Wolna encyklopedia

 Ten artykuł wymaga dopracowania zgodnie z zaleceniami edycyjnymi.
Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się na stronie dyskusji tego artykułu w sekcji Dopracować
Po wyeliminowaniu wskazanych powyżej niedoskonałości prosimy usunąć szablon {{Dopracować}} z kodu tego artykułu.
Wyładowania elektryczne z transformatora Tesli
Transformator Tesli w Australijskim Muzeum Narodowym w Canberrze
Transformator Tesli

Transformator Tesli (cewka Tesli, transformator rezonansowy, generator Tesli) - transformator powietrzny wytwarzający wysokie napięcie rzędu milionów woltów. Twórcą cewki wysokonapięciowej jest Nikola Tesla.

Spis treści

Budowa

Transformator można podzielić na 2 zasadnicze części (obwody rezonansowe):

Obwód pierwotny składa się z transformatora zasilającego Tr1, dławików Lb1, Lb2 (chroniących Tr1 i sieć zasilającą), kondensatora C1, iskrownika (Iskr), oraz cewki pierwotnej L1 w postaci kilku zwojów rurki lub grubego drutu. Częstość drgań obwodu pierwotnego zależy od pojemności kondensatora, indukcyjności cewki pierwotnej oraz w pewnym stopniu od przerwy iskrownika.

Obwód wtórny to kondensator C2, którego pojemność jest równa pojemności pomiędzy górną elektrodą (najczęściej wykonaną w formie torusa) a Ziemią, oraz cewka wtórna L2 składająca się zazwyczaj z kilku-kilkunastu tysięcy zwojów cienkiego drutu. Częstość rezonansowa obwodu wtórnego wyraża się wzorem: f=\frac{1}{2 \pi \sqrt{L_{2}C_{2}}}

Indukcyjność wzajemna uzwojeń pierwotnego i wtórnego sprzęga oba obwody rezonansowe, zaś różnica pojemności obwodu pierwotnego i wtórnego daje ogromny wzrost napięcia, zgodnie ze wzorem: U_{wt}=U_{pierw}*\sqrt{\frac{C_{1}}{C_{2}}}, gdzie U jest napięciem, a C pojemnością kondensatorów. Wzrost napięcia jest skutkiem prawa zachowania energii dla kondensatorów, według którego jeśli w kondensatorze o mniejszej pojemności ma się znajdować taka sama energia jak w kondensatorze o większej pojemności, to napięcie na tym pierwszym będzie wyższe.

Zasada działania

Aby transformator Tesli działał, częstotliwość rezonansowa obwodu wtórnego musi być taka sama jak obwodu pierwotnego. Uzyskuje się to poprzez wstępne obliczenie parametrów transformatora a następnie regulację już zbudowanego urządzenia - polega ona na zmianie długości cewki pierwotnej (przez przesuwanie odczepu) oraz regulację przerwy iskrownika.

Transformator zasilający ładuje kondensator pierwotny C1. Gdy napięcie na kondensatorze dostatecznie wzrośnie, powoduje przeskok iskry i rozpoczęcie drgań rezonansowych: Kondensator rozładowuje się przez cewkę L1, wytwarzając w niej pole magnetyczne. Pole to indukuje wysokie napięcie w obwodzie wtórnym L2/C2. Prąd obwodu wtórnego poprzez cewkę pierwotną ładuje kondensator pierwotny przeciwnym napięciem.

Można obrazowo powiedzieć, że energia z kondensatora jest "przesyłana" do obwodu wtórnego a następnie "zwracana" do pierwotnego. Cały cykl powtarza się z częstotliwością rezonansową.

Indukcyjność podtrzymuje iskrę tak długo, aż straty mocy w obwodzie nie spowodują rozładowania kondensatora i zmniejszenia amplitudy. Następuje przerwa podczas której kondensator jest ładowany, zapala się kolejna iskra i cykl się powtarza.

Jak widać, w pracy całego układu występują dwie nałożone na siebie częstotliwości: Częstotliwość rezonansowa (rzędu kHz do MHz) oraz częstotliwość działania iskrownika (na ogół zgodna z częstotliwością sieci 50Hz)

Efekty, projektowanie, budowa

VN 25kV.

Niezwykłość cewki Tesli polega nie na jej zasadzie działania - prostym następstwie praw Maxwella - ale na spektakularnych efektach optycznych. Rezonans z Ziemią powoduje, że z torusa wydobywają się różnej długości błyskawice.

Przy projektowaniu należy pamiętać, że transformator zasilający oprócz odpowiedniego napięcia nominalnego, musi posiadać również dostateczną moc. Z oczywistych względów nie należy oczekiwać, że napięcie w obwodzie pierwotnym będzie równe napięciu transformatora na biegu jałowym. Przy zbyt małej mocy napięcie może spaść tak dalece, że nie będzie w stanie nawet przebić iskrownika.

Na schemacie celowo pozostawiono wolny zacisk uziemiający wtyczki sieciowej, by nie sugerować jego połączenia z obwodem wtórnym - nie wolno łączyć "masy" obwodu wtórnego (oznaczonej na schemacie) z masą sieci zasilającej.

Ciekawa jest "technologia" własnoręcznego wykonania kondensatora do cewki Tesli. Na ogół składa się go w formie "kanapki" z kilkudziesięciu warstw folii aluminiowej przekładanej folią ogrodniczą. Innym rozwiązaniem jest zwinięcie długiego "chodnika" z folii w ciasny rulon na rurze PCV.

Inne konstrukcje

Ciekawym rozwiązaniem technicznym są cewki bliźniacze (Twin Coil), jak również dipol półfalowy (Bipolar Coils):

Twin Coil

Urządzenie to składa się z dwóch identycznych uzwojeń wtórnych zakończonych toroidami, przy czym uzwojenia wtórne nawinięte są w przeciwnych kierunkach. Uzwojenia pierwotne również są identyczne i pracują jako jeden obwód pierwotny, ale kierunek nawijania zwojów jest różny dla każdej z cewek. Za pomocą Twin Coil można uzyskać długie wyładowania pomiędzy toroidami.

Bipolar Coils

Cewki zwane Bipolarami wykorzystują zasadę 1/2 długości fali. W tym typie cewek uzwojenie wtórne montowane jest poziomo, a uzwojenie pierwotne znajduje się dokładnie w środku uzwojenia wtórnego. Maksymalne napięcie uzyskiwane jest na wolnych końcach uzwojenia wtórnego, zaś w jego centralnej części wynosi zero.

Zagrożenia

W obwodzie pierwotnym cewki Tesli panuje napięcie kilku tysięcy woltów, zaś we wtórnym - kilka milionów. Porażenie prądem z takimi napięciami grozi natychmiastową śmiercią.

Inne generatory wysokiego napięcia

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Źródło: „haslo,Transformator_Tesli”