Что такое катушка Теслы
Содержание
Весной 1891 года американский изобретатель сербского происхождения Никола Тесла (1856–1943) провел серию демонстраций перед сотрудниками Американского института инженеров-электриков в Колумбийском колледже. Продолжая начальные исследования британского химика и физика Уильяма Крукса, он разработал и построил серию устройств, позднее получивших название катушка Теслы.
Что собой представляет катушка Тесла
Давайте же разберемся, что такое катушка Тесла. По сути своей это резонансный трансформатор, который изобретатель запатентовал в 1891 году. Тесла создал названное его именем устройство, увлекшись явлениями резонанса, в частности электрического резонанса. Катушка или трансформатор Тесла состоит из серии соединенных резонансных электрических цепей.
Изобретатель экспериментировал с различными индукционными катушками и конфигурациями устройства, поэтому запатентованный вариант отличается от более ранних прототипов и тех, которые он продолжал испытывать в дальнейшем. Мощная катушка или трансформатор Тесла может вызывать электрические искры длиной в несколько метров. Спустя более 100 лет после использования подобных устройств, многие аспекты разрядов и процессов передачи энергии все еще не до конца понятны.
Устройство катушки Тесла
Схема катушки Тесла довольно простая. Она представляет собой резонансный трансформатор с двумя воздушными обмотками (без электромагнитного сердечника): одна обмотка на первичной стороне, а другая на вторичной. Каждая обмотка является настроенным колебательным контуром.
Классическая катушка Теслы — это трансформатор, преобразующий сетевое напряжение до очень высокого напряжения (в сотни киловольт) высокой частоты (в радиочастотном диапазоне). Принцип работы катушки Тесла состоит в том, что конденсатор на первичной стороне трансформатора разряжается через искровой промежуток на первичную обмотку и вызывает, вследствие явления электромагнитной индукции, высокое напряжение на вторичной обмотке, что приводит к мощному искровому разряду.
Конденсаторы в устройствах Тесла представляли собой движущиеся в масле пластины, что позволяло путем изменения емкости менять частоту генерируемого напряжения.
Первичная обмотка трансформатора обычно состоит из 5-20 витков, а вторичная — из 500–1200 витков. Как правило, вторичная обмотка находится внутри устройства и окружена витками первичной. В отличие от обычного трансформатора, где напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации (выполняется расчет соотношения числа витков обмоток), длина искры не определяется количеством витков.
Первичная и вторичная обмотки слабо магнитно связаны. В отличие от обычного силового трансформатора с электромагнитным сердечником, в котором обмотки связаны на 97% общим магнитным полем, в трансформаторе Тесла данный показатель достигает лишь 10-20%.
Генерируемое катушкой Тесла напряжение становится видимым как своего рода корона. Маленькие модели устройства производят искры размером в несколько десятков сантиметров, большие модели дают искры метровой длины.
Тесла создавал различные версии изобретенного им устройства для использования в экспериментах с флуоресценцией, рентгеновскими лучами, передачей электрической энергии без проводов, электротерапией, теллурическими токами (токами в земной коре или морских пространствах) и с атмосферным электричеством.
Посредством катушек Тесла возбуждал антенну для передачи в пространство мощного электромагнитного излучения. Им были созданы оригинальные системы для беспроводной связи. С целью предотвращения коронных разрядов в них не допускались поверхности с малыми радиусами кривизны.
Помимо описанного выше классического варианта катушки Тесла, существуют современные полупроводниковые варианты, модели с электронными лампами и прочие, которые легко собрать в домашних условиях.
Как сделать катушку Тесла своими руками
Поскольку катушка Тесла имеет простой принцип работы и несложную конструкцию, ее можно собрать самостоятельно, используя, например, схему представленную ниже.
Переменное напряжение на первичную обмотку трансформатора подает генератор на полупроводниковом триоде (транзисторе), питаемый напряжением 9–12 вольт (для чего нужна батарея «Крона»). При сборке более мощной индукционной катушки для ее питания обычно используется переменное напряжение 220 вольт.
Обмотка самодельной мини-катушки наматывается на ПВХ-трубку диаметром 20 мм. Применение такой катушки Тесла позволяет зажечь люминесцентную лампочку, расположенную на небольшом расстоянии.
Более подробная инструкция по сборке представлена в видео в конце статьи.
Безопасность катушек Тесла
Всегда считалось, что создаваемое трансформаторами Теслы высокочастотное напряжение не опасно для человека. Ведь ток проходит по поверхности кожи (явление скин-эффекта) и поэтому не причиняет вреда. В качестве демонстрации принципа работы трансформатора, Тесла выпускал длинные электрические искры из пальцев своих рук.
Широко известна фотография 1899 года, на которой видно как работает Тесла в лаборатории в Колорадо-Спрингс под генератором, выдающим напряжение в 12 миллионов вольт. На самом деле фотография поддельная и получена путем совмещения 2-х фото, а при работе генератора самого ученого в лаборатории не было.
Принцип действия катушки Тесла основывается на использовании высокочастотных токов. Они считаются менее опасными, чем токи низкой частоты, но «глубина проникновения» токов в человеческую ткань при типичных частотах катушки Тесла составляет порядка 100 см и более. Это означает, что высокочастотные токи будут преимущественно проходить через проводящие части тела, такие как кровеносная и нервная системы.
В действительности нервная система человека не воспринимает напрямую протекание потенциально опасных электрических токов выше 15/20 кГц. Чтобы нерв активировался, значительное количество ионов должно пересечь его оболочку, прежде чем ток (и, следовательно, напряжение) изменится на противоположное.
Поскольку тело не подает сигнала о шоке, неопытный человек может прикоснуться к внешнему контакту небольшой катушки Тесла, не почувствовав болезненного удара. Однако среди экспериментаторов с этими устройствами есть свидетельства о временном повреждении тканей, которое может проявляться в виде болезненности мышц, суставов или покалывания в течение нескольких часов или даже дней после подобного касания.
Мощные катушки Тесла способны генерировать опасные уровни тока высокой частоты, а также высокое напряжение (до 500 000 вольт и более). Если экспериментатор случайно встанет на пути высоковольтного разряда на землю, электрический удар может вызвать непроизвольные спазмы и привести к фибрилляции желудочков сердца и даже смерти.
Также возможно временное повреждение внутренних тканей, нервов или суставов за счет джоулева нагрева. Помимо этого, электрическая дуга способна обугливать кожу, вызывая болезненные и опасные ожоги, которые могут достигать костей и заживать месяцами. Из-за этих рисков опытные экспериментаторы избегают контакта с внешними клеммами катушек Тесла, исключая разве что самые маломощные устройства.
Загрузка...
