Известный инженер Никола Тесла проводил большое количество экспериментов, где использовались электрические разряды высокого напряжения. Для осуществления своих планов он создавал различные устройства. Среди них следует отметить трансформатор Тесла, изначально предназначенный для демонстрации красивых электрических разрядов. Подобная игрушка до сих пор используется как декоративное украшение и нашла практическое применение именно в этом качестве.
Конструктивная схема прибора
Невозможно понять принцип действия этого прибора не изучив его устройство. Конструктивно схема трансформатора состоит из первичной и вторичной обмоток. Для их контуров используется медная проволока сечением 0,1-0,2 мм2. В некоторых случаях можно применить схему на транзисторе.
Первичная обмотка соединяется с источником переменного тока, что приводит к образованию магнитного поля. Через это поле передается электрический ток от первой катушки ко второй. Одновременно вторичной обмоткой создается колебательный контур. В ней же накапливается поступающее электричество и сохраняется здесь в виде определенного значения напряжения. В разных схемах резонансных трансформаторов катушки могут конструктивно отличаться. Однако, создаваемые ими контуры, по всем признакам похожи друг на друга.
Одним из элементов трансформатора Тесла является тороид. Именно под его влиянием происходит накопление электроэнергии. Количество электричества, вмещающееся в тороиде, напрямую зависит от его размеров. В соответствии с этим выполняется настройка прибора. Кроме того, данное устройство способствует снижению резонансной частоты и созданию электростатического поля, отталкивающего разряды молний. В некоторых конструкциях эта функция возложена на вторичную катушку.
Большое значение имеют параметры вторичной катушки. Например, отношение диаметра к ее длине составляет пропорцию 1:4.
Еще одна важная деталь представлена в виде специального медного кольца, защищающего электронику от выхода из строя. Чтобы трансформатор Тесла работал правильно, защитное кольцо необходимо заземлить. Когда молнии ударяются в землю, происходит замыкание электрического тока. За счет незначительного сопротивления первичной обмотки обеспечивается передача электроэнергии. Таким образом, для нормальной работы устройства нужно, чтобы все его элементы взаимодействовали между собой.
Принцип действия
После того как изучена конструкция и весь трансформатор Тесла, становится намного проще уяснить принцип его работы. Его действие происходит по стандартной схеме. Трансформатор посредством дросселя осуществляет зарядку конденсатора. Чем ниже его индуктивность, тем быстрее будет проходить зарядка.
Через некоторое время может начаться существенное увеличение напряжения в конденсаторе. Дуга, находящаяся в разряднике, отлично выполняет функции проводника. В итоге, с участием катушки и конденсатора происходит создание эффективного рабочего контура.
За счет энергии, образующейся в силовом трансформаторе, начинают возникать колебания. В процессе колебаний катушка и конденсатор обмениваются энергией. Ее некоторая часть превращается в тепловое излучение и бесследно пропадает, а другая, видимая часть, проявляется в разряднике. За счет показателей индуктивности постепенно создается еще один контур. Все компоненты и составляющие должны обладать номиналами с одинаковой частотой. В этом заключается основной принцип действия прибора.
В процессе передачи электрическая энергия должна полностью уйти из первичного контура. Амплитуда колебаний в это время будет с нулевыми показателями. После полного исчезновения электрической дуги, энергия может частично оставаться во вторичной обмотке. В дальнейшем происходит повторение этого процесса. Чем сильнее все компоненты будут связаны между собой, тем быстрее будет происходить взаимный обмен энергией.
Изготовление трансформатора Тесла в домашних условиях
Поскольку основой всего устройства является трансформатор, необходимо заранее определиться с его размерами. При наличии средств можно создать довольно большой трансформатор Тесла своими руками. Также необходимо учитывать последующую генерацию высоковольтных разрядов, под действием которых в окружающей среде появляются небольшие молнии. За счет нагрева и расширения воздуха молнии сопровождаются раскатами грома.
Отрицательное влияние искусственных электрических полей нередко приводит к выходу из строя находящихся рядом электро приборов. В связи с этим, не рекомендуется вести работы по созданию и пуску трансформатора в домашних условиях. Для этих целей лучше всего воспользоваться сараем, гаражом и другими отдаленными местами.
Размеры трансформатора напрямую зависят от расстояния между электродами. От этого в свою очередь зависит и величина электрической искры. Оба параметра зависят от мощности, потребляемой устройством.
Резонансный трансформатор Тесла рассчитывается на напряжение от 5 до 15 кВ и силу тока от 30 до 100 мА. Нельзя выходить за рамки этих технических характеристик, в противном случае готовое устройство не будет работать. То есть прибор должен быть мощным в достаточной степени.
Конденсатор нужно соединить с источником тока 220 вольт. Очень важно правильно выбрать емкость, от которой зависит способность к удерживанию заряда в течение определенного времени. Данный параметр измеряется в фарадах и представляет собой 1 ампер-секунду на 1 вольт. При использовании напряжения 5 кВ, номинальная емкость конденсатора должна быть 2200 пикофарад (пФ). Рекомендуется воспользоваться сразу несколькими конденсаторами, соединенными в последовательную цепь.
Конденсатор или цепочку конденсаторов нужно подключить к электродам, между которыми будет возникать искра. Такая конструкция должна свободно выдерживать нагрев, поэтому их минимальный диаметр составляет 6 мм. С помощью этого искровика в контуре возбуждаются резонансные колебания, то есть элементы входят в резонанс между собой.
Для изготовления первичной катушки потребуется толстый медный провод, закрученный в спираль от 4 до 6 витков. Все витки располагаются в единой плоскости. Вместо провода можно взять медную трубку, диаметром 2,5-6 мм. Готовая катушка соединяется с разрядником, после чего происходит образование первичного контура. Он должен находиться в резонансе со вторичной катушкой. Между обеими катушками необходимо сделать качественную изоляцию.
Изготовление вторичной катушки выполняется отдельно. Для этого потребуется тонкая (до 0,6 мм) медная проволока, покрытая эмалью. Намотка осуществляется на трубку из полимерного материала. По высоте она превосходит диаметр примерно в 5-6 раз. Потребуется намотать 100 витков,. При необходимости схема допускает размещение вторичной катушки внутри первичной катушки.
Один конец вторичной катушки обязательно заземляется так, чтобы он не контактировал с другими электро-приборами. Наилучший вариант заземления непосредственное соединение с землей. Второй конец катушки соединяется с тороидом, излучающим молнии. Для его изготовления можно использовать обычную вентиляционную гофру. Тороид размещается поверх вторичной катушки, а вместе они создают вторичный контур. После включения питающего трансформатора, электрооборудование готово к работе.