Baby zimní divoká zvířata. Jak tráví zimu obyvatelé lesa?
V roce 1891 Nikola Tesla vyvinul transformátor (cívku), se kterým experimentoval s vysokonapěťovými elektrickými výboji. Zařízení vyvinuté společností Tesla sestávalo ze zdroje energie, kondenzátoru, primárních a sekundárních cívek uspořádaných tak, aby se mezi nimi střídaly napěťové špičky, a dvou elektrod oddělených vzdáleností. Zařízení dostalo jméno svého vynálezce.
Principy objevené Teslou s tímto zařízením se nyní používají v různé oblasti, od urychlovačů částic po televizory a hračky.
Tesla transformátor lze vyrobit vlastníma rukama. Tento článek je věnován řešení tohoto problému.
Nejprve se musíte rozhodnout o velikosti transformátoru. Pokud to váš rozpočet dovolí, můžete postavit velké zařízení. Uvědomte si prosím, že toto zařízení generuje otřesy vysokého napětí(vytvořit mikroblesk), který se zahřívá a rozpíná okolní vzduch(vytvořit mikro hrom). Vzniklá elektrická pole mohou poškodit jiná elektrická zařízení. Proto se nevyplatí stavět a provozovat Tesla transformátor doma; Je bezpečnější to udělat na odlehlém místě, jako je garáž nebo kůlna.
Velikost transformátoru bude záviset na vzdálenosti mezi elektrodami (na velikosti výsledné jiskry), která zase bude záviset na spotřebě energie.
Součásti a sestava obvodu Teslova transformátoru
- Budeme potřebovat transformátor nebo generátor s napětím 5-15 kV a proudem 30-100 miliampérů. Pokud tyto parametry nebudou splněny, experiment selže.
- Zdroj proudu musí být připojen ke kondenzátoru. Důležitý je kapacitní parametr kondenzátoru, tzn. schopnost držet elektrický náboj. Jednotkou kapacity je farad - F. Je definována jako 1 ampérsekunda (nebo coulomb) na 1 volt. Kapacita se obvykle měří v malých jednotkách - μF (jedna miliontina farad) nebo pF (jedna biliontina farad). Pro napětí 5 kV by měl mít kondenzátor jmenovitou hodnotu 2200 pF.
- Kondenzátor (kondenzátory) je připojen k zapalovací svíčce - vzduchové mezeře, mezi jejíž kontakty dochází k elektrickému průrazu. Aby kontakty vydržely teplo generované jiskrou při výboji, musí být jejich požadovaný průměr 6 mm. minimální. Pro vybuzení rezonančních kmitů v obvodu je nezbytná zapalovací svíčka.
- Primární cívka. Vyrobeno ze silného měděného drátu nebo trubky o průměru 2,5-6 mm, která je stočena do spirály v jedné rovině v počtu 4-6 závitů
- Primární cívka je připojena k bleskojistce. Kondenzátor a primární cívka musí tvořit primární obvod, který je v rezonanci se sekundární cívkou.
- Primární cívka musí být dobře izolována od sekundární.
- Sekundární cívka. Vyrobeno z tenkého smaltovaného měděného drátu (až 0,6 mm). Drát je navinut na polymerovou trubici s prázdným jádrem. Výška trubky by měla být 5-6násobek jejího průměru. Na trubici je třeba opatrně navinout 1000 závitů. Sekundární cívka může být umístěna uvnitř primární cívky.
- Sekundární cívka na jednom konci musí být uzemněna odděleně od ostatních zařízení. Nejlepší je uzemnit přímo „na zem“. Druhý vodič sekundární cívky je připojen k torusu (zářič blesku).
- Torus může být vyroben z běžného ventilačního zvlnění. Je umístěn nad sekundární cívkou.
- Sekundární cívka a torus tvoří sekundární okruh.
- Zapneme napájecí generátor (transformátor). Tesla transformátor funguje.
Ještě lepší je zapojit několik kondenzátorů do série. V tomto případě si každý kondenzátor ponechá část náboje, celkový zadržený náboj se mnohonásobně zvýší.
Skvělé video vysvětlující, jak funguje Teslov transformátor
Opatření
Buďte opatrní: napětí akumulované v transformátoru Tesla je velmi vysoké a v případě poruchy vede k zaručené smrti. Síla proudu je také velmi vysoká, daleko přesahuje hodnotu bezpečnou pro život.
Praktické využití Teslova transformátoru není. Toto je experimentální nastavení, které potvrzuje naše znalosti fyziky elektřiny.
Z estetického hlediska jsou efekty generované Teslovým transformátorem úžasné a krásné. Do značné míry závisí na tom, jak správně je sestaven, zda je proud dostatečný a zda obvody správně rezonují. Účinky mohou zahrnovat záři nebo výboje vytvořené na druhé cívce, nebo mohou zahrnovat plnohodnotné blesky prorážející vzduch z torusu. Výsledná záře je posunuta do ultrafialové oblasti spektra.
Kolem Teslova transformátoru se vytváří vysokofrekvenční pole. Proto např. při umístění do tohoto pole energeticky úsporné žárovky, začne svítit. Stejné pole vede k formaci velké množství ozón.
Text práce je vyvěšen bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je dostupná v záložce "Soubory práce" ve formátu PDF
Ach, kolik úžasných objevů pro nás duch osvícení připravuje, A zkušenost, syn těžkých omylů, A génius, přítel paradoxů, A náhoda, Bůh vynálezce...
A.S. Puškin
Zavedení
Relevance tématu
Experimentální fyzika má velký význam ve vývoji vědy. Je lepší jednou vidět, než stokrát slyšet. Nikdo nebude tvrdit, že experiment je mocným impulsem k pochopení podstaty jevů v přírodě.
Otázka přenosu energie na dálku, zejména bezdrátového přenosu energie, je v dnešní době naléhavým problémem. Zde si můžeme připomenout myšlenky velkého vědce Nikoly Tesly, který se těmito otázkami zabýval již v roce 1900 a dosáhl působivých úspěchů sestrojením svého slavného rezonančního transformátoru – Teslovy cívky. Rozhodl jsem se tedy tento problém vyřešit sám a pokusit se tyto experimenty zopakovat.
Cíle výzkumné práce
Sestavte provozní Tesla cívky pomocí tranzistorové technologie (Class-E SSTC) a elektronkové technologie (VTTC)
Sledujte vzdělání různé typy výboje a zjistit, jak jsou nebezpečné.
Přenášejte energii bezdrátově pomocí Tesla cívky
Studujte vlastnosti elektro magnetické pole generované Teslovou cívkou
Prozkoumejte praktické aplikace Teslovy cívky
Předmět výzkumu:
Dvě Tesla cívky sestavil různé technologie pole a výboje generované těmito cívkami.
Metody výzkumu:
Empirické: pozorování vysokofrekvenčních elektrických výbojů, výzkum, experiment.
Teoretické: návrh Teslovy cívky, rozbor literatury a příp elektrická schémata sestava cívky.
Fáze výzkumu:
Teoretická část. Studium literatury k výzkumnému problému.
Praktická část. Výroba Teslových transformátorů a provádění experimentů s konstruovaným zařízením.
Teoretická část
Vynálezy Nikoly Tesly
Nikola Tesla je vynálezce v oboru elektrotechniky a radiotechniky, inženýr a fyzik. Narodil se a vyrůstal v Rakousku-Uhersku, v dalších letech působil především ve Francii a USA.
Je znám také jako zastánce existence éteru: jsou známy jeho četné experimenty, jejichž účelem bylo ukázat přítomnost éteru jako speciální formy hmoty využitelné v technice. Jednotka měření hustoty magnetického toku je pojmenována po N. Teslovi. Současní životopisci považovali Teslu za „muže, který vynalezl 20. století“ a za „patrona“ moderní elektřiny. Teslovo rané dílo vydláždilo cestu moderní elektrotechnice, jeho objevům rané období měl inovativní význam.
V únoru 1882 Tesla přišel na to, jak využít jev, který se později stal známým jako rotující magnetické pole v elektromotoru. V volný čas Tesla pracoval na výrobě modelu asynchronního elektromotoru a v roce 1883 předvedl fungování motoru na radnici ve Štrasburku.
V roce 1885 Nikola představil 24 druhů Edisonova stroje, nový komutátor a regulátor, který výrazně zlepšil výkon.
V letech 1888-1895 se Tesla ve své laboratoři zabýval výzkumem magnetických polí a vysokých frekvencí. Tato léta byla nejplodnější, tehdy si nechal patentovat většinu svých vynálezů.
Koncem roku 1896 dosáhl Tesla přenosu rádiového signálu na vzdálenost 48 km.
Tesla zřídil malou laboratoř v Colorado Springs. Pro studium bouřek Tesla zkonstruoval speciální zařízení, kterým byl transformátor, jehož jeden konec primárního vinutí byl uzemněn a druhý byl připojen ke kovové kouli na tyči vyčnívající nahoru. Na sekundární vinutí bylo připojeno citlivé samoladící zařízení připojené k záznamovému zařízení. Toto zařízení umožnilo Nikolovi Teslovi studovat změny potenciálu Země, včetně vlivu stojatých elektromagnetických vln způsobených výboji blesku v zemskou atmosféru. Pozorování vedla vynálezce k zamyšlení nad možností bezdrátového přenosu elektřiny na velké vzdálenosti.
Tesla řídil svůj další experiment, aby prozkoumal možnost sebetvoření stojící elektromagnetická vlna. Závity primárního vinutí byly navinuty na obrovskou základnu transformátoru. Sekundární vinutí bylo napojeno na 60metrový stožár a zakončeno měděnou koulí o průměru metr. Když primární cívkou prošlo střídavé napětí několik tisíc voltů, vznikl v sekundární cívce proud o napětí několika milionů voltů a frekvenci až 150 tisíc hertzů.
Během experimentu byly zaznamenány výboje podobné blesku vycházející z kovové koule. Délka některých výbojů dosahovala téměř 4,5 metru a hromy byly slyšet na vzdálenost až 24 km.
Tesla na základě experimentu usoudil, že mu zařízení umožňuje generovat stojaté vlny, který se kulovitě šířil z vysílače a následně se s rostoucí intenzitou sbíhal v diametrálně opačném bodě zeměkoule, někde poblíž ostrovů Amsterdam a Saint-Paul v Indickém oceánu.
V roce 1917 Tesla navrhl princip fungování zařízení pro rádiovou detekci ponorek.
Jedním z jeho nejznámějších vynálezů je Teslov transformátor (cívka).
Teslův transformátor, známý také jako Teslova cívka, je zařízení, které vynalezl Nikola Tesla a nese jeho jméno. Je to rezonanční transformátor, který produkuje vysoké napětí a vysokou frekvenci. Zařízení bylo patentováno 22. září 1896 jako „Přístroj pro výrobu elektrických proudů o vysoké frekvenci a potenciálu“.
Nejjednodušší Tesla transformátor se skládá ze dvou cívek – primární a sekundární, dále jiskřiště, kondenzátorů, toroidu a terminálu.
Primární cívka obvykle obsahuje několik závitů drátu velký průměr nebo měděná trubka a sekundární je asi 1000 závitů drátu menšího průměru. Primární cívka tvoří spolu s kondenzátorem oscilační obvod, jehož součástí je nelineární prvek - jiskřiště.
Sekundární cívka tvoří rovněž oscilační obvod, kde roli kondenzátoru hraje především kapacita toroidu a vlastní mezizávitová kapacita cívky samotné. Sekundární vinutí je často pokryto vrstvou epoxidová pryskyřice nebo lak, aby se zabránilo elektrickému výpadku.
Tesla transformátor se tedy skládá ze dvou spojených oscilačních obvodů, což určuje jeho pozoruhodné vlastnosti a je jeho hlavní odlišností od konvenčních transformátorů.
Po dosažení průrazného napětí mezi elektrodami svodiče v ní dochází k lavinovitému elektrickému průrazu plynu. Kondenzátor je vybíjen přes jiskřiště na cívku. Proto obvod oscilačního obvodu sestávající z primární cívky a kondenzátoru zůstává přes jiskřiště uzavřen a vznikají v něm vysokofrekvenční oscilace. V sekundárním obvodu dochází k rezonančním oscilacím, což vede ke vzniku vysokého napětí na svorce.
U všech typů Teslových transformátorů zůstává hlavní prvek transformátoru - primární a sekundární okruh - nezměněn. Jedna z jeho částí, generátor vysokofrekvenčních kmitů, však může mít jinou konstrukci.
Praktická část.
Tesla Coil (třída-ESSTC)
Rezonanční transformátor se skládá ze dvou cívek, které nemají společné železné jádro - to je nutné pro vytvoření nízkého vazebního koeficientu. Primární vinutí obsahuje několik závitů tlustého drátu. Na sekundárním vinutí je navinuto 500 až 1500 závitů. Díky této konstrukci má Teslova cívka transformační poměr, který je 10-50krát větší než poměr počtu závitů na sekundárním vinutí k počtu závitů na primárním. V tomto případě musí být splněna podmínka pro vznik rezonance mezi primárním a sekundárním oscilačním obvodem. Napětí na výstupu takového transformátoru může přesáhnout několik milionů voltů. Právě tato okolnost zajišťuje výskyt velkolepých výbojů, jejichž délka může dosáhnout několika metrů najednou. Najdete ho na internetu různé možnosti výroba vysokofrekvenčních a napěťových zdrojů. Vybral jsem si jedno ze schémat.
Instalaci jsem sestavil sám na základě výše uvedeného schématu (obr. 1). Cívka navinutá na rámu z plastové (instalatérské) trubky o průměru 80 mm. Primární vinutí obsahuje pouze 7 závitů, byl použit drát o průměru 1 mm, jednožilový měděný drát MGTF. Sekundární vinutí obsahuje cca 1000 závitů navíjecího drátu o průměru 0,15 mm. Sekundární vinutí je navinuto úhledně, otáčením se otočte. Výsledkem je zařízení, které produkuje vysoké napětí o vysoké frekvenci. (obr.2)
Velká Tesla cívka (VTTC))
Tato cívka je sestavena na bázi pentody generátoru gu-81m pomocí obvodu samooscilátoru, tzn. se samobuzením proudu mřížky lampy.
Jak je patrné ze schématu (obr. 3), lampa je zapojena jako trioda, tzn. všechny sítě jsou propojeny. Kondenzátor C1 a dioda VD1 tvoří půlvlnný zdvojovač. Rezistor R1 a kondenzátor C3 jsou potřebné pro nastavení provozního režimu lampy. Cívka L2 je potřebná k buzení síťového proudu. Primární oscilační obvod je tvořen kondenzátorem C2 a cívkou L1. Sekundární oscilační obvod je tvořen cívkou L3 a vlastní mezizávitovou kapacitou. Primární vinutí na rámu o průměru 16 cm obsahuje 40 závitů s odbočkami 30, 32, 34, 36 a 38 závitů pro úpravu rezonance. Sekundární vinutí obsahuje cca 900 závitů na rámu o průměru 11 cm. Nahoře sekundárního vinutí je toroid - je nezbytný pro akumulaci elektrických nábojů.
Obě tyto instalace (obr. 2 a obr. 3) jsou určeny k demonstraci vysokofrekvenčních vysokonapěťových proudů a způsobu jejich vytváření. Cívky lze použít i pro bezdrátový přenos elektrický proud. Během práce předvedu činnost a možnosti mnou vyrobených Teslových cívek.
Experimentální experimenty využívající Teslovu cívku
S hotovou Tesla cívkou můžete nakreslit sérii zajímavé experimenty je však třeba dodržovat bezpečnostní pravidla . Pro provádění experimentů musí existovat velmi spolehlivá kabeláž, v blízkosti cívky nesmí být žádné předměty a zařízení musí být možné nouzově vypnout.
Teslova cívka během provozu vytváří krásné efekty spojené s tvorbou různých typů výbojů plynu. Lidé obvykle sbírají tyto kotouče, aby se podívali na tyto působivé, krásné jevy.
Tesla cívka může vytvářet několik typů výbojů:
-Sparky- jedná se o jiskrové výboje mezi cívkou a jakýmkoliv předmětem, které vytvářejí charakteristický třesk v důsledku prudkého rozšíření plynového kanálu, jako např. přirozený blesk, ale v menším měřítku.
-Streamery - matně zářící tenké rozvětvené kanály, které obsahují atomy ionizovaného plynu a odštěpují se z nich volné elektrony. Vytéká z koncovky cívky přímo do vzduchu, aniž by se dostal do země. Streamer je viditelná ionizace vzduchu. Tito. záře iontů, které tvoří vysoké napětí transformátoru.
-Koronový výboj- záře vzdušných iontů ve vysokonapěťovém elektrickém poli. Vytváří nádhernou namodralou záři kolem vysokonapěťových částí konstrukce se silným zakřivením povrchu.
-Obloukový výboj- vzniká při dostatečném výkonu transformátoru, pokud se k jeho svorce přiblíží uzemněný předmět. Mezi ním a terminálem se rozsvítí oblouk.
Nějaký chemikálie, aplikované na výbojový terminál, jsou schopny měnit barvu výboje. Sodík například mění namodralou barvu výboje na oranžovou, bor na zelenou, mangan na modrou a lithium na karmínovou.
Pomocí těchto cívek můžete provádět řadu docela zajímavých, krásných a velkolepých experimentů. Takže začneme:
Pokus 1: Demonstrace výbojů plynu. Streamer, jiskra, výboj oblouku
Zařízení: Tesla cívka, silný měděný drát.
Obr.4 a Obr.5
Po zapnutí cívky začne z koncovky vycházet výboj dlouhý 5-7mm
Pokus 2: Demonstrace výboje v zářivka
Zařízení: Tesla cívka, zářivka (zářivka).
Obr.6 Obr.7
Ve vzdálenosti do 1 m od instalace je pozorována záře zářivky.
Pokus 3: Experiment s papírem
Zařízení: Tesla cívka, papír.
Obr.8 Obr.9
Když je papír vybitý, streamer rychle pokryje jeho povrch a po několika sekundách se papír rozsvítí
Pokus 4: „Strom“ vyrobený z plazmy
Zařízení: Tesla cívka, tenký lankový drát.
Odbočíme dráty z drátu, který byl předtím zbaven izolace, a přišroubujeme ho ke svorce, v důsledku toho získáme „strom“ plazmy.
Pokus 5: Ukázka výbojů plynu na velké Teslově cívce. Streamer, jiskra, výboj oblouku
Zařízení
Obr.11 Obr.12 Obr.13
Po zapnutí cívky začne z koncovky vycházet výboj dlouhý 45-50 cm při přivedení předmětu k toroidu se rozsvítí oblouk
Pokus 6: Výboje do paže
Zařízení: velká Tesla cívka, ruč.
Obr.14 Obr.15
Když přiblížíte ruku k streameru, výboje začnou zasahovat vaši ruku, aniž by způsobily bolest
Pokus 7: Ukázka výbojů plynu z předmětu umístěného v poli Teslovy cívky.
Zařízení: velká Tesla cívka, silný měděný drát.
Obr.16 Obr.17
Obr.18 Obr.19
Když je měděný drát zaveden do pole Teslovy cívky (s odstraněnou koncovkou), objeví se výboj z drátu směrem k toroidu.
Pokus 8: Ukázka výboje v kouli naplněné zředěným plynem v poli Teslovy cívky
Zařízení: velká Teslova cívka, koule naplněná zředěným plynem.
Obr.20 Obr.21
Obr.22 Obr.23
Když je koule přivedena do pole Teslovy cívky, rozsvítí se výboj uvnitř koule.
Pokus 9: Ukázka výboje v neonových a zářivkách.
Zařízení: velká Tesla cívka, neonové a zářivky.
Obr.24 Obr.25
Při zavedení lampy do pole Teslovy cívky se na vzdálenost až 1,5 m rozsvítí výboj uvnitř neonové a zářivky.
Zkušenost 10: Výboje z ruky
Zařízení: velká Tesla cívka, ruka s fóliovými konečky prstů.
Obr.26 Obr.27 Obr.28
Když vložíte ruku do pole Teslovy cívky (s odstraněným terminálem), objeví se výboj od konečků prstů směrem k toroidu.
Závěr
Všechny stanovené cíle byly splněny. Postavil jsem 2 cívky a použil je k prokázání následujících hypotéz:
Tesla cívka může generovat skutečné elektrické výboje různých typů.
Výboje vytvářené teslovou cívkou jsou pro člověka bezpečné a nemohou mu způsobit poškození nárazem úraz elektrickým proudem. Můžete se dokonce dotknout vysokonapěťové výstupní cívky kusem kovu nebo rukou. Proč se člověku nic nestane, když se dotkne zdroje vysokofrekvenčního napětí 1 000 000 V? Protože při protékání vysokofrekvenčního proudu je pozorován tzv. skin efekt, tzn. náboje proudí pouze podél okrajů vodiče, aniž by se dotýkaly jádra.
Proud protéká kůží a nedotýká se vnitřních orgánů. To je důvod, proč je bezpečné se těchto blesků dotknout.
Teslova cívka může přenášet energii bezdrátově vytvořením elektromagnetického pole.
Energie tohoto pole může být přenesena na jakékoli předměty v tomto poli, od zředěných plynů až po člověka.
Moderní aplikace myšlenek Nikoly Tesly:
Střídavý proud je hlavní způsob přenosu elektřiny na velké vzdálenosti.
Elektrické generátory jsou hlavními prvky při výrobě elektřiny v elektrárnách turbínového typu (vodní elektrárny, jaderné elektrárny, tepelné elektrárny).
Střídavé elektromotory, které poprvé vytvořil Nikola Tesla, se používají ve všech moderních obráběcích strojích, elektrických vlacích, elektrických autech, tramvajích a trolejbusech.
Rádiem řízená robotika přijata rozšířený nejen v dětských hračkách a bezdrátových televizních a počítačových zařízeních (ovládacích panelech), ale také v vojenská sféra, v civilní sféře, ve věcech vojenské, civilní a vnitřní, ale i vnější bezpečnosti zemí atp.
K nabíjení mobilních telefonů se již používají bezdrátové nabíječky.
Střídavý proud, propagovaný společností Tesla, je primárním způsobem přenosu elektřiny na velké vzdálenosti.
Použití pro zábavní účely a představení.
Ve filmech jsou epizody založeny na ukázkách Teslova transformátoru, v počítačových hrách.
Na počátku 20. století našel Teslov transformátor také oblíbené využití v lékařství. Pacienti byli léčeni slabými vysokofrekvenčními proudy, které protékající tenkou vrstvou povrchu kůže nezpůsobovaly újmu. vnitřní orgány a zároveň poskytuje „tonizující“ a „zdraví zlepšující“ účinek.
Používá se k zapalování plynových výbojek a k detekci netěsností ve vakuových systémech.
Je mylným názorem, že Teslovy cívky nemají široký rozsah praktická aplikace. Jejich hlavní využití je v zábavní a mediální sféře zábavy a show. Přitom samotné cívky nebo zařízení využívající principů fungování cívek jsou v našem životě zcela běžné, jak dokládají výše uvedené příklady.
Literatura
Pishtalo V. Nikola Tesla. Portrét mezi maskami. - M: ABC-classics, 2010
Rzhonsnitsky B. N. Nikola Tesla. Život úžasní lidé. Série biografií. Číslo 12. - M: Mladá garda, 1959.
Feigin O. Nikola Tesla: Odkaz velkého vynálezce. - M.: Alpina literatura faktu, 2012.
Tesla a jeho vynálezy. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20
Tsverava G. K. Nikola Tesla, 1856-1943. - Leningrad. Věda. 1974.
Wikipedie 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: biografie http://www.people.su/107683