 1888 году, однако Феррари опередил своего соперника на два месяца. При этом их исследования были независимы, а результаты идентичны, к тому же оба изобретателя использовали патенты Теслы. Асинхронный двигатель стал невероятно популярным и используется до сих пор в пылесосах, фенах и электроинструментах.

Телеавтомат

Так выглядел предок современных дронов

Это изобретение стало первой ступенью в трёх совершенно разных сферах. Во-первых, Тесла разработал пульт дистанционного управления, который сейчас применяется в быту — от домашних телевизоров до гаражных ворот. Во-вторых, модель была первым роботом, который двигался без прямого воздействия человека. И наконец, в-третьих, сочетание робототехники и дистанционного управления позволяют назвать катер Николы Тесла прадедушкой современных дронов.

Изобретение переменного тока

Без этого изобретения Теслы современный мир выглядел бы иначе

Не подлежит сомнению тот факт, что наиболее важные изобретения Николы Теслы связаны с переменным током. Хоть изобретатель и не является пионером в этой области, его изыскания позволили провести электрификацию на мировом уровне.

Говоря о том, как переменный ток завоевал мир, нельзя не упомянуть имя Томаса Эдисона. На заре своей деятельности, Тесла трудился в компании своего будущего соперника. Именно фирма Эдисона первой стала работать с постоянным током. Переменный ток схож по характеристикам с батареями, так как посылает энергию на носители вне контура. Проблема в том, что сила тока постепенно ослабевает, а это делает невозможным перемещение электричества на большие расстояния. Эту задачу решил Тесла, работая с переменным током, который позволяет перемещать электричество от источника и обратно, а также покрывать огромные расстояния между объектами.

Томас Эдисон осуждал Николу Теслу за его исследования в области переменного тока, считая их бессмысленными и бесперспективными. Именно эта критика послужила поводом для того, чтобы пути двух изобретателей разошлись навсегда. Пока Тесла был безработным и перебивался на случайных заработках, он не мог собрать средства для создания собственной компании. Прошлые успехи привлекли к его работам внимание Джорджа Уэстингхауса, инженера и бизнесмена. Он выкупил все патенты Николы Теслы, связанные с переменным током.

Поворотным моментом в истории электричества можно назвать тендер на установку освещения Всемирной выставки в Чикаго в 1983 году, в котором участвовали фирмы Эдисона и Уэстингхауса. Первый предложил электрифицировать экспозицию за 554 тысячи долларов, а второй обещал сделать это за 399 тысяч долларов, что и дало ему победу и контракт, а затем и успешное воплощение обещанного в жизнь, тем самым обеспечив переменному току светлое будущее. И снова благодаря великому гению Николы Теслы.

Все эти изобретения ещё раз доказывают, что, в первую очередь, Тесла был мечтателем, который не боялся сойти с протоптанной тропы классической науки и мыслить шире установленных в то время рамок. Кто знает, в каком бы веке мы сейчас жили, не будь Тесла одержимым новыми идеями практиком?

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Читайте также:

  
• Схема кпп газ 24
  
• Тнвд маз евро 2 схема
  
• Отключается магнитола в машине в чем причина
  
• Шина pe для чего нужна
  
• Плохо переключает автомат на вторую тагаз роад партнер