Teslina zavojnica eksperimentira sa zavojnicom. Teslina zavojnica i demonstracija nevjerojatnih svojstava elektromagnetskog polja Tesline zavojnice

26.09.2022 Sigurnost

Transformator koji višestruko povećava napon i frekvenciju naziva se Teslin transformator. Štedne i fluorescentne žarulje, slikovne cijevi starih televizora, punjenje baterija na daljinu i još mnogo toga nastalo je zahvaljujući principu rada ovog uređaja. Nemojmo isključiti njegovu upotrebu u zabavne svrhe, jer je "Teslin transformator" sposoban stvoriti prekrasna ljubičasta pražnjenja - trake koje podsjećaju na munje (slika 1). Tijekom rada stvara se elektromagnetsko polje koje može utjecati na elektroničke uređaje, pa čak i na ljudsko tijelo, a tijekom pražnjenja u zraku dolazi do kemijskog procesa uz oslobađanje ozona. Da biste napravili Teslin transformator vlastitim rukama, ne morate imati veliko znanje iz područja elektronike, samo slijedite ovaj članak.

Komponente i princip rada

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

Napajanje.
Primarni krug.

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

Odabir primarnog kruga određuje vrstu Tesline zavojnice, izvor napajanja i veličinu streamera. Usredotočimo se na vrstu poluvodiča. Ima jednostavan strujni krug s dostupnim dijelovima i niskim naponom napajanja.

Odabir materijala i dijelova

Tražit ćemo i odabrati dijelove za svaku od navedenih strukturnih jedinica:

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

Stezaljka – dodatni kapacitet sekundarnog kruga, spojen u seriju. Za male vrpce to nije potrebno. Dovoljno je podići kraj zavojnice 0,5–5 cm.

Nakon što smo prikupili sve potrebne dijelove za Teslinu zavojnicu, počinjemo sastavljati strukturu vlastitim rukama.

Dizajn i montaža

Montažu izvodimo prema najjednostavnijoj shemi na slici 4.

Napajanje ugrađujemo zasebno. Dijelovi se mogu sastaviti visećom instalacijom, glavna stvar je izbjegavanje kratkih spojeva između kontakata.

Prilikom spajanja tranzistora važno je ne pomiješati kontakte (slika 5).

Da bismo to učinili, provjeravamo dijagram. Čvrsto pričvrstimo radijator na tijelo tranzistora.

Sastavite strujni krug na dielektričnu podlogu: komad šperploče, plastičnu ladicu, drvenu kutiju itd. Odvojite strujni krug od zavojnica dielektričnom pločom ili pločom s minijaturnom rupom za žice.

Osiguravamo primarni namot tako da spriječimo da padne i dodirne sekundarni namot. U središtu primarnog namota ostavljamo prostor za sekundarnu zavojnicu, uzimajući u obzir činjenicu da je optimalna udaljenost između njih 1 cm. Nije potrebno koristiti okvir - dovoljno je pouzdano pričvršćivanje.

Instaliramo i osiguravamo sekundarni namot. Izrađujemo potrebne veze prema dijagramu. Rad proizvedenog Tesla transformatora možete pogledati u videu ispod.

Uključivanje, provjera i podešavanje

Prije uključivanja, uklonite elektroničke uređaje dalje od ispitnog mjesta kako biste spriječili oštećenje. Zapamtite električnu sigurnost! Za uspješno pokretanje izvršite sljedeće korake:

Postavili smo promjenjivi otpornik u srednji položaj. Prilikom uključivanja napajanja, provjerite nema oštećenja.
Vizualno provjerite prisutnost vrpce. Ako nedostaje, na sekundarnu zavojnicu dovodimo fluorescentnu žarulju ili žarulju sa žarnom niti. Sjaj lampe potvrđuje funkcionalnost “Tesla transformatora” i prisutnost elektromagnetskog polja.
Ako uređaj ne radi, prije svega zamijenimo izvode primarne zavojnice, a tek onda provjeravamo kvar tranzistora.
Kada ga uključite prvi put, pratite temperaturu tranzistora, ako je potrebno, spojite dodatno hlađenje.

Posebnosti snažnog Teslinog transformatora su visoki napon, velike dimenzije uređaja i način proizvodnje rezonantnih oscilacija. Razgovarajmo malo o tome kako to radi i kako napraviti transformator tipa Tesla iskra.

Primarni krug radi na izmjenični napon. Kada je uključen, kondenzator se puni. Čim se kondenzator napuni do maksimuma, dolazi do kvara iskrišta - uređaja od dva vodiča s iskrištem ispunjenim zrakom ili plinom. Nakon proboja formira se serijski krug kondenzatora i primarne zavojnice, nazvan LC krug. Upravo taj krug stvara visokofrekventne oscilacije, koje stvaraju rezonantne oscilacije i enormni napon u sekundarnom krugu (slika 6).

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

Povećajte promjere zavojnica i presjek žice za 1,1 - 2,5 puta.
Dodajte terminal u obliku toroida.
Promijenite istosmjerni izvor napona na izmjenični s visokim faktorom pojačanja koji proizvodi napon od 3–5 kV.
Promijenite primarni krug prema dijagramu na slici 6.
Dodajte pouzdano uzemljenje.

Tesla spark transformatori mogu doseći snagu do 4,5 kW, čime se stvaraju strimeri velikih dimenzija. Najbolji učinak postiže se kada su frekvencije oba kruga jednake. To se može ostvariti izračunavanjem dijelova u posebnim programima - vsTesla, inca i drugi. Na poveznici možete preuzeti jedan od programa na ruskom jeziku: http://ntesla.at.ua/_fr/1/6977608.zip.

Teslin svitak je visokofrekventni rezonantni transformator bez feromagnetske jezgre, koji se može koristiti za postizanje visokog napona na sekundarnom namotu. Pod utjecajem visokog napona u zraku dolazi do električnog sloma, sličnog udaru groma. Uređaj je izumio Nikola Tesla i nosi njegovo ime.

Prema vrsti sklopnog elementa primarnog kruga, Tesline zavojnice se dijele na iskriste (SGTC - Spark gap Tesla coil), tranzistorske (SSTC - Solid state Tesla coil, DRSSTC - Dual resonant solid state Tesla coil). Razmotrit ću samo zavojnice s iskrama, koje su najjednostavnije i najčešće. Prema načinu punjenja kondenzatora petlje, iskriće zavojnice se dijele na 2 tipa: ACSGTC - Tesla zavojnica s iskrištem i DCSGTC - Tesla zavojnica s iskrištem. U prvoj opciji, kondenzator se puni izmjeničnim naponom; u drugom se koristi rezonantni naboj s primijenjenim konstantnim naponom.

Sama zavojnica je struktura od dva namota i torusa. Sekundarni namot je cilindričan, namotan na dielektričnu cijev s bakrenom žicom za namatanje, u jednom sloju zavoj do zavoja i obično ima 500-1500 zavoja. Optimalan omjer promjera i duljine namota je 1:3,5 – 1:6. Za povećanje električne i mehaničke čvrstoće, namot je premazan epoksidnim ljepilom ili poliuretanskim lakom. Tipično, dimenzije sekundarnog namota određuju se na temelju snage izvora energije, odnosno visokonaponskog transformatora. Određivanjem promjera namota, duljina se nalazi iz optimalnog omjera. Zatim odaberite promjer žice za namatanje tako da broj zavoja bude približno jednak općeprihvaćenoj vrijednosti. Plastične cijevi za kanalizaciju obično se koriste kao dielektrične cijevi, ali također možete napraviti kućnu cijev pomoću listova papira za crtanje i epoksidnog ljepila. U nastavku je riječ o srednjim zavojnicama, snage 1 kW i promjera sekundarnog namota 10 cm.

Šuplji vodljivi torus, obično izrađen od valovite aluminijske cijevi, ugrađen je na gornji kraj cijevi sekundarnog namota za uklanjanje vrućih plinova. U osnovi, promjer cijevi je odabran jednak promjeru sekundarnog namota. Promjer torusa je obično 0,5-0,9 puta veći od duljine sekundarnog namota. Torus ima električni kapacitet, koji je određen njegovim geometrijskim dimenzijama, i djeluje kao kondenzator.

Primarni namot nalazi se na donjoj bazi sekundarnog namota i ima spiralni ravni ili konusni oblik. Obično se sastoji od 5-20 zavoja debele bakrene ili aluminijske žice. U namotu teku visokofrekventne struje, zbog čega skin efekt može imati značajan utjecaj. Zbog visoke frekvencije, struja se raspoređuje pretežno u površinskom sloju vodiča, čime se smanjuje efektivna površina presjeka vodiča, što dovodi do povećanja aktivnog otpora i smanjenja amplitude elektromagnetskih oscilacija. . Stoga bi najbolja opcija za izradu primarnog namota bila šuplja bakrena cijev ili ravna široka traka. Otvoreni zaštitni prsten (Strike Ring) iz istog vodiča ponekad se postavlja iznad primarnog namota duž vanjskog promjera i uzemljuje. Prsten je dizajniran da spriječi ulazak pražnjenja u primarni namot. Razmak je neophodan kako bi se spriječio protok struje kroz prsten, inače će magnetsko polje stvoreno indukcijskom strujom oslabiti magnetsko polje primarnog i sekundarnog namota. Zaštitni prsten se može izostaviti uzemljenjem jednog kraja primarnog namota, a pražnjenje neće oštetiti komponente zavojnice.

Koeficijent sprege između namota ovisi o njihovom međusobnom položaju; što su bliže, koeficijent je veći. Za zavojnice za iskru, tipična vrijednost koeficijenta je K=0,1-0,3. Napon na sekundarnom namotu ovisi o tome; što je veći koeficijent sprege, to je veći napon. Ali ne preporučuje se povećanje koeficijenta spajanja iznad norme, jer će pražnjenja početi skakati između namota, oštećujući sekundarni namot.

Dijagram prikazuje najjednostavniju verziju Tesline zavojnice tipa ACSGTC.
Princip rada Teslinog svitka temelji se na pojavi rezonancije dvaju induktivno spregnutih oscilatornih krugova. Primarni oscilatorni krug sastoji se od kondenzatora C1, primarnog namota L1, a uključuje se pomoću iskrišta, što rezultira zatvorenim krugom. Sekundarni oscilatorni krug formiran je od sekundarnog namota L2 i kondenzatora C2 (toroid s kapacitetom), donji kraj namota mora biti uzemljen. Kada se vlastita frekvencija primarnog titrajnog kruga poklopi s frekvencijom sekundarnog titrajnog kruga, dolazi do naglog porasta amplitude napona i struje u sekundarnom krugu. Pri dovoljno visokom naponu dolazi do električnog sloma zraka u obliku pražnjenja koje proizlazi iz torusa. Važno je razumjeti što je zatvoreni sekundarni krug. Struja sekundarnog kruga teče kroz sekundarni namot L2 i kondenzator C2 (torus), zatim kroz zrak i zemlju (budući da je namot uzemljen), zatvoreni krug se može opisati na sljedeći način: zemlja-namot-torus-pražnjenje-zemlja. Dakle, uzbudljiva električna pražnjenja dio su strujnog kruga. Ako je otpor uzemljenja visok, pražnjenja koja proizlaze iz torusa pogodit će izravno sekundarni namot, što nije dobro, pa morate napraviti visokokvalitetno uzemljenje.

Nakon što se odrede dimenzije sekundarnog namota i torusa, može se izračunati vlastita frekvencija titranja sekundarnog kruga. Ovdje moramo uzeti u obzir da sekundarni namot, osim induktiviteta, ima i kapacitivnost zbog svoje značajne veličine, što se mora uzeti u obzir pri proračunu; kapacitet namota mora se dodati kapacitivnosti torusa. Zatim morate procijeniti parametre zavojnice L1 i kondenzatora C1 primarnog kruga, tako da je prirodna frekvencija primarnog kruga blizu frekvencije sekundarnog kruga. Kapacitet kondenzatora primarnog kruga obično je 25-100 nF, na temelju toga se izračunava broj zavoja primarnog namota, u prosjeku bi trebao biti 5-20 zavoja. Prilikom izrade namota potrebno je povećati broj zavoja u odnosu na izračunatu vrijednost kako bi se zavojnica naknadno podesila na rezonanciju. Svi ovi parametri mogu se izračunati pomoću standardnih formula iz udžbenika fizike; postoje i knjige na internetu o izračunavanju induktiviteta raznih zavojnica. Postoje i posebni programi kalkulatora za izračun svih parametara buduće Tesline zavojnice.

Podešavanje se provodi promjenom induktiviteta primarnog namota, odnosno, jedan kraj namota je spojen na krug, a drugi nije spojen nigdje. Drugi kontakt je izveden u obliku stezaljke, koja se može prenositi s jednog zavoja na drugi, pri čemu se ne koristi cijeli namot, već samo njegov dio, a prema tome se mijenja induktivitet i vlastita frekvencija primarnog kruga. Ugađanje se provodi tijekom preliminarnih pokretanja zavojnice; Također postoji metoda za hladno ugađanje rezonancije pomoću RF generatora i osciloskopa ili RF voltmetra, bez potrebe za pokretanjem zavojnice. Potrebno je napomenuti da električno pražnjenje ima kapacitet, zbog čega se prirodna frekvencija sekundarnog kruga može lagano smanjiti tijekom rada zavojnice. Uzemljenje također može imati mali učinak na sekundarnu frekvenciju.

Iskrište je sklopni element u primarnom oscilatornom krugu. Kada pod utjecajem visokog napona dođe do električnog proboja iskrišta, u njemu se stvara luk koji zatvara krug primarnog kruga, au njemu nastaju visokofrekventne prigušene oscilacije, pri čemu napon na kondenzatoru C1 postupno pada. smanjuje se. Nakon što se luk ugasi, kondenzator petlje C1 ponovno se počinje puniti iz izvora napajanja, a sa sljedećim kvarom iskrišta počinje novi ciklus oscilacija.

Odvodnik je podijeljen u dvije vrste: statički i rotirajući. Statički izbijač se sastoji od dvije blisko razmaknute elektrode, čiji je razmak podešen tako da do električnog proboja između njih dođe u trenutku kada je kondenzator C1 napunjen do najvećeg napona, ili nešto manjeg od maksimalnog. Približan razmak između elektroda određuje se na temelju električne čvrstoće zraka koja iznosi oko 3 kV/mm u standardnim uvjetima okoline, a ovisi i o obliku elektroda. Za izmjenični mrežni napon, frekvencija odziva statičkog pražnjenja (BPS - otkucaja u sekundi) bit će 100 Hz.

Rotirajući iskrište (RSG - Rotary spark gap) izrađeno je na bazi elektromotora, na čijoj je osovini montiran disk s elektrodama sa svake strane diska, dakle, kada se disk okreće , sve će elektrode diska letjeti između statičkih elektroda. Razmak između elektroda je minimalan. U ovoj opciji možete podesiti frekvenciju prebacivanja u širokom rasponu kontroliranjem elektromotora, što daje više mogućnosti za podešavanje i kontrolu svitka. Kućište motora mora biti uzemljeno kako bi se namot motora zaštitio od kvara kada je izložen visokonaponskom pražnjenju.

Kao kondenzator petlje C1 koriste se kondenzatorski sklopovi (MMC - Multi Mini Capacitor) serijski i paralelno spojenih visokonaponskih visokofrekventnih kondenzatora. Obično se koriste keramički kondenzatori tipa KVI-3, kao i filmski kondenzatori K78-2. Nedavno je planiran prijelaz na papirne kondenzatore tipa K75-25, koji su pokazali dobre performanse. Za pouzdanost, nazivni napon sklopa kondenzatora trebao bi biti 1,5-2 puta veći od napona amplitude izvora napajanja. Za zaštitu kondenzatora od prenapona (visokofrekventni impulsi), zračni raspor postavljen je paralelno s cijelim sklopom. Iskrište mogu biti dvije male elektrode.

Kao izvor napajanja za punjenje kondenzatora koristi se visokonaponski transformator T1 ili više serijski ili paralelno spojenih transformatora. U osnovi, početnici Tesla graditelji koriste transformator mikrovalne pećnice (MOT - Microwave Oven Transformer), čiji je izlazni izmjenični napon ~ 2,2 kV, snaga je oko 800 W. Ovisno o nazivnom naponu kondenzatora petlje, MOT-ovi su spojeni u seriju od 2 do 4 komada. Korištenje samo jednog transformatora nije preporučljivo, jer će zbog malog izlaznog napona razmak u iskrištu biti vrlo mali, što će rezultirati nestabilnim rezultatima rada svitka. Nedostaci motora su slaba električna čvrstoća, nisu predviđeni za dugotrajan rad i jako se zagrijavaju pod velikim opterećenjem, pa često kvare. 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. Također možete napraviti domaći visokonaponski transformator. Pri radu 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 regulaciju napona punjenja kondenzatora petlje. Snaga autotransformatora ne smije biti manja od snage transformatora T1.

Induktor Ld u strujnom krugu potreban je za ograničavanje struje kratkog spoja transformatora u slučaju kvara iskrišta. Najčešće se induktor nalazi u krugu sekundarnog namota transformatora T1. Zbog visokog napona, potrebni induktivitet induktora može poprimiti velike vrijednosti od jedinica do desetaka Henryja. U ovoj izvedbi mora imati dovoljnu električnu čvrstoću. S istim uspjehom, induktor se može ugraditi u seriju s primarnim namotom transformatora, stoga ovdje nije potrebna velika električna čvrstoća, potrebna je induktivnost za red veličine niža i iznosi desetke, stotine millihenrija. Promjer žice namota ne smije biti manji od promjera žice primarnog namota transformatora. Induktivitet induktora izračunava se iz formule za ovisnost induktivne reaktancije o frekvenciji izmjenične struje.

Niskopropusni filtar (LPF) je dizajniran da spriječi prodiranje visokofrekventnih impulsa primarnog kruga u induktorski krug i sekundarni namot transformatora, odnosno da ih zaštiti. Filter može biti u obliku slova L ili U. Granična frekvencija filtra odabrana je tako da bude red veličine niža od rezonantne frekvencije titrajnih krugova zavojnice, ali granična frekvencija mora biti puno viša od odzivne frekvencije iskrišta.

Kod rezonantnog punjenja kondenzatora petlje (tip zavojnice - DCSGTC) koristi se konstantni napon, za razliku od ACSGTC. Napon sekundarnog namota transformatora T1 ispravlja se pomoću diodnog mosta i izglađuje kondenzatorom St. Kapacitet kondenzatora trebao bi biti za red veličine veći od kapaciteta kondenzatora petlje C1 kako bi se smanjilo valovitost istosmjernog napona. Vrijednost kapacitivnosti je obično 1-5 µF; za pouzdanost, nazivni napon je odabran da bude 1,5-2 puta veći od amplitude ispravljenog napona. Umjesto jednog kondenzatora, možete koristiti sklopove kondenzatora, po mogućnosti ne zaboravite na otpornike za izjednačavanje pri povezivanju nekoliko kondenzatora u seriju.

Visokonaponski diodni stupovi tipa KTs201 i drugi koriste se u seriji kao premosne diode. Nazivna struja diodnih stupova mora biti veća od nazivne struje sekundarnog namota transformatora. Reverzni napon diodnih stupaca ovisi o ispravljačkom krugu; iz razloga pouzdanosti, reverzni napon dioda trebao bi biti 2 puta veći od vrijednosti amplitude napona. Moguće je proizvesti diodne stupove kućne izrade serijskim spajanjem uobičajenih ispravljačkih dioda (na primjer 1N5408, Urev = 1000 V, In = 3 A), koristeći otpornike za izjednačenje.
Umjesto standardnog kruga ispravljanja i izglađivanja, možete sastaviti udvostručivač napona od dva diodna stupca i dva kondenzatora.

Načelo rada rezonantnog kruga naboja temelji se na fenomenu samoinduktivnosti induktora Ld, kao i na korištenju cut-off diode VDo. U trenutku kada se kondenzator C1 isprazni, kroz induktor počinje teći struja koja raste po sinusnom 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 kroz induktor teče najveća struja, a pad napona na njemu je nula. U ovom slučaju struja se ne može odmah zaustaviti i nastavlja teći u istom smjeru zbog prisutnosti samoindukcije induktora. Punjenje kondenzatora se nastavlja sve dok se napon izvora napajanja ne udvostruči. Dioda za isključivanje je neophodna kako bi se spriječio protok energije iz kondenzatora natrag u izvor napajanja, budući da se između kondenzatora i izvora napajanja pojavljuje razlika potencijala jednaka naponu izvora napajanja. Zapravo, napon na kondenzatoru ne doseže dvostruku vrijednost zbog prisutnosti pada napona na stupcu diode.

Korištenje rezonantnog naboja omogućuje učinkovitiji i ravnomjerniji prijenos energije u primarni krug, dok za postizanje istog rezultata (po duljini pražnjenja) DCSGTC zahtijeva manje snage iz izvora napajanja (transformatora T1) nego ACSGTC. Pražnjenja dobivaju karakterističnu glatku krivinu zbog stabilnog napona napajanja, za razliku od ACSGTC-a, gdje se sljedeći pristup elektroda u RSG-u može dogoditi u vremenu na bilo kojem odsječku sinusoidnog napona, uključujući postizanje nule ili niskog napona i, kao rezultat, promjenjiva duljina pražnjenja (neravni pražnjenje).

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

Predlažem da se upoznate s mojim građevinskim iskustvom.

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

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

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

3. Feigin O. Nikola Tesla: Ostavština velikog izumitelja. – 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. Znanost. 1974. godine.

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.

O koliko divnih otkrića imamo

Pripremite duh prosvjetljenja

I iskustvo, sine teških grešaka,

I genije, prijatelju paradoksa,

A slučajnost, Bog izumitelj...

KAO. Puškina

Relevantnost teme

Eksperimentalna fizika ima veliki značaj u razvoju znanosti. Bolje jednom vidjeti nego čuti sto puta. Nitko neće tvrditi da je eksperiment snažan poticaj razumijevanju suštine pojava u prirodi.

Danas je pitanje prijenosa energije na daljinu, posebice bežičnog prijenosa energije, hitno pitanje. Ovdje se možete prisjetiti ideja velikog znanstvenika Nikole Tesle koji se ovim problemima bavio još davnih 1900-ih godina i postigao impresivan uspjeh izgradnjom svog poznatog rezonantnog transformatora - Tesline zavojnice. Stoga sam odlučio sam riješiti ovaj problem pokušavajući ponoviti ove eksperimente.

Ciljevi istraživačkog rada

Sastavite radne Tesline zavojnice pomoću tehnologije tranzistora (Class-E SSTC) i tehnologije cijevi (VTTC)

Promatrajte nastanak različitih vrsta iscjedaka i saznajte koliko su opasni.

Prenesite energiju bežično pomoću Tesline zavojnice

Proučite svojstva elektromagnetskog polja koje stvara Teslina zavojnica

Istražite praktične primjene Tesline zavojnice

Predmet proučavanja

Dvije Tesline zavojnice, sastavljene korištenjem različitih tehnologija, polja i pražnjenja koja generiraju ove zavojnice.

Metode istraživanja:

Empirijski: promatranje visokofrekventnih električnih pražnjenja, istraživanje, eksperiment.

Teorijski: projektiranje Tesline zavojnice, analiza literature i mogućih električnih sklopova za sastavljanje zavojnice.

Faze istraživanja

Teorijski dio. Proučavanje literature o problemu istraživanja.

Praktični dio. Izrada Teslinih transformatora i provođenje eksperimenata s konstruiranom opremom.

Teorijski dio

Izumi Nikole Tesle

Nikola Tesla je izumitelj u području elektrotehnike i radiotehnike, inženjer i fizičar. Rođen i odrastao u Austro-Ugarskoj, sljedećih je godina uglavnom radio u Francuskoj i SAD-u.

Poznat je i kao zagovornik postojanja etera: poznati su njegovi brojni eksperimenti kojima je cilj bio pokazati prisutnost etera kao posebnog oblika materije koji se može koristiti u tehnici. Mjerna jedinica gustoće magnetskog toka nazvana je po N. Tesli. Suvremeni biografi Teslu su smatrali "čovjekom koji je izumio 20. stoljeće" i "svecem zaštitnikom" moderne električne energije. Teslin rani rad otvorio je put modernoj elektrotehnici, a njegova rana otkrića bila su inovativna.

U veljači 1882. Tesla je smislio kako iskoristiti fenomen koji će kasnije postati poznat kao rotirajuće magnetsko polje u elektromotoru. U slobodno vrijeme Tesla je radio na izradi modela asinkronog elektromotora, a 1883. godine demonstrirao je rad motora u gradskoj vijećnici u Strasbourgu.

Godine 1885. Nikola je predstavio 24 varijante Edisonovog stroja, novi komutator i regulator, koji su značajno poboljšali performanse.

Od 1888. do 1895. godine Tesla se u svom laboratoriju bavio istraživanjem magnetskih polja i visokih frekvencija. Te su godine bile najplodnije; tada je patentirao većinu svojih izuma.

Krajem 1896. Tesla je postigao prijenos radijskog signala na udaljenost od 48 km.

Tesla je osnovao mali laboratorij u Colorado Springsu. Za proučavanje grmljavinske oluje, Tesla je dizajnirao poseban uređaj, koji je bio transformator, čiji je jedan kraj primarnog namota bio uzemljen, a drugi je bio spojen na metalnu kuglu na šipki koja se protezala prema gore. Na sekundarni namot spojen je osjetljiv uređaj za samopodešavanje spojen na uređaj za snimanje. Ovaj je uređaj omogućio Nikoli Tesli proučavanje promjena u Zemljinom potencijalu, uključujući i učinak stojećih elektromagnetskih valova izazvanih pražnjenjima munja u Zemljinoj atmosferi. Promatranja su navela izumitelja na razmišljanje o mogućnosti bežičnog prijenosa električne energije na velike udaljenosti.

Sljedeći Teslin eksperiment bio je usmjeren na istraživanje mogućnosti samostalnog stvaranja stojećeg elektromagnetskog vala. Zavoji primarnog namota bili su namotani na golemu bazu transformatora. Sekundarni namot bio je spojen na jarbol od 60 metara i završavao bakrenom kuglicom promjera metar. Kada je kroz primarnu zavojnicu propušten izmjenični napon od nekoliko tisuća volti, u sekundarnoj zavojnici nastala je struja napona od nekoliko milijuna volti i frekvencije do 150 tisuća herca.

Tijekom eksperimenta zabilježena su pražnjenja poput munje koja su proizlazila iz metalne kuglice. Duljina nekih pražnjenja dosezala je gotovo 4,5 metara, a grmljavina se čula na udaljenosti do 24 km.

Na temelju eksperimenta, Tesla je zaključio da mu je uređaj omogućio generiranje stojnih valova koji su se sferno širili od odašiljača, a zatim konvergirali sve jačim intenzitetom na dijametralno suprotnoj točki na zemaljskoj kugli, negdje blizu otoka Amsterdam i Saint-Paul u Indijski ocean.

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

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

Teslin transformator, poznat i kao Teslina zavojnica, je uređaj koji je izumio Nikola Tesla i koji nosi njegovo ime. To je rezonantni transformator koji proizvodi visoki napon i visoku frekvenciju. Uređaj je patentiran 22. rujna 1896. kao “Aparat za proizvodnju električne struje visoke frekvencije i potencijala”.

Najjednostavniji Teslin transformator sastoji se od dvije zavojnice - primara i sekundara, te iskrišta, kondenzatora, toroida i stezaljke.

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

Sekundarna zavojnica također tvori oscilatorni krug, gdje ulogu kondenzatora uglavnom igraju kapacitet toroida i vlastiti međuzavojni kapacitet same zavojnice. Sekundarni namot često je obložen slojem epoksidne smole ili laka kako bi se spriječio električni kvar.

Dakle, Teslin transformator se sastoji od dva spojena oscilatorna kruga, što određuje njegova izvanredna svojstva i glavna je razlika od konvencionalnih transformatora.

Nakon što se postigne probojni napon između elektroda iskrišta, u njemu dolazi do lavinskog električnog proboja plina. Kondenzator se prazni kroz iskrište na zavojnicu. Stoga krug oscilatornog kruga, koji se sastoji od primarne zavojnice i kondenzatora, ostaje zatvoren kroz iskrište, au njemu nastaju visokofrekventne oscilacije. U sekundarnom krugu dolazi do rezonantnih oscilacija, što dovodi do pojave visokog napona na stezaljci.

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

Praktični dio

Teslina zavojnica (klasa E SSTC)

Rezonantni transformator sastoji se od dvije zavojnice koje nemaju zajedničku željeznu jezgru - to je neophodno za stvaranje niskog koeficijenta sprege. Primarni namot sadrži nekoliko zavoja debele žice. Na sekundarnom namotaju namotano je od 500 do 1500 zavoja. Zbog ovakvog dizajna Teslina zavojnica ima omjer transformacije koji je 10-50 puta veći od omjera broja zavoja na sekundarnom namotu prema broju zavoja na primaru. U tom slučaju mora biti ispunjen uvjet za pojavu rezonancije između primarnog i sekundarnog titrajnog kruga. Napon na izlazu takvog transformatora može premašiti nekoliko milijuna volti. Upravo ta okolnost osigurava pojavu spektakularnih pražnjenja, čija duljina može doseći nekoliko metara odjednom. Na internetu možete pronaći različite mogućnosti za proizvodnju visokofrekventnih i naponskih izvora. Odabrao sam jednu od shema.

Sam sam sastavio instalaciju prema gornjem dijagramu (slika 1). Zavojnica namotana na okvir od plastične (vodovodne) cijevi promjera 80 mm. Primarni namot sadrži samo 7 zavoja, korištena je žica promjera 1 mm, jednožilna bakrena žica MGTF. Sekundarni namot sadrži oko 1000 zavoja žice za namatanje promjera 0,15 mm. Sekundarni namot je uredno namotan, zavoj do zavoja. Rezultat je uređaj koji proizvodi visoki napon visoke frekvencije (slika 2).

Velika Teslina zavojnica (VTTC)

Ova zavojnica je sastavljena na osnovi pentode generatora gu-81m pomoću autooscilatora, tj. sa samouzbudom struje rešetke svjetiljke.

Kao što se vidi iz dijagrama (slika 3), žarulja je spojena kao trioda, t.j. sve mreže su međusobno povezane. Kondenzator C1 i dioda VD1 tvore poluvalni udvostručivač. Otpornik R1 i kondenzator C3 potrebni su za podešavanje načina rada svjetiljke. Svitak L2 je potreban za pobudu mrežne struje. Primarni titrajni krug formiran je od kondenzatora C2 i zavojnice L1. Sekundarni oscilatorni krug tvori zavojnica L3 i vlastiti međuzavojni kapacitet. Primarni namot na okviru promjera 16 cm sadrži 40 zavoja s odvojcima od 30, 32, 34, 36 i 38 zavoja za podešavanje rezonancije. Sekundarni namot sadrži oko 900 zavoja na okviru promjera 11 cm. Na vrhu sekundarnog namota nalazi se toroid - neophodan je za akumulaciju električnih naboja.

Obje ove instalacije (sl. 2 i sl. 3) namijenjene su demonstraciji visokofrekventnih visokonaponskih struja i načina njihovog stvaranja. Zavojnice se također mogu koristiti za bežični prijenos električne struje. Tijekom rada demonstrirat ću rad i mogućnosti Teslinih zavojnica koje sam napravio.

Eksperimentalni pokusi s Teslinom zavojnicom

Možete provesti niz zanimljivih eksperimenata s gotovom Teslinom zavojnicom, ali morate slijediti sigurnosna pravila. Za provođenje pokusa mora postojati vrlo pouzdano ožičenje, ne smije biti nikakvih predmeta u blizini zavojnice i mora biti moguće isključiti napajanje opreme u slučaju nužde.

Tijekom rada, Tesla zavojnica stvara prekrasne efekte povezane s stvaranjem različitih vrsta plinskih pražnjenja. Ljudi obično skupljaju ove kolute kako bi gledali ove impresivne, prekrasne pojave.

Teslina zavojnica može stvoriti nekoliko vrsta pražnjenja:

Iskre su iskre između zavojnice i nekog predmeta koje proizvode karakterističan prasak zbog naglog širenja plinskog kanala, kao kod prirodne munje, ali u manjem opsegu.

Streameri su slabo svijetleći tanki razgranati kanali koji sadrže ionizirane atome plina i slobodne elektrone koji su se odvojili od njih. Teče iz terminala zavojnice izravno u zrak bez odlaska u zemlju. Streamer je vidljiva ionizacija zraka. Oni. sjaj iona koji tvori visoki napon transformatora.

Koronsko pražnjenje je sjaj zračnih iona u visokonaponskom električnom polju. Stvara prekrasan plavičasti sjaj oko visokonaponskih dijelova strukture s jakom površinskom zakrivljenošću.

Lučno pražnjenje - nastaje kada je snaga transformatora dovoljna, ako se uzemljeni predmet približi njegovom terminalu. Između njega i terminala svijetli luk.

Neke kemikalije nanesene na terminal za pražnjenje mogu promijeniti boju iscjetka. Na primjer, natrij mijenja plavičastu boju iscjetka u narančastu, bor u zelenu, mangan u plavu, a litij u grimizno.

Koristeći ove zavojnice možete provesti niz vrlo zanimljivih, lijepih i spektakularnih eksperimenata. Dakle, počnimo:

Pokus 1: Demonstracija plinskih pražnjenja. Streamer, iskra, lučno pražnjenje

Oprema: Teslina zavojnica, debela bakrena žica.

Riža. 4 sl. 5

Kada se zavojnica uključi, iz terminala počinje izlaziti pražnjenje koje je dugačko 5-7 mm

Pokus 2: Demonstracija izboja u fluorescentnoj svjetiljci

Oprema: Teslina zavojnica, fluorescentna svjetiljka (fluorescentna svjetiljka).

Sjaj se opaža u fluorescentnoj svjetiljci na udaljenosti do 1 m od instalacije.

Pokus 3: Pokus s papirom

Oprema: Teslina zavojnica, papir.

Kada se papir isprazni, strimer brzo prekrije njegovu površinu i nakon nekoliko sekundi papir zasvijetli

Eksperiment 4: “Stablo” od plazme

Oprema: Teslina zavojnica, tanka višežilna žica.

Granamo žice od žice koja je prethodno ogoljena od izolacije i pričvrstimo je na terminal, kao rezultat dobivamo "stablo" plazme.

Pokus 5: Demonstracija plinskih pražnjenja na velikoj Teslinoj zavojnici. Streamer, iskra, lučno pražnjenje

Kada se zavojnica uključi, iz terminala počinje izlaziti pražnjenje koje je dugačko 45-50 cm; kada se predmet prinese toroidu, svijetli luk.

Pokus 6: Šokovi u ruku

Oprema: velika Teslina zavojnica, ručna.

Kada prinesete ruku strimeru, pražnjenja počinju udarati u ruku bez uzroka boli

Pokus 7: Demonstracija plinskih pražnjenja iz objekta smještenog u polju Tesline zavojnice.

Oprema: velika Teslina zavojnica, debela bakrena žica.

Kada se bakrena žica uvede u polje Tesline zavojnice (s odstranjenom stezaljkom), pojavljuje se pražnjenje iz žice prema toroidu.

Pokus 8: Demonstracija pražnjenja u kugli ispunjenoj razrijeđenim plinom u polju Tesline zavojnice

Oprema: velika Teslina zavojnica, kugla ispunjena razrijeđenim plinom.

Kada se kuglica unese u polje Tesline zavojnice, unutar kuglice zasvijetli pražnjenje.

Pokus 9: Demonstracija pražnjenja u neonskim i fluorescentnim svjetiljkama.

Oprema: velika Teslina zavojnica, neonske i fluorescentne svjetiljke.

Kada se lampa uvede u polje Tesline zavojnice, pražnjenje unutar neonskih i fluorescentnih svjetiljki zasvijetli na udaljenosti do 1,5 m.

Iskustvo 10: Iscjedak iz ruke.

Oprema: velika Teslina zavojnica, ruka s vrhovima prstiju od folije.

Kada unesete ruku u polje Tesline zavojnice (sa uklonjenim terminalom), pojavljuje se pražnjenje od vrhova prstiju prema toroidu.

Zaključak

Svi postavljeni ciljevi su ostvareni. Napravio sam 2 zavojnice i upotrijebio ih za dokazivanje sljedećih hipoteza:

Teslina zavojnica može generirati stvarna električna pražnjenja različitih vrsta.

Pražnjenja koja stvara Teslina zavojnica sigurna su za ljude i ne mogu ih oštetiti električnim udarom. Možete čak dotaknuti visokonaponsku izlaznu zavojnicu komadom metala ili rukom. Zašto se čovjeku ništa ne događa kada dodirne visokofrekventni izvor napona od 1.000.000 V? Jer kada teče visokofrekventna struja, opaža se takozvani skin efekt, tj. naboji teku samo duž rubova vodiča, bez dodirivanja jezgre.

Struja teče kroz kožu i ne dodiruje unutarnje organe. Zbog toga je sigurno dodirnuti ove munje.

Teslina zavojnica može bežično prenositi energiju stvaranjem elektromagnetskog polja.

Energija ovog polja može se prenijeti na sve objekte u ovom polju, od razrijeđenih plinova do ljudi.

Suvremena primjena ideja Nikole Tesle

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

Električni generatori su glavni elementi u proizvodnji električne energije u turbinskim elektranama (hidroelektrane, nuklearne elektrane, termoelektrane).

AC elektromotori, koje je prvi stvorio Nikola Tesla, koriste se u svim modernim alatnim strojevima, električnim vlakovima, električnim automobilima, tramvajima i trolejbusima.

Radio-upravljana robotika postala je raširena ne samo u dječjim igračkama i bežičnim televizijskim i računalnim uređajima (upravljačkim pločama), već iu vojnoj sferi, u civilnoj sferi, u pitanjima vojne, civilne i unutarnje, kao i vanjske sigurnosti zemlje, itd.

Bežični punjači već se koriste za punjenje mobilnih telefona.

Izmjenična struja, koju je uveo Tesla, primarni je način prijenosa električne energije na velike udaljenosti.

Koristiti u zabavne svrhe i predstave.

U filmovima se epizode temelje na demonstracijama Teslinog transformatora, u računalnim igrama.

Početkom 20. stoljeća Teslin transformator našao je i široku primjenu u medicini. Pacijenti su liječeni slabim visokofrekventnim strujama koje, prolazeći kroz tanki sloj površine kože, nisu štetile unutarnjim organima, a imale su "tonik" i "ljekovit" učinak.

Koristi se za paljenje plinskih žarulja i za otkrivanje curenja u vakuumskim sustavima.

Pogrešno je mišljenje da Tesline zavojnice nemaju široku praktičnu primjenu. Njihova glavna uporaba je u zabavnoj i medijskoj sferi zabave i showova. U isto vrijeme, same zavojnice ili uređaji koji koriste principe rada zavojnica prilično su česti u našim životima, o čemu svjedoče gornji primjeri.

Bibliografska poveznica

Koshkin A.A. TESLA ZAVOJNICA I ISTRAŽIVANJE NJEGOVIH MOGUĆNOSTI // Međunarodni školski znanstveni glasnik. – 2018. – Broj 1. – Str. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (datum pristupa: 30.01.2020.).

Ne tako davno u asortimanu raznih trgovina pojavile su se takozvane plazma svjetiljke koje su emitirale munje na površini staklene kugle. Ove su lampe brzo stekle popularnost, ali malo ljudi zna da je ove uređaje izumio Nikola Tesla 1910-ih godina prošlog stoljeća. Prvo morate razumjeti unutarnju strukturu ovog nevjerojatnog izuma. Zapravo, ovo je obični transformator posebnog tipa. U svom radu koristi rezonanciju koja se javlja kod tzv. stojećih magnetskih valova. Na primarnom namotu ima vrlo malo zavoja, on generira oscilirajuće iskre skupljajući energiju u kondenzatoru, te stoga u određenom vremenskom periodu dolazi do iskrenja. Sekundarni namot radi na temelju zavojnice s izravnim protokom žica. Frekvencija osciliranja para krugova mora se podudarati, što će dovesti do pojave izuzetno visoke izmjenične struje visoke frekvencije između dva kraja svitka na sekundarnom namotu. To uzrokuje vizualizaciju u obliku onih vrlo ljubičastih munja.

Rezonantni transformator često se uspoređuje s konvencionalnim njihalom, gdje će frekvencija i amplituda izravno ovisiti o sili kojom se cijeli sustav gura. Ljuljanje se može izvesti uz prisutnost slobodnih vibracija, što uvelike povećava duljinu zaveslaja i također povećava vrijeme potpunog propadanja. Ista stvar se događa sa zavojnicom ovdje. Sekundarni namot se ljulja, a generator ga ljulja. Sinkronizaciju osiguravaju primarni krug i generator istovremeno, što vam omogućuje fino podešavanje sustava ovisno o zadatku koji se radi. U ovom trenutku, većina ljudi to poznaje samo kao igračku. Ali zapravo, ovaj sustav ima stvarne primjene.

Korištenje Tesline zavojnice u stvarnom životu

Izlazni naponi često mogu doseći nevjerojatne vrijednosti od nekoliko milijuna volti. Ovo je jedinstvena pojava u svijetu električne energije, jer tako visoke struje rijetko karakteriziraju tako dugi valovi. Električna snaga zračnog prostora prodire na veliku udaljenost sa stabilnim pražnjenjima, a uz veliku snagu generatora, duljina može doseći mnogo metara. Slične demonstracijske sobe s ovim čudom fizike našeg planeta često su instalirane na mnogim sveučilištima širom svijeta. Ti se fenomeni odražavaju na poznatu igračku. Kada dotaknemo loptu, munja se privuče našim rukama, kao objektu s relativno visokom vodljivošću. Naša krv i druge tjelesne tekućine pune su soli i metala, što nas čini izvrsnim vodičem.

Početkom prošlog stoljeća ova se shema koristila za prijenos signala na velike udaljenosti, jer pražnjenja imaju i nevidljivi dio. Ljudi su ih počeli pokušavati koristiti za prijenos radiovalova na kratke udaljenosti za prijenos daljinskog upravljanja, ali takva je uporaba bila previše opasna za zdravlje ljudi. Tada su provedeni brojni eksperimenti na polju medicine. Takozvana darsonvalizacija koristi se i danas, a sami uređaji nisu ništa više od Tesla generatora u najmanjoj veličini. Struja golica kožu, ali ne prodire duboko u tijelo. Tonik učinak ovog tretmana brzo je pronašao primjenu u stvarnosti, koristi se za liječenje kožnih bolesti, potiče rast kose, omogućuje zaglađivanje ožiljaka, smanjenje veličine čvorova.

Upravo ovaj tip generatora pali svjetiljke s izbojem u plinu. Vakuumski sustavi testirani su pomoću ovih greda na pukotine u njihovim kućištima. Munja će svakako povući prema kvaru.

Jesu li Tesline lampe opasne za ljude?

Definitivno možemo reći da opasnost postoji, stoga se trebate 100% pridržavati priloženih uputa. Nemojte se držati za ruke ili dodirivati staklo lampe, ili pokušavati dodirnuti loptu mokrim rukama. Posebno snažno ne preporučujemo izradu takvih sklopova bez odgovarajućeg iskustva kod kuće. Možete oštetiti brojne električne uređaje u svom domu i spaliti ožičenje. Ali to nisu najgore posljedice. Teslini transformatori s naponima od milijuna volti mogu ubiti čovjeka jednim dodirom ako pogriješe. Učinak je sličan udaru groma. Stoga budite krajnje oprezni, posebno pazite na djecu. Mlađima od 12 godina, kupnja takvih svjetiljki se strogo ne preporučuje. Također, kupujte ove uređaje samo od renomiranih proizvođača. Kopije neimenovanih kineskih tvrtki često isporučuju strujne udare toliko jake da vam se kosa i rukavi mogu zapaliti, a nokti rastopiti. Igračka može donijeti velike probleme, budite oprezni.

Teslina zavojnica i demonstracija nevjerojatnih svojstava

elektromagnetsko polje Tesline zavojnice

Sadržaj

Uvod……………………………………………………..………..2 str.

Teorijski dio

Nikola Tesla i njegovi izumi…………………..………………............5 str.
Dijagram postavljanja Tesline zavojnice…………………………..…………8 stranica.

Praktični dio

Sociološka anketa među učenicima Federalne srednje škole broj 5...... 8 str.
Sastavljanje Tesline zavojnice…………….…………….…..…………......9 str.
Proračun glavnih karakteristika proizvedene Tesline zavojnice 9 str.
Eksperimentalni pokusi s Teslinom zavojnicom….……11 str.
Suvremena primjena Teslinih ideja…………………………..13 str.
Foto i video izvještaj studije………………..14 stranica.

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

Literatura……………………………………………………….……………….…..16 stranica.

Prilozi……………………………………………………………….…….……….…..18 str.

Uvod

Mogla bih rascijepiti kuglu zemaljsku, ali nikad

Neću to učiniti.

Glavni cilj bio mi je ukazati na nove pojave

i širiti ideje koje će postati

polazišta za nova istraživanja.

Nikola Tesla

« Napokon sam uspio stvoriti pražnjenja čija snaga uvelike premašuje snagu munje. Jeste li upoznati s izrazom "ne možete skočiti preko glave"? To je zabluda. Čovjek može sve." U Međunarodnoj godini svjetla i svjetlosnih tehnologija, mislim da ga se vrijedi prisjetiti legendarna ličnost Nikola Tesla, a o značenju nekih njegovih izuma i dan danas se raspravlja. Puno je toga rečeno o njemu, ali većina ljudi, uključujući i mene, jednoglasna je u mišljenju - Tesla je učinio mnogo za razvoj znanosti i tehnologije za svoje vrijeme. Mnogi od njegovih patenata su zaživjeli, ali neki su još uvijek nedokučivi. Ali Teslina glavna postignuća mogu se smatrati istraživanjem prirode elektriciteta. Posebno visoki napon. Tesla je zadivio svoje poznanike i kolege nevjerojatnim eksperimentima u kojima je bez poteškoća i straha upravljao generatorima visokog napona koji su proizvodili stotine, a ponekad i milijune volti. Još u 1900-ima, Tesla je mogao prenositi struju na velike udaljenosti bez žica, dobivajući struju od 100 milijuna ampera i napon od 10 tisuća volti. I održavati takve karakteristike za potrebno vrijeme. Za one koji su živjeli pored njega, svijet se promijenio, pretvorio u prostor iz bajke u kojem se ništa ne treba čuditi. Polarna svjetlost bljesnula je nad cijelim Atlantikom, obični leptiri pretvarali su se u svijetle krijesnice, kuglaste su se munje lako vadile iz kofera i njima osvjetljavale dnevne sobe. Njegovi eksperimenti uvijek su balansirali na rubu zla i dobra. Pad Tunguskog meteorita, potres u New Yorku, testiranje monstruoznog oružja sposobnog u trenu uništiti čitave vojske - to je ono što se još, osim svjetlećih leptira, pripisuje Teslinim eksperimentima. Upravo je on poslužio mnogim piscima znanstvene fantastike kao slika ludog profesora čiji izumi prijete uništiti cijeli planet. Zapravo, ne znamo ništa o tome kakva je osoba bio Nikola Tesla, kakav bi junak trebao postati za biografe, dobar ili loš.

Eksperimentalna fizika ima veliki značaj u razvoju znanosti. Bolje jednom vidjeti nego čuti sto puta. Nitko neće tvrditi da je eksperiment snažan poticaj razumijevanju suštine pojava u prirodi. Možete se diviti prirodi bez poznavanja fizike. Ali razumjeti to i vidjeti što se krije iza vanjskih slika fenomena moguće je samo uz pomoć egzaktne znanosti i eksperimentiranja. Danas sa sigurnošću možemo reći da je samo svršena činjenica točne prirode, tj. iskustvo ili eksperiment, ili rezultati prirodnog procesa, čiji tijek ne ovisi o čovjeku. Samo rezultat dobiven ovim ili onim djelovanjem ostaje nepokolebljiv. Kao što sam već rekao, ovo je jedina sigurnost u hipotezi. To svi znajusvaka hipoteza počiva na tri stupa: rezultat eksperimenta, njegov opis i zaključak , koji se oslanja na poznate stereotipe (Prilog 1 ).

Pokusi s elektricitetom. Ako bolje razmislite, što još možete otkriti i eksperimentirati? Uostalom, sada čovječanstvo već dugo ne može zamisliti svoje postojanje bez struje. S njim rade svi kućanski aparati, cijela naša industrija, medicinski uređaji. Jedna stvar je istina, sama struja dolazi do nas, nažalost, samo kroz žice. Sve je to jako daleko od onoga što je Nikola Tesla mogao učiniti prije više od 100 godina, a što moderna fizika još uvijek ne može objasniti. Moderna fizika jednostavno nije u stanju postići takve pokazatelje. Daljinski je palio i gasio elektromotor, a žarulje u njegovim rukama su se same upalile. Suvremeni znanstvenici dosegnuli su samo razinu od 30 milijuna ampera (eksplozijom elektromagnetske bombe), a 300 milijuna termonuklearnom reakcijom – i to na djelić sekunde.

Relevantnost je da u naše vrijeme entuzijasti i znanstvenici diljem svijeta pokušavaju ponoviti eksperimente briljantnog znanstvenika i pronaći njihovu primjenu. Neću ulaziti u mistiku, pokušao sam napraviti nešto spektakularno po Teslinim “receptima”. Ovo je Teslina zavojnica. Nakon što ste ga jednom vidjeli, nikada nećete zaboraviti ovaj nevjerojatan i nevjerojatan prizor.

Predmet proučavanja: Teslina zavojnica.

Predmet proučavanja: elektromagnetsko polje Tesline zavojnice, visokofrekventna pražnjenja u plinu.

Svrha studije: izraditi visokofrekventnu Teslinu zavojnicu i provesti pokuse na sastavljenoj pogonskoj instalaciji.

Predmet, predmet i svrha istraživanja odredili su formulaciju sljedećeghipoteze: Oko Tesline zavojnice stvara se elektromagnetsko polje enormnog intenziteta koje može bežično prenositi električnu struju.

Zadaci:

Proučiti literaturu o problemu istraživanja.

Upoznati se s poviješću izuma i principom rada Tesline zavojnice.

Pronalaženje dijelova i izrada Tesline zavojnice.

Provedite sociološku anketu među učenicima od 7. do 11. razreda srednje škole br. 5 Fedorovskaya.

Provesti proračune karakteristika Tesline zavojnice i eksperimente koji demonstriraju njezin rad.

Pripremite foto i video izvješće o obavljenom radu za dobrobit učenika od 9. do 11. razreda.

Metode istraživanja:

Empirijski: promatranje visokofrekventnih električnih izboja u plinovitoj sredini, istraživanje, pokus.

Teorijski: Projektiranje Tesline zavojnice, analiza literature, statistička obrada rezultata.

Faze istraživanja:

Teorijski dio. Proučavanje literature o problemu istraživanja.

Praktični dio. Izrada Teslinog transformatora i demonstracija nevjerojatnih svojstava elektromagnetskog polja Teslinog svitka

Novost: je da, poput mnogih eksperimentalnih izumitelja, I

Po prvi put je, proučavajući znanstveno-popularnu literaturu, sastavio Teslinu zavojnicu i u sklopu Međunarodne godine svjetlosti i svjetlosnih tehnologija 2015. proveo niz eksperimenata i time pokazao značaj Teslinih radova.

Praktični značaj: rezultat rada je obrazovne prirode, to će povećati interes učenika za produbljeno proučavanje predmeta kao što je fizika, mladih istraživača - za istraživačke aktivnosti, a možda će nekima odrediti i područje daljnjeg aktivnost.

Teorijski dio

ja .1.Nikola Tesla i njegovi izumi

Što znamo o Nikoli Tesli i njegovim djelima? Teslina djelatnost običnom je čovjeku ravnodušna i nezanimljiva. U školama i institutima Teslu spominju samo kada govore o istoimenoj jedinici induktiviteta. Tako se društvo “zahvalilo” velikom praktičaru za sve što je pridonio razvoju elektrotehnike. Sve njegove aktivnosti obavijene su velom misterije, a mnogi ga jednostavno smatraju znanstvenim šarlatanom. Pokušajmo razmotriti značaj Tesline “ostavštine”.

NIKOLA TESLA - izumitelj u području elektrotehnike i radiotehnike, inženjer, fizičar. Rođen i odrastao u Austro-Ugarskoj, sljedećih je godina uglavnom radio u Francuskoj i SAD-u.

Do 1882. Tesla je radio kao inženjer elektrotehnike za vladinu telegrafsku tvrtku u Budimpešti. U veljači 1882. Tesla je smislio kako iskoristiti fenomen koji će kasnije postati poznat kao rotirajuće magnetsko polje u elektromotoru. U slobodno vrijeme Tesla je radio na izradi modela asinkronog elektromotora, a 1883. godine demonstrirao je rad motora u gradskoj vijećnici u Strasbourgu.

Dana 6. srpnja 1884. Tesla je stigao u New York. Zaposlio se kod Thomasa Edisona kao inženjer popravljajući elektromotore i istosmjerne generatore. Edison je prilično hladno doživljavao Tesline nove ideje i sve otvorenije izražavao negodovanje prema smjeru izumiteljeva osobnog istraživanja. U proljeće 1885. Edison je obećao Tesli 50 tisuća dolara ako konstruktivno poboljša električne strojeve istosmjerne struje koje je izumio Edison. Nikola je aktivno prionuo na posao i ubrzo predstavio 24 varijante Edisonovog stroja, novu sklopku i regulator, što je značajno poboljšalo performanse. Nakon što je odobrio sva poboljšanja, Edison je na pitanje o nagradi odbio Teslu. Uvrijeđen, Tesla je odmah dao otkaz.

Od 1888. do 1895. godine Tesla se u svom laboratoriju bavio istraživanjem magnetskih polja i visokih frekvencija. Te su godine bile najplodnije; tada je patentirao većinu svojih izuma.

Krajem 1896. Tesla je postigao prijenos radijskog signala na udaljenost od 48 km.

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

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

Najjednostavniji Teslin transformator sastoji se od dvije zavojnice - primara i sekundara, te iskrišta, kondenzatora, toroida i stezaljke.

Dakle, Teslin transformator se sastoji od dva spojena oscilatorna kruga, što određuje njegova izvanredna svojstva i glavna je razlika od konvencionalnih transformatora.

ja .2. Dijagram postavljanja Tesline zavojnice

Teslin rezonantni generator, zavojnica ili transformator briljantan je izum velikog srpskog izumitelja, fizičara i inženjera. Transformator se sastoji od dva svitka koji nemaju zajedničku željeznu jezgru. Primarni namot mora imati najmanje desetak zavoja debele žice. Na sekundarnom je već namotano najmanje 1000 zavoja. Imajte na umu da Teslina zavojnica ima omjer transformacije koji je 10-50 puta veći od omjera broja zavoja drugog namota prema prvom. Izlazni napon takvog transformatora može premašiti nekoliko milijuna volti. Upravo ta okolnost osigurava pojavu spektakularnih pražnjenja, čija duljina može doseći nekoliko metara odjednom. Vrlo je važno: i kondenzator i primarni namot moraju u konačnici tvoriti određeni oscilatorni krug koji ulazi u stanje rezonancije sa sekundarnim namotom. Dijagram instalacije Tesline zavojnice pretpostavlja struju od 5-8 A. Maksimalna vrijednost ove vrijednosti, koja još uvijek ostavlja šansu za preživljavanje, je 10 A. Dakle, kada radite, ne zaboravite na sekundu o najjednostavnijim mjerama opreza.

Na internetu možete pronaći različite mogućnosti za proizvodnju visokofrekventnih i naponskih izvora. Odabrali smo jednu od shema (Dodatak 2 ), koji se sastoji od:

Napajanje (220V – 24V)

Promjenjivi otpornik

Otpornik

Primarni svitak (9 zavoja)

Sekundarna zavojnica (1000 zavoja)

Tranzistor na radijatoru (M.J.E. 13007)

Praktični dio

II .1 Sociološko istraživanje među učenicima 7-11 razreda Federalne srednje škole br

U anketi je sudjelovalo 325 osoba. Postavljena su pitanja:

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

2. Želite li vidjeti niz eksperimenata s Teslinom zavojnicom?

Nakon obrade rezultata rezultat je sljedeći: 176 učenika je čulo za Tesline izume, 156 učenika nije. 97 ljudi vidjelo je videe eksperimenata na internetu, 228 nema pojma kako zavojnica izgleda niti kako se koristi. Svih 325 učenika želi vidjeti rezultat istraživačkog rada i niza pokusa s Teslinom zavojnicom.

II .2 Sklop Tesline zavojnice

Osvrnimo se na uređaj koji je danas poznat kao Teslin transformator (zavojnica). Diljem svijeta proizvođači Tesle svake godine reproduciraju svoje brojne modifikacije.Glavni cilj većine ovih Tesla radioamatera je postizanje svjetlosnih i zvučnih efekata postignut u eksperimentima s visokim naponom, koji je prisutan na izlazu visokonaponske zavojnice Teslinog transformatora (TT). Mnoge privlače i Tesline ideje za stvaranje energije velike snage, a još je atraktivniji pokušaj stvaranja "over-unit" (SE) uređaja temeljenog na CT-u. Ovo je područje alternativne znanosti.

Sam sam sastavio instalaciju prema dijagramu (Dodatak 2, sl. 1, 2, 3, 4, 5 ). Zavojnica namotana na okvir od plastične (vodovodne) cijevi promjera 5 cm sadrži samo 9 zavoja, žica promjera 1,5 mm, korištena je jednožilna bakrena žica u gumenoj izolaciji. Sekundarni namot sadrži 1000 zavoja žice od 0,1 mm. Sekundarni namot je uredno namotan, zavoj do zavoja. Ovaj uređaj proizvodi visoki napon na visokoj frekvenciji. Teslina zavojnica je pokazni generator visokofrekventnih struja visokog napona. Uređaj se može koristiti za bežični prijenos električne struje na velike udaljenosti. Tijekom studija demonstrirat ću rad Tesline zavojnice koju sam napravio.(Dodatak 3, slika 6).

II.3 Proračun glavnih karakteristika proizvedene Tesline zavojnice

EMF: 24 V . Dvije baterije za odvijač po 12 V.

Otpornost: R = 50075 Ohma. R= R 1 + R 2 (serijski spoj) Smatra se da je potrebno zanemariti unutarnji otpor izvora, žica, namota. 1) Promjenjivi otpornik (reostat) 50 KOhm. 2) Otpornik od 75 Ohma.

Trenutna snaga: 0,5 mA. Izračunato prema Ohmovom zakonu za cijeli krugja = EMF/ R + r

i provjeriti ampermetrom.

Frekvencija osciliranja: 200 MHz . Izračuni su napravljeni pomoćuCircutLab.

Ulazni napon: 24 V.

Izlazni napon : ~2666,7 V.

Omjer transformacije 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 – pojačavajući transformator

s obzirom na toK >1, U1> U2, N1> N2 - silazni 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 ovisnost izlaznog napona o broju zavoja sekundarne zavojnice (Dodatak 4 ) . Dijagram pokazuje da što je veći broj zavoja na sekundarnom namotu, to je veći izlazni napon zavojnice.

ZAKLJUČAK: pražnjenja zavojnice nisu opasna za ljudsko tijelo tijekom kratkotrajne izloženosti, budući da je jakost struje zanemariva, a frekvencija i napon previsoki.

II.4 Eksperimentalni pokusi s Teslinom zavojnicom

S gotovom Teslinom zavojnicom možete provesti niz zanimljivih eksperimenata, poštujući sigurnosna pravila. Da biste proveli pokuse, morate imati vrlo pouzdano ožičenje, inače se katastrofa neće izbjeći. Možete čak i dotaknuti visokonaponsku izlaznu zavojnicu komadom metala. Zašto se eksperimentatoru ništa ne događa kada dodirne izvor napona od 250 000 V na visokoj frekvenciji od 500 kHz? Odgovor je jednostavan. Nikola Tesla otkrio je tu “strašnu” tajnu – Visokofrekventne struje pri visokim naponima su sigurne.

Tijekom rada, Tesla zavojnica stvara prekrasne efekte povezane s stvaranjem različitih vrsta plinskih pražnjenja. Mnogi ljudi skupljaju Tesline zavojnice kako bi promatrali ove impresivne, prekrasne pojave. Općenito, Teslina zavojnica proizvodi nekoliko vrsta pražnjenja:

Iskra - ovo je iskričasto pražnjenje. Postoji i posebna vrsta iskrićeg pražnjenja - klizno iskričasto pražnjenje.

Streamers - slabo svijetleći tanki razgranati kanali koji sadrže ionizirane atome plina i slobodne elektrone koji su se odvojili od njih. Teče iz terminala zavojnice izravno u zrak bez odlaska u zemlju. Streamer je zapravo vidljiva ionizacija zraka (sjaj iona) koju stvara visokonaponsko polje transformatora.

Koronsko pražnjenje - sjaj zračnih iona u visokonaponskom električnom polju. Stvara prekrasan plavičasti sjaj oko eksplozivnih dijelova strukture s jakom površinskom zakrivljenošću.

Lučno pražnjenje - formira se u mnogim slučajevima. Na primjer, s dovoljnom snagom transformatora, ako se uzemljeni objekt približi svom terminalu, luk može zasvijetliti između njega i terminala

Zanimljivo je primijetiti da neke ionske kemikalije nanesene na terminal za pražnjenje mogu promijeniti boju iscjetka. Na primjer, natrijevi ioni mijenjaju normalnu boju iskre u narančastu, bor u zelenu, mangan u plavu, litij u grimizno.

Rad rezonantnog transformatora prati karakteristično električno pucketanje. Ova pojava povezana je s transformacijom struja u kanale iskre, što je popraćeno naglim porastom struje i energije koja se oslobađa u njima.

Koristeći proizvedenu Teslinu zavojnicu, demonstriram mnoge lijepe i impresivne eksperimente. Demonstracije pomoću transformatora.Promatrajmo pražnjenja.

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

Oprema : Tesla zavojnica (transformator), odvijač.

Kada je zavojnica uključena, pražnjenje počinje izlaziti iz terminala, koji u dužini6-7 mm. ( Dodatak 5, sl. 7, 8 ).

Demonstracija br. 2. Demonstracija tinjajućeg izboja. Sjaj spektralnih cijevi ispunjenih inertnim plinovima: helijem, vodikom, neonom.

Oprema : Teslina zavojnica (transformator), set spektralnih cijevi.

Kada ove lampe prinesemo Teslinoj zavojnici, promatrat ćemo kako će plin kojim su cijevi napunjene svijetliti (Dodatak 6, sl.9, 10,11 ).

Demonstracija br. 3. Demonstracija pražnjenja u fluorescentnoj svjetiljci i fluorescentnoj svjetiljci (FLL).

Oprema : Teslina zavojnica (transformator), fluorescentna svjetiljka, fluorescentna svjetiljka.

Uočeno je pražnjenje u fluorescentnoj svjetiljci (Dodatak 7, sl. 12, 13 ).

Demonstracija br. 4. Eksperimentirajte s ravnalima.

Oprema : Teslina zavojnica (transformator), metalno ravnalo, drveno ravnalo.

Kada se metalno ravnalo uvede u iscjedak, traka udari u njega, dok ravnalo ostaje hladno. Kada se drveno ravnalo stavi u pražnjenje, traka brzo prekrije njegovu površinu i nakon nekoliko sekundi ravnalo zasvijetli( Dodatak 8, sl. 14, 15, 16 ).

Demonstracija br. 5. Eksperimentirajte s papirom.

Oprema : Teslina zavojnica (transformator), papir.

Kada se papir isprazni, strimer brzo prekrije njegovu površinu i nakon nekoliko sekundi papir bukne (Dodatak 9, sl. 17 ).

Demonstracija br. 6. Eksperimentirajte pjenjačom.

Oprema

Unaprijed granamo žice i lemimo ih na terminal (Dodatak 10, sl. 18 ).

Demonstracija br. 7. Plazma drvo.

Oprema : Teslina zavojnica (transformator), tanka višežilna žica.

Odvojimo žice od žice, kojoj smo prethodno skinuli izolaciju, i pričvrstimo je na terminal (Dodatak 11, sl. 19,20, 21, 22 ).

Demonstracija br. 8. Ionski motor.

Oprema : Teslin svitak (transformator), križna ploča.

Zavrtimo iglu na terminal transformatora i ugradimo križnu ploču na vrhu u sredini. Nakon uključivanja zavojnice, iz 4 kraja križa počinju izlaziti trake i pod njihovim djelovanjem ploča se počinje okretati (Dodatak 12, sl. 23).

II.5 Suvremena primjena Teslinih ideja

Izmjenična struja glavni je 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 modernim alatnim strojevima, električnim vlakovima, električnim automobilima, tramvajima i trolejbusima.

Bežični punjači počinju se koristiti za punjenje telefona odn.

Izmjenična struja, koju je uveo Tesla, primarni je način prijenosa električne energije na velike udaljenosti.

Originalna moderna sredstva protiv krađe za automobile rade na istom principu kao i zavojnice.

Koristiti u zabavne svrhe i predstave.

Transformator je Tesla koristio za generiranje i širenje električnih oscilacija za upravljanje uređajima na daljinu bez žica, bežični prijenos podataka i bežični prijenos energije.

U filmovima se epizode temelje na demonstracijama Teslinog transformatora, u računalnim igrama.

Koristi se za paljenje plinskih žarulja i za otkrivanje curenja u vakuumskim sustavima.

Njegova glavna upotreba danas je kognitivna i estetska. To je uglavnom zbog značajnih poteškoća kada je potrebno kontrolirati odabir visokonaponske snage, ili još više, prenijeti je na udaljenost od transformatora, jer u ovom slučaju uređaj neizbježno izlazi iz rezonancije, a kvaliteta faktor sekundarnog kruga je također značajno smanjen.

Zaključak: Netočno je pretpostaviti da Teslina zavojnica nema široku praktičnu primjenu. Primjeri koje sam gore naveo jasno to pokazuju. Međutim, njegova glavna upotreba danas je kognitivna i estetska (Dodatak 13, sl. 24 ).

II .6. Foto i video izvještaj studije

U prilogu fotoreportaža, videoreportaža rada na elektroničkim medijima. Knjižica-podsjetnik “Suvremena primjena Teslinih ideja”(Prilog 14).

Zaključak

Jedna od najsjajnijih, najzanimljivijih i najneobičnijih 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, primjerice, prisutnost električne struje u našem utičnice. Kao i Lomonosov, Nikola Tesla je bio ispred svog vremena i za života nije dobio zasluženo priznanje, no do danas njegova djela nisu cijenjena.

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 i radiotehnike, a nadaleko je poznat pod nazivom "Teslin transformator ".

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

Bez sumnje, Nikola Tesla je zanimljiva ličnost sa stajališta perspektive primjene njegovih nekonvencionalnih ideja u praksi. Srpski genije uspio je ostaviti zapažen trag u povijesti znanosti i tehnike.

Njegovi inženjerski razvoji našli su primjenu u području energetike, elektrotehnike, kibernetike, biofizike i medicine. Aktivnosti izumitelja obavijene su mističnim pričama među kojima valja odabrati one koje sadrže istinite podatke, stvarne povijesne činjenice, znanstvena dostignuća i konkretne rezultate.

Problemi kojima se bavio Nikola Tesla aktualni su i danas. Njihovo razmatranje omogućuje kreativnim inženjerima i studentima fizike da šire sagledaju probleme suvremene znanosti, napuste šablone, nauče razlikovati istinu od fikcije, generaliziraju i strukturiraju gradivo. Stoga se stavovi N. Tesle danas mogu smatrati relevantnima ne samo za istraživanja na području povijesti znanosti i tehnologije, već i kao prilično učinkovito sredstvo istraživačkog rada, izuma novih tehnoloških procesa i korištenja najnovijih tehnologije.

Kao rezultat mog istraživanja potvrđena je hipoteza:Oko Tesline zavojnice stvara se elektromagnetsko polje golemog intenziteta koje može bežično prenositi električnu struju:

žarulje ispunjene inertnim plinom svijetle u blizini zavojnice, stoga oko instalacije zaista postoji elektromagnetsko polje visokog intenziteta;

žarulje su se same od sebe upalile u mojim rukama na određenoj udaljenosti, što znači da se električna struja može prenositi bežično.

Potrebno je napomenuti još jednu važnu stvar: učinak ove instalacije na čovjeka: kao što ste primijetili tijekom rada, nisam bio šokiran: visokofrekventne struje koje prolaze kroz površinu ljudskog tijela ne štete mu, na naprotiv, djeluju okrepljujuće i ljekovito, što se čak koristi iu modernoj medicini (iz znanstveno-popularne literature). Međutim, treba napomenuti da električna pražnjenja koja ste vidjeli imaju visoku temperaturu, pa se ne preporučuje dugotrajno hvatanje munje rukama!

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