Tesla kalem eksperimentiše sa zavojnicom. Teslin kalem i demonstracija nevjerovatnih svojstava elektromagnetnog polja Tesline zavojnice

26.09.2022 Sigurnost

Transformator koji višestruko povećava napon i frekvenciju naziva se Teslin transformator. Zahvaljujući principu rada ovog uređaja stvorene su štedljive i fluorescentne lampe, kineskopi starih televizora, punjenje baterija na daljinu i još mnogo toga. Nećemo isključiti njegovu upotrebu u zabavne svrhe, jer je „Tesla transformator“ sposoban da stvori prekrasna ljubičasta pražnjenja – strimere koji liče na munju (slika 1). Tokom rada nastaje elektromagnetno polje koje može utjecati na elektronske uređaje, pa čak i na ljudsko tijelo, a prilikom pražnjenja u zraku dolazi do hemijskog procesa sa oslobađanjem ozona. Da biste vlastitim rukama napravili Teslin transformator, nije potrebno imati veliko znanje iz oblasti elektronike, samo slijedite ovaj članak.

Komponente i princip rada

Svi Tesla transformatori, zbog sličnog principa rada, sastoje se od istih blokova:

Napajanje.
primarna kontura.

Napajanje napaja primarni krug potrebnim naponom i tipom. Primarni krug stvara visokofrekventne oscilacije koje stvaraju rezonantne oscilacije u sekundarnom krugu. Kao rezultat, na sekundarnom namotu se formira struja visokog napona i frekvencije, koja teži stvaranju električnog kruga kroz zrak - formira se streamer.

Izbor primarnog kruga ovisi o vrsti Tesline zavojnice, izvoru napajanja i veličini streamera. Hajde da se fokusiramo na tip poluprovodnika. Odlikuje se jednostavnim krugom sa dostupnim dijelovima i malim naponom napajanja.

Izbor materijala i detalja

Pretražimo i izaberemo dijelove za svaku od gore navedenih strukturnih jedinica:

Nakon namotavanja, izoliramo sekundarnu zavojnicu bojom, lakom ili drugim dielektrikom. Ovo će spriječiti streamer da uđe u njega.

Terminal - dodatni kapacitet sekundarnog kola, spojenog u seriju. Kod malih traka to nije potrebno. Dovoljno je podići kraj zavojnice za 0,5-5 cm.

Nakon što smo prikupili sve potrebne dijelove za Teslin kalem, nastavljamo sa sastavljanjem konstrukcije vlastitim rukama.

Izgradnja i montaža

Sastavljanje radimo prema najjednostavnijoj shemi na slici 4.

Zasebno instalirajte napajanje. Dijelovi se mogu sastaviti površinskom montažom, glavna stvar je isključiti kratki spoj između kontakata.

Prilikom povezivanja tranzistora važno je da ne pobrkate kontakte (slika 5).

Da bismo to učinili, pozivamo se na dijagram. Čvrsto pričvrstimo radijator na kućište tranzistora.

Sklopite kolo na dielektričnu podlogu: komad šperploče, plastičnu ladicu, drvenu kutiju itd. Odvojite kolo od zavojnica dielektričnom pločom ili pločom, sa minijaturnom rupom za žice.

Popravljamo primarni namotaj tako da spriječimo padanje i dodirivanje sekundarnog namota. U središtu primarnog namota ostavljamo mjesta za sekundarni namotaj, vodeći računa da je optimalna udaljenost između njih 1 cm. Nije potrebno koristiti okvir - dovoljno je pouzdano pričvršćivanje.

Ugradimo i popravimo sekundarni namotaj. Izrađujemo potrebne veze prema shemi. Rad proizvedenog Teslinog transformatora možete pogledati u videu ispod.

Uključivanje, provera i podešavanje

Prije uključivanja, uklonite elektronske uređaje s mjesta testiranja kako biste spriječili njihovo oštećenje. Zapamtite električnu sigurnost! Za uspješno pokretanje slijedite ove korake redom:

Promjenjivi otpornik postavljamo na srednji položaj. Kada se uključi napajanje, uvjerite se da nema oštećenja.
Vizuelno provjerite prisustvo streamera. Ako ga nema, donosimo fluorescentnu sijalicu ili žarulju sa žarnom niti na sekundarni kalem. Sjaj lampe potvrđuje rad "Tesla transformatora" i prisustvo elektromagnetnog polja.
Ako uređaj ne radi, prije svega mijenjamo zaključke primarne zavojnice, a tek onda provjeravamo tranzistor na kvar.
Kada prvi put uključite, pratite temperaturu tranzistora, ako je potrebno, priključite dodatno hlađenje.

Posebnost snažnog Teslinog transformatora je veliki napon, velike dimenzije uređaja i metoda za dobijanje rezonantnih oscilacija. Hajde da pričamo malo o tome kako to radi i kako napraviti Teslin transformator tipa varnice.

Primarni krug radi na izmjeničnom naponu. Kada je uključen, kondenzator se puni. Čim se kondenzator napuni do maksimuma, dolazi do sloma iskrišta - uređaja od dva vodiča sa varničnim razmakom ispunjenim zrakom ili plinom. Nakon sloma, od kondenzatora i primarnog namotaja se formira serijski krug, nazvan LC kolo. To je kolo koje stvara visokofrekventne oscilacije, koje stvaraju rezonantne oscilacije i ogroman napon u sekundarnom kolu (slika 6).

Ako imate potrebne dijelove, moćni Tesla transformator možete sastaviti vlastitim rukama čak i kod kuće. Da biste to učinili, dovoljno je izvršiti promjene u krugu male snage:

Povećajte promjere namotaja i poprečni presjek žice za 1,1 - 2,5 puta.
Dodajte terminal u obliku toroida.
Promijenite izvor jednosmjernog napona u AC izvor sa visokim faktorom pojačanja, isporučujući napon od 3-5 kV.
Promijenite primarni krug prema dijagramu na slici 6.
Dodajte pouzdano tlo.

Tesla spark transformatori mogu doseći i do 4,5kW, pa stoga prave velike streamere. Najbolji efekat se postiže kada se postignu isti indikatori frekvencije oba kola. To se može ostvariti izračunavanjem detalja u posebnim programima - vsTesla, inca i drugi. Možete preuzeti jedan od programa na ruskom jeziku sa linka: http://ntesla.at.ua/_fr/1/6977608.zip.

Teslin kalem je visokofrekventni rezonantni transformator bez feromagnetnog jezgra, sa kojim se može dobiti visoki napon na sekundarnom namotu. Pod djelovanjem visokog napona u zraku dolazi do električnog kvara, sličnog pražnjenju groma. Uređaj je izumio Nikola Tesla i nosi njegovo ime.

Prema vrsti komutacionog elementa primarnog kola, Tesline zavojnice se dele na iskriste (SGTC - Spark gap Tesla coil), tranzistorske (SSTC - Solid state Tesla coil, DRSSTC - Dual resonant solid state Tesla coil). Razmotrit ću samo zavojnice za iskre, koje su najjednostavnije i najčešće. Prema načinu punjenja loop kondenzatora, varnični zavojnici se dele na 2 tipa: ACSGTC - Spark gap Tesla kalem, i DCSGTC - Spark gap Tesla kalem. U prvoj varijanti kondenzator se puni naizmjeničnim naponom, u drugoj se koristi rezonantno punjenje sa konstantnim naponom.

Sam kalem je konstrukcija od dva namotaja i torusa. Sekundarni namot je cilindričan, namotan na dielektričnu cijev sa bakrenom žicom za namotaje, u jednom sloju zavoj do zavoja, i obično ima 500-1500 zavoja. Optimalni odnos prečnika i dužine namotaja je 1:3,5 - 1:6. Za povećanje električne i mehaničke čvrstoće, namotaj je premazan epoksidnim ljepilom ili poliuretanskim lakom. Obično se dimenzije sekundarnog namota određuju na osnovu snage izvora energije, odnosno visokonaponskog transformatora. Odredivši promjer namotaja, dužina se nalazi iz optimalnog omjera. Zatim se odabire promjer žice za namotavanje tako da je broj zavoja približno jednak općeprihvaćenoj vrijednosti. Kanalizacijske plastične cijevi se obično koriste kao dielektrična cijev, ali možete napraviti i domaću cijev od listova papira za crtanje i epoksidnog ljepila. Ovdje i ispod govorimo o srednjim zavojnicama, snage 1 kW i promjera sekundarnog namota od 10 cm.

Šuplji provodljivi torus, obično napravljen od valovite aluminijske cijevi, instaliran je na gornjem kraju cijevi sekundarnog namotaja za uklanjanje vrućih plinova. U osnovi, promjer cijevi je odabran jednak promjeru sekundarnog namota. Prečnik torusa je obično 0,5-0,9 dužine sekundarnog namotaja. Torus ima električnu kapacitivnost, koja je određena njegovim geometrijskim dimenzijama, i djeluje kao kondenzator.

Primarni namotaj se nalazi na donjoj bazi sekundarnog namota i ima spiralni ravni ili konusni oblik. Obično se sastoji od 5-20 zavoja debele bakarne ili aluminijumske žice. U namotaju teku visokofrekventne struje, zbog čega skin efekat može imati značajan učinak. Zbog visoke frekvencije, struja se uglavnom distribuira u površinskom sloju vodiča, čime se smanjuje efektivna površina poprečnog presjeka vodiča, što dovodi do povećanja aktivnog otpora i smanjenja amplitude elektromagnetskih oscilacija. . Stoga bi najbolja opcija za izradu primarnog namotaja bila šuplja bakrena cijev ili ravna široka traka. Otvoreni zaštitni prsten (Strike Ring) iz istog vodiča ponekad se postavlja iznad primarnog namota po vanjskom prečniku i uzemljuje. Prsten je dizajniran da spriječi ulazak pražnjenja u primarni namotaj. Razmak je neophodan kako bi se spriječio protok struje kroz prsten, inače će magnetsko polje stvoreno induktivnom strujom oslabiti magnetsko polje primarnog i sekundarnog namotaja. Zaštitni prsten se može osloboditi uzemljenja jednog kraja primarnog namotaja, dok pražnjenje pražnjenja neće oštetiti komponente zavojnice.

Koeficijent sprege između namotaja zavisi od njihovog relativnog položaja, što su bliže, to je veći koeficijent. Za zavojnice za varnice, tipična vrijednost koeficijenta je K=0,1-0,3. Napon na sekundarnom namotu ovisi o tome, što je veći koeficijent spajanja, to je veći napon. Ali ne preporučuje se povećanje koeficijenta spajanja iznad norme, jer će pražnjenja početi skakati između namotaja, oštećujući sekundarni namotaj.

Dijagram prikazuje najjednostavniju verziju ACSGTC Tesla zavojnice.
Princip rada Tesline zavojnice zasniva se na fenomenu rezonancije dva induktivno spregnuta oscilatorna kola. Primarni oscilatorni krug se sastoji od kondenzatora C1, primarnog namotaja L1, koji se uključuje pomoću iskrišta, što rezultira zatvorenim krugom. Sekundarni oscilatorni krug formiraju sekundarni namotaj L2 i kondenzator C2 (torus sa kapacitivnošću), donji kraj namota je nužno uzemljen. Kada se prirodna frekvencija primarnog oscilatornog kruga poklopi s frekvencijom sekundarnog oscilatornog kruga, dolazi do naglog povećanja amplitude napona i struje u sekundarnom krugu. Pri dovoljno visokom naponu dolazi do električnog sloma zraka u obliku pražnjenja koje izlazi iz torusa. Važno je razumjeti šta čini zatvoreni sekundarni krug. Struja sekundarnog kola teče kroz sekundarni namotaj L2 i kondenzator C2 (torus), zatim kroz zrak i zemlju (pošto je namotaj uzemljen), zatvoreni krug se može opisati na sljedeći način: zemlja-namotaj-torus-pražnjenje-uzemljenje. Dakle, uzbudljiva električna pražnjenja su dio struje petlje. S visokim otporom uzemljenja, pražnjenja koja izlaze iz torusa će direktno pogoditi sekundarni namotaj, što nije dobro, pa morate napraviti visokokvalitetno uzemljenje.

Nakon što se odrede dimenzije sekundarnog namotaja i torusa, može se izračunati prirodna frekvencija oscilovanja sekundarnog kola. Ovdje se mora uzeti u obzir da sekundarni namotaj, osim induktivnosti, ima i određeni kapacitet zbog svoje značajne veličine, što se mora uzeti u obzir pri proračunu, kapacitet namota se mora dodati kapacitivnosti torusa. Zatim morate procijeniti parametre zavojnice L1 i kondenzatora C1 primarnog kruga, tako da prirodna frekvencija primarnog kruga bude bliska frekvenciji sekundarnog kruga. Kapacitet kondenzatora primarnog kola je obično 25-100 nF, na osnovu toga se izračunava broj zavoja primarnog namotaja, u prosjeku treba dobiti 5-20 zavoja. U proizvodnji namota potrebno je povećati broj zavoja, u odnosu na izračunatu vrijednost, za naknadno podešavanje zavojnice na rezonanciju. Sve ove parametre možete izračunati koristeći standardne formule iz udžbenika fizike, na mreži postoje i knjige o izračunavanju induktivnosti različitih zavojnica. Postoje i posebni kalkulatorski programi za izračunavanje svih parametara buduće Tesline zavojnice.

Podešavanje se vrši promjenom induktivnosti primarnog namota, odnosno jedan kraj namota je spojen na krug, a drugi nije nigdje spojen. Drugi kontakt je napravljen u obliku stezaljke koja se može bacati iz jednog zavoja u drugi, pri čemu se ne koristi cijeli namotaj, već samo njegov dio, shodno tome se mijenja induktivnost i prirodna frekvencija primarnog kruga. Podešavanje se vrši tokom preliminarnih pokretanja zavojnice, rezonancija se ocenjuje po dužini ispražnjenih pražnjenja. Postoji i metoda podešavanja hladne rezonancije pomoću RF generatora i osciloskopa ili RF voltmetra, bez potrebe za pokretanjem zavojnice. Mora se napomenuti da električno pražnjenje ima kapacitivnost, zbog čega se prirodna frekvencija sekundarnog kruga može malo smanjiti tijekom rada zavojnice. Uzemljenje takođe može imati mali uticaj na frekvenciju sekundarnog kola.

Odvodnik je sklopni element u primarnom oscilatornom kolu. S električnim slomom iskrišta pod djelovanjem visokog napona u njemu se formira luk koji zatvara primarni krug, a u njemu se javljaju visokofrekventne prigušene oscilacije, tijekom kojih se napon na kondenzatoru C1 postupno smanjuje. Nakon što se luk ugasi, kondenzator petlje C1 ponovo se počinje puniti iz izvora napajanja, sa sljedećim probijanjem iskrišta, počinje novi ciklus oscilacija.

Odvodnik je podijeljen u dvije vrste: statički i rotirajući. Statički razmak su dvije blisko razmaknute elektrode, razmak između kojih je podešen tako da dođe do električnog kvara između njih u trenutku kada je kondenzator C1 napunjen do najvišeg napona, ili nešto manjeg od maksimalnog. Približna udaljenost između elektroda određuje se na osnovu električne jačine zraka, koja je oko 3 kV/mm u standardnim uvjetima okoline, a ovisi i o obliku elektroda. Za naizmjenični mrežni napon, frekvencija rada statičkog pražnika (BPS - otkucaji u sekundi) bit će 100Hz.

Rotirajući iskrište (RSG - Rotary spark gap) je napravljen na bazi elektromotora, na čiju je osovinu montiran disk sa elektrodama, sa svake strane diska postavljene su statičke elektrode, pa kada se disk rotira, sve elektrode diska će letjeti između statičkih elektroda. Udaljenost između elektroda je minimalna. U ovoj opciji možete podesiti frekvenciju prebacivanja u širokom rasponu upravljanjem elektromotorom, što daje više mogućnosti za postavljanje i kontrolu zavojnice. Kućište motora mora biti uzemljeno kako bi se namotaj motora zaštitio od kvara kada uđe visokonaponsko pražnjenje.

Kao kondenzator petlje C1 koriste se kondenzatorski sklopovi (MMC - Multi Mini Capacitor) od serijski i paralelno povezanih visokonaponskih visokofrekventnih kondenzatora. Obično se koriste keramički kondenzatori tipa KVI-3, kao i filmski kondenzatori K78-2. Nedavno je planiran prelazak na papirne kondenzatore tipa K75-25, koji su se dobro pokazali u radu. Nazivni napon kondenzatorskog sklopa radi pouzdanosti trebao bi biti 1,5-2 puta veći od vršnog napona izvora napajanja. Da bi se kondenzatori zaštitili od prenapona (visokofrekventnih impulsa), paralelno s cijelim sklopom postavlja se zračni raspor. Varnični razmak može biti dvije male elektrode.

Kao izvor napajanja za punjenje kondenzatora koristi se visokonaponski transformator T1 ili više transformatora povezanih serijski ili paralelno. U osnovi, početnici Teslini graditelji koriste transformator mikrovalne pećnice (MOT - Microwave Oven Transformer), čiji je izlazni naizmjenični napon ~ 2,2 kV, snaga je oko 800 W. Ovisno o nazivnom naponu kondenzatora petlje, MOT-ovi se spajaju u seriju od 2 do 4 komada. Upotreba samo jednog transformatora nije preporučljiva, jer će zbog malog izlaznog napona razmak u odvodniku biti vrlo mali, a rezultat će biti nestabilni rezultati zavojnice. Motori imaju nedostatke u vidu slabe električne snage, nisu dizajnirani za kontinuirani rad, jako se zagrijavaju pod velikim opterećenjem i stoga često pokvare. Razumnije je koristiti posebne uljne transformatore kao što su OM, OMP, OMG, koji imaju izlazni napon od 6,3 kV, 10 kV i snagu od 4 kW, 10 kW. Možete napraviti i domaći visokonaponski transformator. Kada radite s visokonaponskim transformatorima, ne treba zaboraviti na sigurnosne mjere, visoki napon je opasan po život, kućište transformatora mora biti uzemljeno. Ako je potrebno, autotransformator se može ugraditi u seriju s primarnim namotom transformatora za podešavanje napona punjenja kondenzatora petlje. Snaga autotransformatora ne smije biti manja od snage transformatora T1.

Induktor Ld u strujnom kolu je neophodan da ograniči struju kratkog spoja transformatora tokom kvara odvodnika. Najčešće se induktor nalazi u krugu sekundarnog namota transformatora T1. Zbog visokog napona, potrebna induktivnost induktora može poprimiti velike vrijednosti od jedinica do desetina Henryja. U ovoj izvedbi, mora imati dovoljnu električnu snagu. S istim uspjehom, induktor se može ugraditi u seriju s primarnim namotom transformatora, odnosno, ovdje nije potrebna visoka električna čvrstoća, potrebna je induktivnost za red veličine niža i iznosi desetine, stotine milihenrija. Prečnik žice za namotaje ne sme biti manji od prečnika žice primarnog namota transformatora. Induktivnost induktora se izračunava iz formule za ovisnost induktivne reaktancije o frekvenciji naizmjenične struje.

Niskopropusni filter (LPF) je dizajniran da spriječi prodor visokofrekventnih impulsa primarnog kruga u krug induktora i sekundarnog namota transformatora, odnosno da ih zaštiti. Filter može biti u obliku slova L ili U. Granična frekvencija filtera bira se za red veličine manja od rezonantne frekvencije oscilatornih krugova zavojnice, ali granična frekvencija mora biti mnogo veća od frekvencije rada iskrišta.

Prilikom rezonantnog punjenja kondenzatora petlje (tip zavojnice - DCSGTC), koristi se konstantni napon, za razliku od ACSGTC. Napon sekundarnog namota transformatora T1 se ispravlja pomoću diodnog mosta i izravnava kondenzatorom St. Kapacitet kondenzatora mora biti za red veličine veći od kapacitivnosti kondenzatora petlje C1, kako bi se smanjilo valovanje jednosmjernog napona . Vrijednost kapacitivnosti je obično 1-5 μF, nominalni napon za pouzdanost se bira 1,5-2 puta veći od amplitudnog ispravljenog napona. Umjesto jednog kondenzatora, mogu se koristiti kondenzatorske banke, po mogućnosti ne zaboravljajući na izjednačujuće otpornike pri povezivanju nekoliko kondenzatora u seriju.

Kao mostne diode koriste se serijski spojeni visokonaponski diodni stupovi tipa KTs201 itd. Nazivna struja diodnih stupova mora biti veća od nazivne struje sekundarnog namota transformatora. Reverzni napon diodnih stupova ovisi o krugu ispravljanja, iz razloga pouzdanosti, obrnuti napon dioda trebao bi biti 2 puta veći od amplitudne vrijednosti napona. Moguće je izraditi domaće diodne polove serijskim povezivanjem konvencionalnih ispravljačkih dioda (na primjer, 1N5408, Uobr = 1000 V, Inom = 3 A), korištenjem izjednačujućih otpornika.
Umjesto standardnog kruga za ispravljanje i izravnavanje, udvostruč napona se može sastaviti od dva diodna pola i dva kondenzatora.

Princip rada kruga rezonantnog naboja zasniva se na fenomenu samoinduktivnosti induktora Ld, kao i na korištenju granične diode VDo. U trenutku kada se kondenzator C1 isprazni, kroz induktor počinje da teče struja koja se povećava po sinusoidalnom zakonu, dok se energija akumulira u induktoru u obliku magnetskog polja, a kondenzator se puni, akumulirajući energiju u obliku električnog polja. Napon na kondenzatoru raste do napona napajanja, dok maksimalna struja teče kroz induktor, a pad napona na njemu je nula. U ovom slučaju, struja se ne može trenutno zaustaviti, i nastavlja teći u istom smjeru zbog prisustva samoinduktivnosti induktora. Punjenje kondenzatora se nastavlja do dvostrukog napona napajanja. Prekidna dioda je neophodna kako bi se spriječilo da energija teče natrag od kondenzatora do izvora napajanja, jer se između kondenzatora i izvora napajanja pojavljuje razlika potencijala jednaka naponu izvora napajanja. Zapravo, napon na kondenzatoru ne dostiže dvostruku vrijednost, zbog prisustva pada napona na diodnom stupcu.

Upotreba rezonantnog naboja omogućava efikasniji i ravnomjerniji prijenos energije u primarni krug, dok za postizanje istog rezultata (u smislu dužine pražnjenja), DCSGTC zahtijeva manje energije iz izvora napajanja (transformator T1) nego ACSGTC. Pražnjenja dobijaju karakterističnu glatku krivinu, zbog stabilnog napona napajanja, za razliku od ACSGTC, gde se sledeći pristup elektroda u RSG može desiti na vreme na bilo kom delu sinusoidnog napona, uključujući udar na nulu ili niski napon i, kao rezultat, promjenjiva dužina pražnjenja (pocijepano pražnjenje).

Na slici ispod prikazane su formule za izračunavanje parametara Tesline zavojnice:

Predlažem da se upoznate sa mojim iskustvom izgradnje.

Kochneva L.S. (Perm, MBOU "Gimnazija br. 17")

1. Pištalo V. Nikola Tesla. Portret među maskama. - M: ABC classics, 2010.

2. Rzhonsnitsky B.N. Nikola Tesla. Život divnih ljudi. Niz biografija. Broj 12. - M: Mlada garda, 1959.

3. Feigin O. Nikola Tesla: Naslijeđe velikog pronalazača. – M.: Alpina non-fiction, 2012.

4. Tesla i njegovi izumi. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20.

5. Tsverava G. K. Nikola Tesla, 1856-1943. - Lenjingrad. Nauka. 1974.

6. Wikipedia https://ru.wikipedia.org/wiki/?%D0?%A2?%D0?%B5?%D1?%81?%D0?%BB?%D0?%B0,_?%D0 ?%9D?%D0?%B8?%D0?%BA?%D0?%BE?%D0?%BB?%D0?%B0.

7. Nikola Tesla: biografija http://www.people.su/107683.

Oh, koliko divnih otkrića imamo

Pripremite duh prosvetljenja

I iskustvo, sine teških grešaka,

I genije, prijatelj paradoksa,

I slučajnost, bog je pronalazač...

A.S. Puškin

Relevantnost teme

U naše vrijeme, pitanje prijenosa energije na daljinu, posebno bežičnog prijenosa energije, je akutno. Ovdje se možemo prisjetiti ideja velikog naučnika Nikole Tesle, koji se ovim pitanjima bavio još 1900-ih godina i postigao impresivan uspjeh izgradnjom svog čuvenog rezonantnog transformatora - Teslinog namotaja. Stoga sam odlučio sam riješiti ovaj problem, pokušavajući ponoviti ove eksperimente.

Ciljevi istraživanja

Sastavite radne Tesline zavojnice koristeći tranzistorsku tehnologiju (Class-E SSTC) i tehnologiju lampe (VTTC)

Posmatrajte nastanak raznih vrsta pražnjenja i saznajte koliko su opasni.

Prenesite energiju bežičnim putem pomoću Tesline zavojnice

Proučiti svojstva elektromagnetnog polja koje stvara Teslina zavojnica

Naučite praktičnu primjenu Tesline zavojnice

Predmet studija

Dvije Tesline zavojnice sastavljene korištenjem različitih tehnologija, polja i pražnjenja koje generiraju ti zavojnici.

Metode istraživanja:

Empirijski: promatranje visokofrekventnih električnih pražnjenja, istraživanje, eksperiment.

Teorijski: projektovanje Tesline zavojnice, analiza literature i mogućih električnih kola za montažu zavojnice.

Faze istraživanja

Teorijski dio. Proučavanje literature o problemu istraživanja.

Praktični dio. Izrada Tesla transformatora i izvođenje eksperimenata sa ugrađenom opremom.

Teorijski dio

Izumi Nikole Tesle

Nikola Tesla - pronalazač u oblasti elektrotehnike i radiotehnike, inženjer, fizičar. Rođen i odrastao u Austro-Ugarskoj, kasnijih godina radio je uglavnom u Francuskoj i SAD.

Poznat je i kao pobornik postojanja etra: poznati su njegovi brojni eksperimenti i eksperimenti, čija je svrha bila da pokažu prisustvo etra kao posebnog oblika materije koji se može koristiti u tehnologiji. Jedinica mjerenja gustine magnetnog fluksa nazvana je po N. Tesli. Savremeni biografi Teslu su smatrali "čovekom koji je izumeo 20. vek" i "svetcem zaštitnikom" modernog elektriciteta. Teslini rani radovi utrli su put modernoj elektrotehnici, a njegova rana otkrića bila su inovativna.

U februaru 1882. Tesla je smislio kako da koristi fenomen, kasnije nazvan rotirajuće magnetno polje, u elektromotoru. Tesla je u slobodno vrijeme radio na izradi modela asinhronog elektromotora, a 1883. demonstrirao je rad motora u Gradskoj vijećnici u Strazburu.

Godine 1885, Nicola je predstavio 24 varijacije Edisonove mašine, novog komutatora i regulatora koji su znatno poboljšali performanse.

Tesla se 1888-1895 bavio istraživanjem magnetnih polja i visokih frekvencija u svojoj laboratoriji. Ove godine su bile najplodnije, tada je patentirao većinu svojih izuma.

Krajem 1896. Tesla je ostvario radio prenos na udaljenosti od 48 km.

Tesla je postavio malu laboratoriju u Kolorado Springsu. Za proučavanje grmljavine, Tesla je dizajnirao poseban uređaj, koji je transformator, čiji je jedan kraj primarnog namotaja bio uzemljen, a drugi spojen na metalnu kuglu na šipku koja se pruža prema gore. Na sekundarni namotaj spojen je osjetljivi samopodešavajući uređaj spojen na uređaj za snimanje. Ovaj uređaj je omogućio Nikoli Tesli da proučava promjene u potencijalu Zemlje, uključujući i efekat stajaćih elektromagnetnih talasa uzrokovanih pražnjenjem groma u Zemljinoj atmosferi. Promatranja su dovela izumitelja do ideje o mogućnosti prijenosa električne energije bez žica na velike udaljenosti.

Tesla je svoj sljedeći eksperiment usmjerio na istraživanje mogućnosti samostalnog stvaranja stojećeg elektromagnetnog vala. Na ogromnoj bazi transformatora bili su namotani zavoji primarnog namota. Sekundarni namotaj bio je spojen na jarbol od 60 metara i završavao se bakrenom kuglom promjera metar. Kada je naizmjenični napon od nekoliko hiljada volti prošao kroz primarni kalem, u sekundarnoj zavojnici je nastala struja napona od nekoliko miliona volti i frekvencije do 150 hiljada herca.

Tokom eksperimenta zabilježena su pražnjenja nalik munji koja izviru iz metalne kugle. Dužina pojedinih pražnjenja dostigla je skoro 4,5 metara, a grmljavina se čula na udaljenosti do 24 km.

Na osnovu eksperimenta, Tesla je zaključio da mu je uređaj omogućio da generiše stajaće talase koji su se sferno širili od predajnika, a zatim konvergirali sve većim intenzitetom u dijametralno suprotnoj tački na globusu, negde u blizini ostrva Amsterdam i St. Indijski okean.

Tesla je 1917. godine predložio princip rada uređaja za radio detekciju podmornica.

Jedan od njegovih najpoznatijih izuma je Teslin transformator (kalem).

Teslin transformator, poznat i kao Teslin kalem, je uređaj koji je izumeo Nikola Tesla i nosi njegovo ime. To je rezonantni transformator koji proizvodi visoki napon na visokoj frekvenciji. Uređaj je patentiran 22. septembra 1896. godine kao "Aparat za proizvodnju električnih struja visoke frekvencije i potencijala".

Najjednostavniji Teslin transformator sastoji se od dva namotaja - primarnog i sekundarnog, kao i iskrišta, kondenzatora, toroida i terminala.

Primarni namotaj obično sadrži nekoliko zavoja žice velikog promjera ili bakrene cijevi, a sekundarni oko 1000 zavoja žice manjeg promjera. Primarni svitak, zajedno s kondenzatorom, čini oscilatorni krug, koji uključuje nelinearni element - iskrište.

Sekundarni kalem također čini oscilatorno kolo, gdje ulogu kondenzatora uglavnom obavlja kapacitet toroida i vlastiti međunamotni kapacitet samog zavojnice. Sekundarni namotaj je često premazan slojem epoksida ili laka kako bi se spriječio električni kvar.

Dakle, Teslin transformator se sastoji od dva povezana oscilatorna kola, što određuje njegova izuzetna svojstva i predstavlja njegovu glavnu razliku od konvencionalnih transformatora.

Nakon postizanja probojnog napona između elektroda odvodnika, u njemu dolazi do lavinskog električnog sloma plina. Kondenzator se prazni kroz odvodnik do zavojnice. Stoga krug oscilatornog kruga, koji se sastoji od primarnog namotaja i kondenzatora, ostaje zatvoren kroz iskrište, a u njemu nastaju visokofrekventne oscilacije. U sekundarnom kolu se javljaju rezonantne oscilacije, što dovodi do pojave visokog napona na terminalu.

U svim tipovima Teslinih transformatora glavni element transformatora - primarni i sekundarni krug - ostaje nepromijenjen. Međutim, jedan od njegovih dijelova - generator visokofrekventnih oscilacija - može imati drugačiji dizajn.

Praktični dio

Tesla zavojnica (Klasa-E SSTC)

Rezonantni transformator se sastoji od dva namotaja koji nemaju zajedničko željezno jezgro - to je neophodno za stvaranje niskog koeficijenta sprege. Na primarnom namotu ima nekoliko zavoja debele žice. Na sekundarnom namotu je namotano od 500 do 1500 zavoja. Zbog ovakvog dizajna, Teslin kalem ima omjer transformacije koji je 10-50 puta veći od omjera broja zavoja na sekundarnom namotu i broja zavoja na primarnom. U tom slučaju se mora poštovati uslov za nastanak rezonancije između primarnog i sekundarnog oscilatornog kola. Izlazni napon takvog transformatora može premašiti nekoliko miliona volti. Upravo ta okolnost osigurava pojavu spektakularnih pražnjenja, čija dužina može doseći nekoliko metara odjednom. Na internetu možete pronaći različite opcije za proizvodnju izvora visoke frekvencije i napona. Odabrao sam jedan od dizajna.

Sam sam sastavio instalaciju na osnovu gornjeg dijagrama (slika 1). Zavojnica namotana na okvir od plastične (vodovodne) cijevi promjera 80 mm. Primarni namotaj sadrži samo 7 zavoja, žicu promjera 1 mm, korištena je jednožilna bakarna žica MGTF. Sekundarni namotaj sadrži oko 1000 zavoja žice za namotaje prečnika 0,15 mm. Sekundarni namotaj je uredno namotan, okretanje do okreta. Rezultat je uređaj koji proizvodi visok napon na visokoj frekvenciji (slika 2).

Veliki Teslin kalem (VTTC)

Ovaj kalem je sastavljen na bazi pentode generatora gu-81m prema autooscilirajućem krugu, tj. sa strujom mreže samopobuđene lampe.

Kao što se vidi iz dijagrama (slika 3), lampa je povezana kao trioda, tj. Sve mreže su međusobno povezane. Kondenzator C1 i dioda VD1 čine polutalasni udvostruč. Otpornik R1 i kondenzator C3 su potrebni za podešavanje načina rada lampe. Zavojnica L2 je potrebna za pobudu struje mreže. Primarni oscilatorni krug formiran je od kondenzatora C2 i zavojnice L1. Sekundarni oscilatorni krug formiran je od zavojnice L3 i vlastite međunavojne kapacitivnosti. Primarni namotaj na okviru prečnika 16 cm sadrži 40 zavoja sa slavinama od 30, 32, 34, 36 i 38 zavoja za podešavanje rezonancije. Sekundarni namotaj sadrži oko 900 zavoja na okviru prečnika 11 cm.Na vrhu sekundarnog namotaja nalazi se toroid - neophodan je za akumulaciju električnih naboja.

Obje ove instalacije (sl. 2 i sl. 3) su dizajnirane da pokažu visokofrekventne struje visokog napona i kako ih stvoriti. Zavojnice se također mogu koristiti za bežični prijenos električne struje. U toku rada pokazaću rad i mogućnosti Teslinih kalemova koje sam napravio.

Eksperimentalni eksperimenti sa Teslinom zavojnicom

Sa gotovom Teslinom zavojnicom možete provesti niz zanimljivih eksperimenata, ali morate slijediti sigurnosna pravila. Za eksperimente mora postojati vrlo pouzdano ožičenje, ne bi trebalo biti nikakvih predmeta u blizini zavojnice i trebalo bi biti moguće isključiti opremu u slučaju nužde.

Tokom rada, Teslina zavojnica stvara prekrasne efekte povezane s stvaranjem različitih vrsta plinskih pražnjenja. Ljudi obično skupljaju ove zavojnice kako bi pogledali ove impresivne, lijepe pojave.

Teslin kalem može stvoriti nekoliko vrsta pražnjenja:

Varnice su iskriste pražnjenja između zavojnice i nekog predmeta koji proizvode karakterističan pucanje zbog naglog širenja plinskog kanala, kao kod prirodne munje, ali u manjem obimu.

Streameri su slabo svijetleći tanki razgranati kanali koji sadrže atome joniziranog plina i od njih odvojene slobodne elektrone. Teče iz terminala zavojnice ravno u zrak bez ulaska u zemlju. Stremer je vidljiva jonizacija vazduha. One. sjaj jona, koji formira visoki napon transformatora.

Koronsko pražnjenje - sjaj zračnih jona u visokonaponskom električnom polju. Stvara prekrasan plavkasti sjaj oko visokonaponskih dijelova strukture sa jakom površinskom zakrivljenošću.

Lučno pražnjenje - nastaje uz dovoljnu snagu transformatora, ako se uzemljeni predmet približi njegovom terminalu. Između njega i terminala treperi luk.

Neke hemikalije koje se nanose na terminal za pražnjenje mogu da promene boju pražnjenja. Na primjer, natrijum mijenja plavičastu boju pražnjenja u narandžastu, bor u zelenu, mangan u plavu, a litijum u grimiznu.

Uz pomoć ovih zavojnica možete provesti niz prilično zanimljivih, lijepih i spektakularnih eksperimenata. Dakle, počnimo:

Iskustvo 1: Demonstracija gasnih pražnjenja. Streamer, iskra, lučno pražnjenje

Oprema: Teslin kalem, debela bakarna žica.

Rice. 4 Fig. 5

Kada se zavojnica uključi, iz terminala počinje da izlazi pražnjenje dužine 5-7 mm

Eksperiment 2: Demonstracija pražnjenja u fluorescentnoj lampi

Oprema: Teslin kalem, fluorescentna lampa (fluorescentna lampa).

Uočava se sjaj u fluorescentnoj lampi na udaljenosti do 1 m od instalacije.

Iskustvo 3: Eksperimentirajte s papirom

Oprema: Teslin kalem, papir.

Kada se papir unese u ispust, strimer brzo prekriva njegovu površinu i nakon nekoliko sekundi papir svijetli

Iskustvo 4: "Drvo" iz plazme

Oprema: Teslin kalem, tanka upredena žica.

Žice račvamo na žici s koje je prethodno skinuta izolacija i pričvršćujemo je na terminal, kao rezultat dobivamo "stablo" plazme.

Iskustvo 5: Demonstracija gasnih pražnjenja na velikom Teslinom kalemu. Streamer, iskra, lučno pražnjenje

Kada se zavojnica uključi, iz terminala počinje izlaziti pražnjenje dužine 45-50 cm, kada se predmet dovede do toroida, svijetli luk.

Iskustvo 6: Pražnjenja u ruci

Oprema: veliki Teslin kalem, ručni.

Kada prinesete ruku ka strimeru, pražnjenje počinje da udara u ruku bez izazivanja bola

Iskustvo 7: Demonstracija gasnih pražnjenja iz objekta koji se nalazi u polju Teslinog kalema.

Oprema: veliki Teslin kalem, debela bakarna žica.

Kada se bakarna žica unese u polje Tesline zavojnice (sa uklonjenim terminalom), pojavljuje se pražnjenje iz žice prema toroidu.

Iskustvo 8: Demonstracija pražnjenja u kugli napunjenoj razređenim gasom u polju Teslinog namotaja

Oprema: veliki Teslin kalem, lopta napunjena razređenim gasom.

Kada se lopta unese u polje Tesline zavojnice, upali se pražnjenje unutar kuglice.

Iskustvo 9: Demonstracija pražnjenja u neonskim i fluorescentnim lampama.

Oprema: veliki Teslin kalem, neonske i fluorescentne lampe.

Kada se lampa ubaci u polje Tesline zavojnice, unutar neonskih i luminiscentnih lampi na udaljenosti do 1,5 m zapali se pražnjenje.

Iskustvo 10: Iscjedak iz ruke.

Oprema: veliki Teslin kalem, ruka sa folijskim vrhovima prstiju.

Kada stavite ruku u polje Tesline zavojnice (sa uklonjenim terminalom), dolazi do pražnjenja od vrhova prstiju prema toroidu.

Zaključak

Svi postavljeni ciljevi su ostvareni. Napravio sam 2 zavojnice i dokazao sljedeće hipoteze koristeći njihov primjer:

Tesla zavojnica može generirati stvarna električna pražnjenja različitih vrsta.

Pražnjenja koja stvara tesla zavojnica su bezopasna za ljude i ne mogu uzrokovati štetu strujnim udarom. Možete čak i dodirnuti visokonaponski izlazni kalem komadom metala ili rukom. Zašto se čovjeku ništa ne događa kada dodirne izvor napona visoke frekvencije od 1.000.000 V? Jer kada teče struja visoke frekvencije, uočava se takozvani skin efekat, tj. naelektrisanja teku samo duž ivica provodnika, ne dodirujući jezgro.

Struja teče kroz kožu, a ne dodiruje unutrašnje organe. Zato je bezbedno dodirnuti ove munje.

Teslin kalem može prenositi energiju bežično stvaranjem elektromagnetnog polja.

Energija ovog polja može se prenijeti na bilo koji objekt u ovom polju, od razrijeđenih plinova do osobe.

Savremena primena ideja Nikole Tesle

Naizmjenična struja je glavni način prijenosa električne energije na velike udaljenosti.

Električni generatori su glavni elementi u proizvodnji električne energije u turbinskim elektranama (HE, NE, TE).

Električni motori na naizmeničnu struju, koje je prvi stvorio Nikola Tesla, koriste se u svim savremenim alatnim mašinama, električnim vozovima, električnim automobilima, tramvajima, trolejbusima.

Radio-upravljana robotika postala je rasprostranjena ne samo u dječjim igračkama i bežičnim televizijskim i kompjuterskim uređajima (kontrolne ploče), već i u vojnoj sferi, u civilnoj sferi, u pitanjima vojne, civilne i unutrašnje, kao i vanjske sigurnosti zemlje itd.

Bežični punjači se već koriste za punjenje mobilnih telefona.

Naizmjenična struja, koju je pionir Tesla, glavni je način prijenosa električne energije na velike udaljenosti.

Zabava i emisija.

U filmovima su epizode zasnovane na demonstraciji Teslinog transformatora, u kompjuterskim igricama.

Početkom 20. veka Teslin transformator je takođe našao popularnu upotrebu u medicini. Pacijenti su tretirani slabim visokofrekventnim strujama, koje, prolazeći kroz tanak sloj površine kože, nisu štetile unutrašnjim organima, a imale su „tonizirajuće“ i „iscjeljujuće“ djelovanje.

Koristi se za paljenje lampi na gasno pražnjenje i za pronalaženje curenja u vakuum sistemima.

Pogrešno je misliti da Tesline zavojnice nemaju široku praktičnu primjenu. Njihova glavna upotreba je u zabavnoj i medijskoj sferi zabave i emisija. Istovremeno, sami zavojnici ili uređaji koji koriste principe rada zavojnice prilično su uobičajeni u našem životu, o čemu svjedoče gornji primjeri.

Bibliografska veza

Koshkin A.A. TESLA SVOJAK I ISTRAŽIVANJE NJEGOVIH MOGUĆNOSTI // International School Scientific Bulletin. - 2018. - br. 1. - str. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (datum pristupa: 30.01.2020.).

Ne tako davno, takozvane plazma lampe pojavile su se u asortimanu raznih prodavnica koje emituju munje na površini staklene kugle. Ove lampe su brzo stekle popularnost, ali malo ljudi zna da je ove uređaje izumeo Nikola Tesla 1910-ih godina prošlog veka. Prvo morate razumjeti unutrašnju strukturu ovog nevjerovatnog izuma. Zapravo, ovo je običan transformator posebnog tipa. U svom radu koristi rezonanciju koja se javlja u takozvanim stajaćim magnetnim talasima. Na primarnom namotu ima vrlo malo zavoja, on stvara oscilirajuće iskre, skupljajući energiju u kondenzatoru, te se stoga u određenom vremenskom periodu javlja varničenje. Sekundarni namotaj radi na bazi direktnog namotaja žica. Frekvencija oscilovanja para kola se mora podudarati, što će dovesti do pojave izuzetno velike naizmenične struje visoke frekvencije između dva kraja zavojnice na sekundarnom namotu. To uzrokuje vizualizaciju u obliku te iste ljubičaste munje.

Rezonantni transformator se često poredi sa običnim klatnom, gde će frekvencija i amplituda direktno zavisiti od sile kojom se gura ceo sistem. Nagomilavanje se može vršiti u prisustvu slobodnih oscilacija, što uvelike povećava dužinu hoda, a takođe povećava vreme potpunog gašenja. Ista stvar se dešava sa kalemom. Sekundarni namotaj se ljulja, a generator ga zamahuje. Sinhronizaciju obezbeđuju istovremeno primarni krug i generator, što vam omogućava da fino podesite sistem u zavisnosti od zadatka. Trenutno je većina ljudi zna samo kao igračku. Ali u stvari, ovaj sistem ima pravu primenu.

Korištenje Tesline zavojnice u stvarnosti

Izlazni naponi često mogu doseći nevjerovatne vrijednosti od nekoliko miliona volti. Ovo je jedinstvena pojava u svijetu elektriciteta, jer tako velike struje rijetko karakteriziraju tako dugi valovi. Električna snaga zračnog prostora probija se kroz ogromnu udaljenost sa stabilnim pražnjenjima, a uz veliku snagu generatora, dužina može doseći mnogo metara. Takve demonstracije sa ovim čudom fizike naše planete često su instalirane na mnogim univerzitetima širom svijeta. Ove pojave se ogledaju u čuvenoj igrački. Kada dodirnemo loptu, munja se privlači prema našim rukama, kao prema predmetu sa relativno visokom provodljivošću. Naša krv i druge tjelesne tekućine pune su soli i metala, što nas čini odličnim provodnikom.

Još početkom prošlog veka ova šema se koristila za prenos signala na velike udaljenosti, jer pražnjenja imaju i nevidljivi deo. Ljudi su počeli pokušavati da ih koriste za prijenos radio valova na kratke udaljenosti za prijenos daljinskog upravljanja, ali je takva aplikacija bila preopasna za zdravlje ljudi. Tada su izvedeni brojni eksperimenti na polju medicine. I dalje se koristi tzv. darsonvalizacija, a sami uređaji nisu ništa drugo do Teslin generator u najmanjoj veličini. Struja golica kožu, ali ne prodire duboko u tijelo. Tonični učinak takvog tretmana brzo je pronašao primjenu u stvarnosti, koristi se za liječenje kožnih bolesti, stimulira rast kose i omogućava brušenje ožiljaka, smanjujući veličinu čvorova.

Upravo ovaj tip generatora pali lampe s plinskim pražnjenjem. Vakumski sistemi se testiraju sa ovim gredama na pukotine u kućištima. Munja će se sigurno protezati prema defektu.

Da li su Tesla lampe opasne za ljude?

Nedvosmisleno možemo reći da postoji opasnost, tako da morate 100% slijediti priložena uputstva. Nemojte se držati za ruke i dodirivati staklo lampe, kao i pokušavati da dodirnete loptu mokrim rukama. Posebno ne preporučujemo izradu takvih kola bez odgovarajućeg iskustva kod kuće. Možete isključiti brojne električne uređaje u svom domu, spaliti ožičenje. Ali to nisu najgore posljedice. Milioni volti Teslinih transformatora mogu ubiti osobu jednim dodirom ako napravi grešku. Efekat je sličan udaru groma. Stoga, budite izuzetno oprezni, posebno vodite računa o djeci. Mlađi od 12 godina, kupovina takvih lampi se strogo ne preporučuje. Također, kupujte ove uređaje samo od renomiranih proizvođača. Kopije neimenovanih kineskih kompanija često bivaju pogođene strujom do te mjere da se kosa i rukavi odjeće mogu zapaliti na rukama, a nokti se također mogu istopiti. Igračka može donijeti velike nevolje, budite oprezni.

Teslin kalem i demonstracija nevjerovatnih svojstava

Elektromagnetno polje Tesline zavojnice

Sadržaj

Uvod……………………………………………………………………..…………..2 str

Teorijski dio

Nikola Tesla i njegovi izumi………………………………………………….. 5 str.
Šema ugradnje Tesline zavojnice………………………………………………..8 str.

Praktični dio

Sociološka anketa među studentima FSUŠ br. 5 ... ... 8 str.
Sklop Tesla zavojnice……………………………………………..…………..9 str
Proračun glavnih karakteristika proizvedenog Teslinog namotaja 9 str.
Eksperimentalni eksperimenti sa upotrebom Tesline zavojnice………11 str.
Savremena primena Teslinih ideja…………………………..13 str.
Foto i video izvještaj o studiji……………..14 str.

Zaključak…………………………………………………………….……..15 str.

Literatura…………………………………………………………………….…..16 str.

Prijave…………………………………………………………….…….……….…..18 str.

Uvod

Mogao bih podijeliti globus, ali nikad

Neću to učiniti.

Moj glavni cilj je bio da ukažem na nove pojave

i širiti ideje koje će postati

polazišta za nova istraživanja.

Nikola Tesla

« Konačno sam uspio stvoriti pražnjenja čija je snaga daleko veća od snage munje. Da li vam je poznat izraz "ne možete skočiti iznad glave"? To je zabluda. Čovek može sve." U Međunarodnoj godini svjetlosti i svjetlosnih tehnologija, mislim da je vrijedno pamćenja legendarne ličnosti Nikole Tesle, a smisao nekih njegovih izuma do danas je sporan. O njemu se pričalo mnogo različitih stvari, ali ljudi, među kojima sam i ja, uglavnom su jednoglasni u mišljenju – Tesla je učinio mnogo za razvoj nauke i tehnologije za svoje vreme. Mnogi njegovi patenti su zaživjeli, dok su neki još uvijek izvan razumijevanja suštine. Ali glavnim zaslugama Tesle može se smatrati proučavanje prirode električne energije. Posebno visokog napona. Tesla je zadivio svoje prijatelje i kolege nevjerovatnim eksperimentima u kojima je bez poteškoća i straha kontrolirao visokonaponske generatore koji su generirali stotine, a ponekad i milione volti. Još 1900-ih Tesla je mogao prenositi struju bez žica na velike udaljenosti, dobiti struju od 100 miliona ampera i napon od 10 hiljada volti. I da zadrži takve karakteristike u svakom potrebnom vremenu. Za one koji su živjeli pored njega, svijet se mijenjao, pretvarajući se u fantastičan prostor u kojem se ništa ne treba čuditi. Sjeverno svjetlo bljesnulo je Atlantikom, obični leptiri su se pretvorili u sjajne krijesnice, vatrene kugle su se lako vadile iz kofera i koristile za osvjetljavanje dnevnih soba. Njegovi eksperimenti uvijek su balansirali na granici zla i dobra. Pad meteorita Tunguska, potres u New Yorku, testiranje monstruoznog oružja sposobnog da trenutno uništi čitave armije - to je ono što se, osim svjetlećih leptira, pripisuje Teslinim eksperimentima. Upravo je on poslužio mnogim piscima naučne fantastike kao slika ludog profesora, čiji izumi prijete da unište cijelu planetu. Zapravo, ne znamo ništa o tome kakav je bio Nikola Tesla, kakav bi heroj trebao postati za biografe, dobar ili loš.

Eksperimentalna fizika je od velikog značaja u razvoju nauke. Bolje jednom vidjeti nego sto puta čuti. Niko neće raspravljati s činjenicom da je eksperiment snažan poticaj za razumijevanje suštine fenomena u prirodi. Možete se diviti prirodi bez poznavanja fizike. Ali to je moguće razumjeti i vidjeti što se krije iza vanjskih slika pojava samo uz pomoć egzaktne nauke i provođenja eksperimenta. Danas sa sigurnošću možemo reći da je samo fait accompli tačan po svojoj prirodi, tj. iskustvo ili eksperiment, ili rezultati prirodnog procesa čiji tok ne zavisi od čoveka. Samo rezultat dobiven ovom ili onom akcijom ostaje nepokolebljiv. Kao što je već rečeno, ovo je jedina sumnja u hipotezu. Svi to znajusvaka hipoteza počiva na tri stuba: rezultat eksperimenta, njegov opis i zaključak , koji se oslanja na prepoznate stereotipe (Aneks 1 ).

Eksperimenti sa strujom. Ako razmislite o tome, šta se još može otkriti i eksperimentirati? Uostalom, sada bez struje, čovječanstvo dugo nije moglo zamisliti svoje postojanje. Uz pomoć njega rade svi kućni aparati, cijela naša industrija, medicinski aparati. Jedna stvar, međutim, sama struja dolazi do nas, nažalost, samo preko žica. Sve je to veoma daleko od onoga što je Nikola Tesla mogao da uradi pre više od 100 godina, a što moderna fizika još uvek ne može da objasni. Savremena fizika jednostavno nije u stanju da postigne takve pokazatelje. Daljinski je palio i gasio elektromotor, a u njegovim rukama električne sijalice su se upalile same. Moderni naučnici su dostigli samo granicu od 30 miliona ampera (u eksploziji elektromagnetne bombe) i 300 miliona u termonuklearnoj reakciji - pa čak i tada, za delić sekunde.

Relevantnost leži u činjenici da u naše vrijeme entuzijasti i naučnici svijeta pokušavaju ponoviti eksperimente briljantnog naučnika i pronaći njihovu primjenu. Neću da ulazim u misticizam, pokušao sam da uradim nešto spektakularno po Teslinim "receptima". Ovo je Teslin kalem. Kada je jednom vidite, nikada nećete zaboraviti ovaj neverovatan i neverovatan prizor.

Predmet studija: Tesla kalem.

Predmet studija: Elektromagnetno polje Tesline zavojnice, visokofrekventna pražnjenja u gasu.

Svrha studije: napraviti visokofrekventnu Teslinu zavojnicu i provesti eksperimente na bazi sklopljene radne instalacije.

Predmet, predmet i svrha studije doveli su do formulacije sljedećeghipoteze: oko Tesline zavojnice formira se elektromagnetno polje ogromnog intenziteta, sposobno da prenosi električnu struju bežično.

Zadaci:

Proučite literaturu o problemu istraživanja.

Da se upoznaju sa istorijom pronalaska i principom rada Tesline zavojnice.

Pronalaženje delova i pravljenje Tesline zavojnice.

Sprovesti sociološku anketu među učenicima 7-11 razreda srednje škole br. 5 Fedorov.

Izvršiti proračune karakteristika Tesline zavojnice i eksperimente koji demonstriraju njegov rad.

Pripremiti foto i video izvještaj o obavljenom radu za upoznavanje učenika 9-11 razreda.

Metode istraživanja:

Empirijski: promatranje visokofrekventnih električnih pražnjenja u plinovitom mediju, istraživanje, eksperiment.

teorijski: Dizajn Tesline zavojnice, analiza literature, statistička obrada rezultata.

Faze istraživanja:

Teorijski dio. Proučavanje literature o problemu istraživanja.

Praktični dio. Izrada Teslinog transformatora i demonstracija neverovatnih svojstava elektromagnetnog polja Teslinog zavojnice

novost: je da, poput mnogih eksperimentalnih pronalazača, I

po prvi put, proučavajući naučnu popularnu literaturu, sastavio je Teslin kalem i u okviru Međunarodne godine svetlosti i svetlosnih tehnologija-2015 sproveo niz eksperimenata i time pokazao značaj Teslinih dela.

Praktični značaj: rezultat rada je edukativnog karaktera, to će povećati interes studenata za dubinsko proučavanje predmeta kao što su fizika, mladi istraživači u istraživačkim aktivnostima, a možda će nekome odrediti područje budućnosti aktivnost.

Teorijski dio

I .1.Nikola Tesla i njegovi izumi

Šta znamo o Nikoli Tesli i njegovom radu? Jednostavnom laiku Tesline aktivnosti su ravnodušne i nezanimljive. U školama i institutima Tesla se spominje samo kada se govori o istoimenoj jedinici induktivnosti. Tako se društvo "zahvalilo" velikom praktičaru za sve što je doprineo razvoju elektrotehnike. Sve njegove aktivnosti obavijene su velom misterije, a mnogi ga jednostavno smatraju šarlatanom iz nauke. Pokušajmo da razmotrimo značaj Teslinog „nasleđa“.

NIKOLA TESLA - Pronalazač u oblasti elektrotehnike i radiotehnike, inženjer, fizičar. Rođen i odrastao u Austro-Ugarskoj, kasnijih godina radio je uglavnom u Francuskoj i SAD.

Tesla je do 1882. radio kao elektroinženjer u vladinoj telegrafskoj kompaniji u Budimpešti. U februaru 1882. Tesla je smislio kako da koristi fenomen, kasnije nazvan rotirajuće magnetno polje, u elektromotoru. Tesla je u slobodno vrijeme radio na izradi modela asinhronog elektromotora, a 1883. demonstrirao je rad motora u Gradskoj vijećnici u Strazburu.

6. jula 1884. Tesla je stigao u Njujork. Zaposlio se u kompaniji Thomas Edison kao inženjer za popravku elektromotora i DC generatora. Edison je prilično hladno doživljavao Tesline nove ideje i sve otvorenije izražavao neslaganje s pravcem ličnog istraživanja pronalazača. U proljeće 1885. Edison je Tesli obećao 50.000 dolara ako bi mogao konstruktivno poboljšati Edisonove DC električne mašine. Nicola je prionuo na posao i ubrzo je predstavio 24 varijacije Edisonove mašine, novog komutatora i regulatora koji su znatno poboljšali performanse. Pošto je odobrio sva poboljšanja, na pitanje o naknadi, Edison je odbio Teslu. Uvređen, Tesla je odmah dao ostavku.

Tesla se 1888-1895 bavio istraživanjem magnetnih polja i visokih frekvencija u svojoj laboratoriji. Ove godine su bile najplodnije, tada je patentirao većinu svojih izuma.

Krajem 1896. Tesla je ostvario radio prenos na udaljenosti od 48 km.

Tokom eksperimenta zabilježena su pražnjenja nalik munji koja izviru iz metalne kugle. Dužina pojedinih pražnjenja dostigla je skoro 4,5 metara, a grmljavina se čula na udaljenosti do 24 km.

Tesla je 1917. godine predložio princip rada uređaja za radio detekciju podmornica.

Jedan od njegovih najpoznatijih izuma je Teslin transformator (kalem).

Najjednostavniji Teslin transformator sastoji se od dva namotaja - primarnog i sekundarnog, kao i iskrišta, kondenzatora, toroida i terminala.

Dakle, Teslin transformator se sastoji od dva povezana oscilatorna kola, što određuje njegova izuzetna svojstva i predstavlja njegovu glavnu razliku od konvencionalnih transformatora.

I .2. Dijagram ugradnje Tesla zavojnice

Rezonantni generator, Teslin kalem ili transformator je briljantan izum velikog srpskog pronalazača, fizičara i inženjera. Transformator se sastoji od dva namotaja koji nemaju zajedničko željezno jezgro. Na primarnom namotu mora biti najmanje desetak zavoja debele žice. Najmanje 1000 zavoja je već namotano na sekundaru. Imajte na umu da Teslin kalem ima omjer transformacije koji je 10-50 puta veći od omjera broja zavoja na drugom namotu i prvom. Izlazni napon takvog transformatora može premašiti nekoliko miliona volti. Upravo ta okolnost osigurava pojavu spektakularnih pražnjenja, čija dužina može doseći nekoliko metara odjednom. Vrlo je važno: i kondenzator i primarni namotaj moraju, u krajnjoj liniji, formirati specifično oscilatorno kolo koje ulazi u stanje rezonancije sa sekundarnim namotom. Šema ugradnje Tesline zavojnice pretpostavlja jačinu struje od 5-8 A. Maksimalna vrijednost ove vrijednosti, koja još uvijek ostavlja šansu za preživljavanje, je 10 A. Dakle, pri radu ne zaboravite na najjednostavnije mjere opreza ni na sekundu.

Na internetu možete pronaći različite opcije za proizvodnju izvora visoke frekvencije i napona. Odabrali smo jednu od šema (Aneks 2 ), koji se sastoji od:

Napajanje (220V - 24V)

Varijabilni otpornik

Otpornik

Primarni namotaj (9 zavoja)

Sekundarni kalem (1000 zavoja)

tranzistor na hladnjakuMJE 13007)

Praktični dio

II .1 Sociološka anketa među učenicima 7-11 razreda FZOŠ br

U anketi je učestvovalo 325 ljudi. Postavljena su pitanja:

1 . Jeste li čuli za izume Nikole Tesle (Teslina zavojnica)?

2. Da li biste želeli da vidite seriju eksperimenata sa Teslinom zavojnicom?

Nakon obrade rezultata, rezultat je sljedeći: 176 učenika je čulo za Tesline izume, 156 učenika nije. 97 ljudi je vidjelo video snimke eksperimenata na internetu, 228 nema pojma kako zavojnica izgleda i kako se primjenjuje. Svih 325 studenata željelo bi vidjeti rezultat istraživačkog rada i niza eksperimenata sa Teslinom zavojnicom.

II .2 Sastavljanje Tesline zavojnice

Okrenimo se uređaju koji je danas poznat kao Teslin transformator (kalem). Širom svijeta "Teslini graditelji" svake godine reproduciraju njegove brojne modifikacije.Glavni cilj većine ovih Teslinih radio-amatera je dobijanje svetlosnih i zvučnih efekata. , postignut u eksperimentima sa visokim naponom, koji je prisutan na izlazu visokonaponske zavojnice Teslinog transformatora (TT). Mnoge privlače i Tesline ideje za proizvodnju velike energije, a još je atraktivniji pokušaj da se napravi "over unity" (CE) uređaj zasnovan na CT. Ovo je oblast alternativne nauke.

Sam sam sastavio instalaciju na osnovu šeme (Dodatak 2, sl.1, 2, 3, 4, 5 ). Zavojnica namotana na okvir od plastične (vodovodne) cijevi promjera 5 cm. Primarni namotaj sadrži samo 9 zavoja, žica promjera 1,5 mm, korištena je jednožilna bakrena žica u gumenoj izolaciji. Sekundarni namotaj sadrži 1000 zavoja žice od 0,1 mm. Sekundarni namotaj je uredno namotan, okretanje do okreta. Ovaj uređaj proizvodi visoki napon na visokoj frekvenciji. Tesla Coil je demonstracijski visokonaponski visokofrekventni strujni generator. Uređaj se može koristiti za bežični prijenos električne struje na velike udaljenosti. U toku studije pokazaću efekat Tesline zavojnice koju sam napravio.(Dodatak 3, sl.6).

II.3 Proračun glavnih karakteristika proizvedenog Teslinog namotaja

EMF: 24 V . Dvije baterije od šrafcigera, po 12 V.

Otpor: R \u003d 50075 Ohm. R= R 1 + R 2 (serijska veza) Unutrašnji otpor izvora, žica, namotaja se smatra neophodnim, zanemariti. 1) Varijabilni otpornik (reostat) 50 KΩ. 2) Otpornik od 75 oma.

Snaga struje: 0,5 mA. Izračunato iz Ohmovog zakona za kompletno koloI = EMF/ R + r

i provjereno ampermetrom.

Frekvencija oscilacije: 200 MHz . Proračuni su napravljeni pomoćuCircutlab.

Ulazni napon: 24 V.

Izlazni napon : ~2666,7 V.

Omjer transformacije - ovo je vrijednost jednaka omjeru napona u primarnom i sekundarnom namotu transformatora.

K = U 1 / U 2 = N 1 / N 2 , Gdje

N 1 - broj zavoja na primarnom namotu transformatora

N2 - broj zavoja na sekundarnom namotu transformatora

U1 - napon na primarnom namotu transformatora

U2 - napon na sekundarnom namotu transformatora

s obzirom na toK< 1, U2 >U1, N2> N1 - pojačani transformator

s obzirom na toK>1, U1> U2, N1> N2 - opadajući transformator

K = U 1 / U 2 =24/2667=0,009 < 1 step-up transformator

K = N 1 / N 2 = 9/1000=0,009 < 1 step-up transformator

Nacrtajmo zavisnost izlaznog napona od broja zavoja sekundarne zavojnice (Dodatak 4 ) . Dijagram pokazuje da što je veći broj zavoja na sekundarnom namotu, to je veći izlazni napon zavojnice.

ZAKLJUČAK: Pražnjenja namotaja nisu opasna za ljudski organizam pri kratkotrajnom izlaganju, jer je jačina struje zanemarljiva, a frekvencija i napon previsoki.

II.4 Eksperimentalni eksperimenti sa upotrebom Tesline zavojnice

Sa gotovom Teslinom zavojnicom možete provesti niz zanimljivih eksperimenata, poštujući sigurnosna pravila.. Da biste provodili eksperimente, morate imati vrlo pouzdano ožičenje, inače se nevolje ne mogu izbjeći. Možete čak i dodirnuti visokonaponski izlazni kalem komadom metala. Zašto se ništa ne dešava eksperimentatoru kada dodirne izvor napona od 250 000 V na visokoj frekvenciji od 500 kHz? Odgovor je jednostavan. Nikola Tesla je otkrivena i ova "strašna" tajna – visokofrekventne struje pri visokim naponima su bezbedne.

Tokom rada, Teslina zavojnica stvara prekrasne efekte povezane s stvaranjem različitih vrsta plinskih pražnjenja. Mnogi ljudi skupljaju Tesline kalemove kako bi vidjeli ove impresivne, lijepe pojave. Općenito, Teslin kalem proizvodi nekoliko vrsta pražnjenja:

iskra je pražnjenje varnicom. Postoji i posebna vrsta varničnog pražnjenja - klizno pražnjenje.

streamers - slabo svijetleći tanki razgranati kanali koji sadrže atome joniziranog plina i od njih odvojene slobodne elektrone. Teče iz terminala zavojnice ravno u zrak bez ulaska u zemlju. Stremer je, u stvari, vidljiva jonizacija vazduha (sjaj jona) koju stvara VN polje transformatora.

koronsko pražnjenje - sjaj zračnih jona u visokonaponskom električnom polju. Stvara prekrasan plavkasti sjaj oko BB dijelova strukture sa jakom zakrivljenošću površine.

lučno pražnjenje - formirana u mnogim slučajevima. Na primjer, s dovoljnom snagom transformatora, ako se uzemljeni predmet približi njegovom terminalu, između njega i terminala može se zapaliti luk

Zanimljivo je primijetiti da određene jonske kemikalije koje se primjenjuju na terminal za pražnjenje mogu promijeniti boju pražnjenja. Na primjer, joni natrijuma mijenjaju uobičajenu boju iskre u narandžastu, bor u zelenu, mangan u plavu, litijum u grimizno.

Rad rezonantnog transformatora je praćen karakterističnim električnim pucketanjem. Ova pojava povezana je s transformacijom strimera u kanale iskri, što je popraćeno naglim povećanjem jačine struje i energije koja se u njima oslobađa.

Uz pomoć proizvedene Tesline zavojnice, demonstriram mnoge lijepe i spektakularne eksperimente. Demonstracija pomoću transformatora.Pogledajmo činove.

Demo #1 . Demonstracija gasnih pražnjenja. Streamer, iskra, lučno pražnjenje.

Oprema Motor: kalem (transformator) Tesla, odvijač.

Kada se zavojnica uključi, iz terminala počinje da izlazi pražnjenje, koje po dužini6-7 mm. ( Aneks 5, sl.7, 8 ).

Demo #2. Demonstracija usijanog pražnjenja. Sjaj spektralnih cijevi ispunjenih inertnim plinovima: helijumom, vodonikom, neonom.

Oprema : kalem (transformator) Tesla, set spektralnih cijevi.

Kada ove lampe dovedemo do Tesline zavojnice, posmatraćemo kako će svetliti gas napunjen cevima (Dodatak 6, sl.9, 10,11 ).

Demo #3. Demonstracija pražnjenja u fluorescentnoj lampi i fluorescentnoj lampi (LDS).

Oprema : kalem (transformator) Tesla, fluorescentna lampa, fluorescentna lampa.

Pražnjenje se opaža u fluorescentnoj lampi (Dodatak 7, sl.12, 13 ).

Demo #4. Eksperimentišite sa linijama.

Oprema : kalem (transformator) Tesla, metalni lenjir, drveni lenjir.

Kada se metalni lenjir unese u pražnjenje, traka udara u njega, dok lenjir ostaje hladan. Kada se drveno ravnalo unese u ispust, traka brzo pokrije njegovu površinu i nakon nekoliko sekundi ravnalo svijetli.( Aneks 8, sl.14, 15, 16 ).

Demo #5. Papirni eksperiment.

Oprema : kalem (transformator) Tesla, papir.

Kada se papir unese u ispust, strimer brzo prekriva njegovu površinu i nakon nekoliko sekundi papir treperi (Aneks 9, sl.17 ).

Demo #6. Eksperiment sa mućenjem.

Oprema

Granamo jezgre, lemimo ih na terminal unaprijed (Aneks 10, sl.18 ).

Demo #7. Plazma drvo.

Oprema : kalem (transformator) Tesla, tanka žica.

Razgranavamo žice, na žici koja je unaprijed lišena izolacije, i pričvršćujemo je na terminal (Aneks 11, sl.19,20, 21, 22 ).

Demonstracija #8. Jonski motor.

Oprema Motor: kalem (transformator) Tesla, ploča-krst.

Pričvrstimo iglu na terminal transformatora, ugradimo poprečnu ploču odozgo u sredini. Nakon uključivanja zavojnice, trake počinju izlaziti iz 4 kraja križa i pod njihovim djelovanjem ploča počinje da se okreće (Dodatak 12, sl.23).

II.5 Savremena primena Teslinih ideja

Naizmjenična struja je glavni način prijenosa električne energije na velike udaljenosti.

Električni generatori su glavni elementi u proizvodnji električne energije u hidroelektranama, nuklearnim elektranama, termoelektranama itd.

Elektromotori, koje je prvi stvorio Nikola Tesla, koriste se u svim savremenim alatnim mašinama, električnim vozovima, električnim automobilima, tramvajima, trolejbusima.

Bežični punjači počinju da se koriste za punjenje telefona ili.

Naizmjenična struja, koju je pionir Tesla, glavni je način prijenosa električne energije na velike udaljenosti.

Originalni moderni proizvodi protiv krađe za automobile rade na principu svih istih zavojnica.

Zabava i emisija.

Transformator je koristio Tesla za generiranje i širenje električnih oscilacija s ciljem upravljanja uređajima na udaljenosti bez žica, bežičnog prijenosa podataka i bežičnog prijenosa energije.

U filmovima su epizode zasnovane na demonstraciji Teslinog transformatora, u kompjuterskim igricama.

Koristi se za paljenje lampi na gasno pražnjenje i za pronalaženje curenja u vakuum sistemima.

Njegova glavna upotreba danas je kognitivna i estetska. To je uglavnom zbog značajnih poteškoća ako je potrebno kontrolirano skidati visokonaponsko napajanje, ili još više prenijeti na udaljenost od transformatora, jer u tom slučaju uređaj neminovno izlazi iz rezonancije, a faktor kvaliteta sekundarnog kola je takođe značajno smanjen.

zaključak: pogrešno je pretpostaviti da Teslina zavojnica nema široku praktičnu primenu. Primjeri koje sam gore naveo jasno svjedoče o tome. Međutim, njegova glavna upotreba danas je kognitivna i estetska (Aneks 13, sl.24 ).

II .6. Foto i video izvještaj o studiji

U aplikaciji foto reportaža, video izvještaj je priložen uz rad na elektronskim medijima. Knjižica-memorandum "Savremena primena Teslinih ideja"(Aneks 14).

Zaključak

Jedna od najsjajnijih, najzanimljivijih i izuzetnih ličnosti među fizičarima jeNikola Tesla . Iz nekog razloga nije baš omiljen na stranicama školskih udžbenika fizike, iako je bez njegovih radova, otkrića i izuma teško zamisliti postojanje naizgled običnih stvari, kao što je, na primjer, prisutnost električne struje u našem utičnice. Kao i Lomonosov, Nikola Tesla je bio ispred svog vremena i za života nije dobio zasluženo priznanje, međutim, ni danas se njegova dela ne cene.

Tesla je uspio spojiti svojstva transformatora i fenomen rezonancije u jednom uređaju. Tako je nastao čuveni rezonantni transformator, koji je odigrao veliku ulogu u razvoju mnogih grana elektrotehnike, radiotehnike i nadaleko poznat pod imenom "Tesla transformator ".

Teslin transformator (zavojnica) je nevjerovatan uređaj koji vam omogućava da dobijete snažan intenzivan tok polja emisije na izuzetno ekonomičan način. Međutim, njegova jedinstvena svojstva i korisne primjene daleko su od iscrpljenosti.

Nesumnjivo je da je Nikola Tesla zanimljiva ličnost u pogledu mogućnosti korištenja svojih nekonvencionalnih ideja u praksi. Srpski genije uspeo je da ostavi zapažen trag u istoriji nauke i tehnike.

Njegovi inženjerski razvoji našli su primenu u oblasti elektroenergetike, elektrotehnike, kibernetike, biofizike i medicine. Aktivnost pronalazača obavijena je mističnim pričama, među kojima je potrebno izabrati one koje sadrže istinite informacije, stvarne istorijske činjenice, naučna dostignuća i konkretne rezultate.

Problemi kojima se Nikola Tesla bavio i danas su aktuelni. Njihovo razmatranje omogućava kreativnim inženjerima i studentima fizičkih specijalnosti da šire sagledaju probleme moderne nauke, napuste šablone, nauče da razlikuju istinu od fikcije, generalizuju i strukturiraju gradivo. Stoga se stavovi N. Tesle danas mogu smatrati relevantnim ne samo za istraživanja u oblasti istorije nauke i tehnologije, već i kao prilično efikasno sredstvo tragačkog rada, pronalaska novih tehnoloških procesa i korišćenja najnovijih tehnologije.

Kao rezultat mog istraživanja, hipoteza je potvrđena:oko Tesline zavojnice formira se elektromagnetno polje ogromnog intenziteta, sposobno da prenosi električnu struju bežično:

sijalice punjene inertnim gasom sijaju u blizini zavojnice, dakle, oko instalacije zaista postoji elektromagnetno polje visoke napetosti;

sijalice su se same upalile u mojim rukama na određenoj udaljenosti, što znači da se električna struja može prenositi bez žica.

Neophodno je napomenuti još jednu važnu stvar: efekat ove instalacije na čoveka: kao što ste primetili tokom rada, nisam bio šokiran: struje visoke frekvencije koje prolaze preko površine ljudskog tela ne štete mu, na naprotiv, imaju tonizujuće i lekovito dejstvo, to se čak koristi u modernoj medicini (iz popularne naučne literature). Međutim, treba napomenuti da električna pražnjenja koja ste vidjeli imaju visoku temperaturu, pa se ne preporučuje dugo hvatanje munje rukama!

Nikola Tesla je postavio temelje nove civilizacije trećeg milenijuma i njegovu ulogu treba preispitati. Tek će budućnost dati pravo objašnjenje Teslinog fenomena.