Эксперименты с катушкой тесла для детей. Что такое мини катушка тесла

1

Кочнева Л.С. (г. Пермь, МБОУ «Гимназия № 17»)

1. Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. – М: Азбука-классика, 2010.

2. Ржонсницкий Б.Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. – М: Молодая гвардия, 1959.

3. Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. – М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

4. Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20.

5. Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. – Ленинград. Наука. 1974.

6. Википедия 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. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683.

О сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель...

А.С. Пушкин

Актуальность темы

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент - это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе.

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор - катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла - изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888-1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла - устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек - первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент - разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора - первичный и вторичный контуры - остается неизменным. Однако одна из его частей - генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть

Катушка Тесла (Class-E SSTC)

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, - это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис. 1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте (рис. 2).

Большая катушка Тесла (VTTC)

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (рис. 3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11 см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, - он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис. 2 и Рис. 3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

Спарки - это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

Дуговой разряд - образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор - на зелёный, марганец - на синий, а литий - на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование: катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис. 4 Рис. 5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7 мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование: катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование: катушка Тесла, бумага.

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование: катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду - загорается дуга.

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование: большая катушка Тесла, рука.

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование: большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование: большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование: большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м.

Опыт 10: Разряды из руки.

Оборудование: большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т.п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Библиографическая ссылка

Кошкин А.А. КАТУШКА ТЕСЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ // Международный школьный научный вестник. – 2018. – № 1. – С. 125-133;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=530 (дата обращения: 21.03.2019).

Тесла – это единица измерения электромагнитной индукции, названная так по фамилии известного физика-практика Никола Тесла. Этот учёный прославился своим участием в «войне тока», исследованиями в сфере электричества и электромагнитной индукции. Именно благодаря ему сейчас в бытовых целях используется именно переменный ток от крупных производящих предприятий.

Кроме того Никола Тесла известен созданием трансформатора своего имени, знаменитого тем, что обладает довольно интересными визуальными и физическими характеристиками.

Тайна Николя Тесла

Ранние годы Никола Теслы не предвещали ничего странного: учился, получил аттестат зрелости, после чего закончил Грацкий технический университет. Все изменилось в 1880 году. После смерти отца Никола пришлось переехать в Прагу, где он устроился работать инженером в одну из государственных компаний, занимающихся телефонным сообщением. В 1882 году у молодого Никола появляется теория о вращающемся магнитном поле.

Что достаточно интересно, одновременно законы электромагнитной индукции и вращающего поля заинтересовали и другого физика – итальянца Г. Феррариса. Они практически одновременно приступают к работе над электродвигателем, использующим энергию этого поля. В 1882 году Тесла увольняется из телефонной компании и переходит работать в компанию Эдисона, и с 1883 года Никола работает в Страсбурге, занимаясь асинхронным двигателем в свободное от основных задач время. В 1883 году двигатель был окончен, а его работа была продемонстрирована учёному совету.

По окончанию работ над вокзалом в Страсбурге Тесла возвращается в Париж, но так как руководство компании не выплатило ему причитающейся премии за проведённые работы, он увольняется и перебирается на постоянное место жительства в США. Существует ряд версий, что молодому учёному было предложено перебираться в Российскую империю, что, однако, представляется довольно спорным вопросом истории. В Российской Империи на тот момент не было достаточно развитых производств, где бы пригодился опыт молодого инженера-электрика.

Летом 1884 года по прибытию в Нью-Йорк Тесла вновь устраивается на работу в компании, принадлежащей Томасу Эдисону. Но уже в 1885 году между Эдисоном и молодым инженером Теслой возникает конфликт на почве спора, в результате которого Никола увольняется из компании. Нужно отметить, что в очередной раз причиной ссоры послужили финансовые средства, которые были обещаны Эдисоном за работу по усовершенствованию двигателей постоянного тока, но эти деньги так и не были выплачены. Речь шла о довольно значительной сумме в 50 тыс. долларов США.

После увольнения Тесла открыл свою компанию, в ходе развития которой он снова перешёл дорогу Томасу Эдисону, который был сторонником развития электросетей постоянного тока, в то время как Тесла предугадал выгоды переменного. В ходе конкурентной борьбы между этими направлениями началась так называемая «война токов», закончившаяся только в 2007 году.

Тем не менее, компания Тесла динамично развивалась, а сам учёный выдвигал все новые теории и предъявлял на суд учёного сообщества новые устройства и изобретения. Так, в 1917 году Теслой было предложено первое в мире устройство радиолокации для обнаружения подводных лодок. Но основной темой исследования Никола по-прежнему был закон электромагнитной индукции.

8 января 1943 года Никола Тесла умер в гостинице «Нью-Йоркер». С этим закончилась и эпоха его изобретений. В 20-ом веке вряд ли найдётся равный ему по живости ума и видению мира физик. Именем Теслы не названы законы физики, так как исследуемая им теория электромагнитного резонанса была открыта ещё до него. Тесла больше известен как физик-практик, созидатель, изобретавший новые устройства и пробивавший их использование.

Деятельность Н. Теслы до сих пор окружена загадками и тайнами, среди всего прочего ему приписывают взрыв на реке Тунгуска, известный как Тунгусский метеорит, не оставивший после себя никаких следов. Тайна Николы Теслы – это и землетрясение в Нью-Йорке, и мифические «Лучи смерти», и, конечно, Филадельфийский эксперимент и исчезновение эсминца «Элдридж».

Легенды о тайне Теслы будоражат воображения, хотя зачастую от них остались только слухи и байки очевидцев.

Трансформатор Теслы

Никола Тесла известен своими исследованиями в сфере высокочастотных резонансных трансформаторов, классическим образцом которых является трансформатор Теслы.

Патент на него был получен Никола в 1896 году, в нем трансформатор описывался как устройство для производства высокочастотных и высокопотенциальных токов. В этом аппарате использовались резонансные стоячие электромагнитные волны в двух катушках.

Первичная – включает в себя небольшое количество витков и служит рабочим элементом искрового контура, в котором также находится конденсатор. Вторичной обмоткой является прямая катушка, состоящая из большого количества витков обмотки. Если частота колебаний обоих контуров совпадает, то между концами катушки образуется высокое переменное напряжение. Этот эффект до настоящего времени используется в антеннах и усилителях.

При работе катушки возникают достаточно интересные вторичные эффекты, в том числе визуально различимые разряды четырёх типов:

1. Стримеры, похожие на молнии, – разряды, состоящие из ионизированных частиц газа, стекающих на землю, но не уходящих в неё;
2. Спарки – искровые разряды в виде молний, уходящих в землю, пучки ярких быстро меняющих цвет и направление искровых каналов;
3. Дуговые разряды – возникает при высокой мощности трансформатора между ним и заземлённым предметом, который находится в непосредственной близости от устройства;
4. Коронные – разряды в виде свечения ионизированного воздуха вокруг работающего трансформатора.

Нужно отметить, что большая часть световых эффектов возникает только при большой мощности работающего устройства. Обычным спутником высокочастотного трансформатора Теслы служат стримеры.

Мини-катушка Теслы своими руками

Энтузиасты собирают такие катушки из-за интересных оптических и физических характеристик этого устройства. Так, при работе трансформатора возникает свечение стримеров, кроме того ощутимое магнитное поле вокруг устройства.

Для того чтобы собрать трансформатор малой мощности самостоятельно, понадобятся навыки работы с паяльником, инструментом и некоторые материалы:

• резистор, 22 кОм;
• транзистор типа 2N2222A или его аналог;
• батарея типа «Крона»;
• медный эмаль-провод сечением 0,5м², около 200 см;
• медный эмаль-провод сечением 0,5 мм, длиной около 15 см;
• ПВХ или другая трубка из непроводящего материала для намотки.

На трубку ПВХ нужно ровно, без перехлестов, намотать 800-1000 витков проволоки, это будет вторичный контур трансформатора. Для удобства намотки конец провода лучше зафиксировать липкой лентой. Сама катушка в вертикальном положении фиксируется на основании из текстолита или ламината.

На это же основание устанавливается коннектор от батареи типа «Крона» и выключатель. К среднему контакту транзистора, также зафиксированному на основании, припаивается нижний провод от вторичной обмотки катушки, туда же припаивается резистор. Первичная катушка наматывается из десятка витков второго провода, поверх вторичной.

Верхний провод первичной обмотки припаивается к свободному контакту резистора, нижний конец провода ² к правому контакту транзистора. После чего концы проводов соединяются с выключателем и элементом питания.

Эта мини-катушка Тесла крайне маломощна – её поля хватит только на то, чтобы зажечь близко поднесённую лампу. Но в тоже время нужно отметить, что высокочастотные резонансные трансформаторы, особенно высокой мощности, являются достаточно опасными устройствами. Их работа может влиять как на незащищённые электроприборы, так и на состояние человека.

Законы электромагнитной индукции, исследованные Фарадеем и развитые Никола Теслой, по-прежнему нерушимы. Несмотря на флёр таинственности и загадочности, окружавший всю сознательную жизнь этого учёного, его опыты в большей степени привели к развитию физики и эволюции электросистем переменного тока.

Нужно отметить, что не будь Тесла столь настойчивым или уступи он Эдисону, сейчас на просторах мира работали бы не АЭС и ГЭС, а мини-электростанции, питавшие небольшие районы. Не нужно думаю напоминать, что дальняя передача постоянного тока крайне затруднена и требует большого сечения проводов.

Известен Тесла и участием в полумифическом Филадельфийском эксперименте, именно с его именем и исследованиями связывают исчезновение эсминца «Элдридж».

«Война токов», начатая в начале XX века между Эдисоном и Теслой, шла и после их смерти. Так, в некоторых европейских странах до 60-х годов использовался постоянный ток во внутренних сетях. Последний пользователь постоянного тока в США был отключён только в 2007 году. Нужно отметить, что именно благодаря этой борьбе появились поезда Вестингауза и казнь на электрическом стуле. Её пролоббировал Эдисон, чтобы показать опасность переменного электрического тока. Но, несмотря на опасность для человека, законы физики не обмануть, именно переменный ток обладает рядом преимуществ при передаче его на большие расстояния.

Что такое тесла? Это единица измерения электромагнитной индукции, получившее своё название в честь величайшего учёного-физика ХХ-века, посвятившего свою жизнь изучению явлений магнетизма.

Видео

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

О сколько нам открытий чудныхГотовят просвещенья духИ опыт, сын ошибок трудных,И гений, парадоксов друг,И случай, бог изобретатель...

А.С. Пушкин

Введение

Актуальность темы

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент - это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе.

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор - катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования:

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования:

Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть.

Катушка Тесла (Class-ESSTC )

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, - это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис.1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте. (Рис.2)

Большая катушка Тесла (VTTC )

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Как видно по схеме (Рис.3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, - он необходим для накопления электрических зарядов.

Обе этих установки (Рис.2 и Рис.3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

-Спарки - это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

-Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

-Коронный разряд - свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

-Дуговой разряд - образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор — на зелёный, марганец - на синий, а литий - на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование : катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.4 и Рис.5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование : катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Рис.6 Рис.7

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование : катушка Тесла, бумага.

Рис.8 Рис.9

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование : катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование

Рис.11 Рис.12 Рис.13

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду - загорается дуга

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование : большая катушка Тесла, рука.

Рис.14 Рис.15

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование : большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.16 Рис.17

Рис.18 Рис.19

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование : большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

Рис.20 Рис.21

Рис.22 Рис.23

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование : большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

Рис.24 Рис.25

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м..

Опыт 10: Разряды из руки

Оборудование : большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

Рис.26 Рис.27 Рис.28

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла:

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п.

Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Литература

Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. - М: Азбука-классика, 2010

Ржонсницкий Б. Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. - М: Молодая гвардия, 1959.

Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. - М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. - Ленинград. Наука. 1974.

Википедия 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. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683

Фролов Андрей Юрьевич

Цель исследования:

Задачи исследования:

Скачать:

Предварительный просмотр:

XXVII Ставропольская краевая открытая научная конференция школьников

Секция: физика

Название работы: «Исследование электромагнитного поля на примере катушки Тесла (качер Бровина)»

Место выполнения работы: ст.Григорополисская

МОУ СОШ №2, 11 класс.

Научный руководитель: Анохина Галина Владимировна, учитель физики МОУ СОШ № 2

Ставрополь, 2016

1. Введение.

1. Актуальность исследования проблемы.
2. Цели и Задачи.

1. Основная часть часть.

1. Биография Николы Тесла и Владимира Бровина.
2. Выдающиеся изобретения
3. Экспериментальная часть.

1. Заключение.

1. Выводы.
2. Современное применение идеи Тесла
3. Библиографический список
4. Приложение

1. Ведение.

1. Актуальность темы:

Физика – это удивительная наука! Это наука из наук! Еще из незапамятных времен она держалась и всегда будет держаться на трех китах: гипотеза, закон, эксперимент. Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Эксперименты с электричеством… кажется, что тут еще можно открывать и экспериментировать, ведь сейчас мы воспринимаем электричество как самое обыденное явление: холодильник, телевизор, компьютер, микроволновка. Однако, сам ток доходит к нам, увы, лишь по проводам. А как воспользоваться током на расстояние, без проводов? Это всё очень далеко от того, что Никола Тесла мог делать более 100 лет назад, и чего современная физика не может объяснить до сих пор. Ещё в 1900–х годах Тесла мог передавать на огромные расстояния ток без проводов, получить ток 100 млн. ампер и напряжение 10 тыс. вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время. Современная физика достичь таких показателей просто не в состоянии. Современные учёные достигли лишь планки в 30 миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции - да и то, на доли секунды. Однако, в наше время, энтузиасты и учёные мира пытаются повторить опыты гениального учёного и найти им применение. В современном мире, стоит задача передачи электроэнергии беспроводной связи. Собираю катушку Тесла, я получил сильное электромагнитное поле, которое исследовал. Поэтому я думаю, что в будущем я добьюсь широкого использования этого явления. Я считаю, что моя работа имеет просветительный характер, вызывает появление интереса к более углубленному изучению школьных предметов как физика, побудит к исследовательской и экспериментальной деятельности, а возможно приведет к увлечению на всю жизнь.

Цель исследования:

Исследовать высокочастотный трансформатор Тесла, на основе собранного мной действующей установки. Демонстрация свойств электромагнитного поля катушки Тесла и опытов по применению катушки.

Задачи исследования:

Познакомиться с биографией Никола Тесла и историей изобретения трансформатора Тесла, Владимира Бровина

• Сконструировать катушку Тесла
• Провести опыты, с собранной мною катушкой демонстрирующих действие электромагнитного поля
• Исследовать электромагнитное поле, созданное качером Бровина

Методы и приемы исследования:

• Поиск информации в различных источниках
• Эксперимент

Гипотеза исследования: Вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности электромагнитное поле катушки Тесла способно передавать электрический ток без проводного способа.

1. Основная часть

1. Биография Никола Тесла и Владимира Бровина.

Ни́кола Те́сла (10 июля 1856 г (Хорватия) – 7 января 1943 г (Нью-Йорк, США) - физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники. Широко известен благодаря своему научно-революционному вкладу в изучение свойств электричества и магнетизма, теоретические работы Теслы дали основу для изобретения и развития многих современных устройств, работающих на переменном токе. Именем Н. Теслы названа единица измерения магнитной индукции. Среди многих наград учёного - медали Э. Крессона, Дж. Скотта, Т. Эдисона. Современники-биографы считали Теслу «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества, который получил повсеместное признание как выдающийся инженер-электротехник и изобретатель. Его считают одним из гениев 20 века. Многие изобретения Теслы до сих пор хранятся правительством США под грифом "Совершенно секретно". Он настолько обогнал науку, что многие из его опытов учёные не могут повторить даже сейчас. Он открыл переменный ток, беспроводную передачу энергии, построил первые электрические часы, турбину, двигатель на солнечной энергии. Он включал и выключал электродвигатель дистанционно, в его руках сами собой загорались электрические лампочки. По идее, от экспериментатора не должно было бы остаться и уголька. А Тесла улыбался как ни в чём не бывало. Убивает не напряжение, а сила тока и ток высокой частоты проходит только по поверхностным покровам. Но это мы знаем сейчас. А Тесла знал это более 100 лет назад.
Теоретики современной физики так и не смогли дать толкование взглядам Теслы на физическую реальность. Почему он сам не сформулировал своей теории? Ответа на этот вопрос мы уже не узнаем.

Владимир Ильич Бровин

Гражданин России Бровин В.И.образование высшее - окончил Московский институт электронной техники в 1972 году. В 1987 г. обнаружил несоответствия общепринятым знаниям в работе электронной схемы созданного им компаса и стал их изучать. Это он делал на дому на собственных приборах. Через три года у него сформировалось убеждение, что это новое неизвестное физическое явление. Бровин написал об этом в Комитет по изобретениям и открытиям, но ему ответили, что он составил описание не в соответствии с инструкцией. Он не стал с ними спорить и решил изучать это явление сам. За 10 лет экспериментов и исследований в 1998 г. Бровину удалось объяснить физику странностей в работе схем.

Цитата Бровина:

"Я пытаюсь показать Вам, что есть электростатическая составляющая, ёмкостная составляющая и открытое Н. Тесла "радианное электричество" и естественно электромагнитное излучение по Максвеллу. Эти проявления электричества и формируют "странную работу" Качера.”

1. Выдающиеся изобретения.

Одним из его самых знаменитых изобретений является Трансформатор Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла - устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек - первичной и вторичной, а также разрядника конденсатора тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент - разрядник. Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.
С помощью катyшки pазмеpом в 61 метр, полюс котоpой возглавляла большая медная сфеpа, возвышающейся над его лабоpатоpией, Тесла генеpиpовал потенциалы, котоpые pазpяжались стpелами молний длиной до 40 метров. Гpом от высвобождаемой энеpгии мог быть yслyшан за 24 километра. Вокpyг экспеpиментальной башни пылал шаp света диаметpом в 30 метров.

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способствует созданию внушительных электрических разрядов в воздухе. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (телеуправление).

Вы не найдете трансформатор Теслы в кабинете физики в школе. Ими перестали комплектовать кабинеты, поэтому я решил сделать такой трансформатор для школы.

1. Экспериментальная часть.

В катушке Тесла используется разрядник и переменный ток. Бровин же заменил в схеме Тесла разрядник транзистором, подключил транзистор к источнику постоянного тока, который на выходе выдает переменный ток.

Я хочу продемонстрировать вам работу одной из таких катушек Тесла и результаты исследования, которые я проводил. Установку я собирал сам на основе схемы «Качера Бровина». Это устройство производит высокое напряжение при высокой частоте.

Моя установка состоит:

Проволока медная –диаметром сечения 0,2мм. (0,64м.)

Проволока медная – диаметром 2мм (200 м.)

Пластиковая трубка- длина 42см.

Транзистор – КТ 805 БМ и др.

Резисторы: 12КОм и 47КОм

Конденсатор- 0,5 мкФ от 160В.

Источник питания- трансформатор 24 В.

Сглаживающий электролитический конденсатор 2000 мФ на 50 В.

Диодный мостик.

В качере(как в общем-то и в блокинг-генераторе) теоретически, можно использовать любые транзисторы и радиолампы. Я проделал опыты с различными видами (N-P-N) транзисторами (см. таблица в приложения). Однако, практически очень неплохо себя зарекомендовали именно транзисторы КТ805, в частности - КТ805БМ, т.к. имел наибольшую длительность работы при постоянной нагрузке, а также я убедился, что работа катушки должна проводиться с временными интервалами в 15-20 минут, для охлаждения установки. Для охлаждения я использовал радиатор (5см.x8см.) схема №1 (см.приложение)

В самостоятельной сборке качера самый серьезный момент - намотка вторичной обмотки(L2). Как правило, она содержит в себе от 800 до 1800 витков. Намотка производится виток, к витку проводом диаметром 0,1 - 0,25 мм на диэлектрическое основание, например - пластиковую трубку. Соответственно, габариты полученного трансформатора (длина) напрямую зависят от толщины используемого провода. Диаметр каркаса при этом не важен - может быть от 15мм до 40мм,но при его увеличении эффективность качера должна возрастать (как и ток потребления).

К неподключенному концу катушки можно подсоединить иглу - это даст возможность наблюдать "стример" - коронообразное свечение, которое возникнет на ее кончике, во время работы устройства. Можно обойтись и без иглы - стример точно так же будет появляться на конце намоточного провода, без затей отогнутого к верху.

Вторичная обмотка представляет из себя бескаркасный четырехвитковой соленоид намотаный проводом диаметром (не сечением!) от 1,5 до 3 мм. Длина этой катушки может составлять от 7-8 до 25-50 см, а диаметр зависит от расстояния между ее витками и поверхностью катушки L2. Оно должно составлять 1 - 2 см. Направление витков обеих катушек должно совпадать обязательно.

Резисторы R1 и R2 можно взять любого типа с мощностью рассеивания не менее 0,5 Вт. Конденсатор C1 так же любого типа от 0,1 до 0,5 мФ на напряжение от 160 в. При работе от нестабилизированного источника питания необходимо подсоединить параллельно C1 еще один, сглаживающий конденсатор 1000 - 2000 мФ на 50 в.
Транзистор обязательно устанавливается на радиатор - чем больше, тем лучше.

Источник питания для качера должен быть рассчитан на работу при токе до 3 А (с запасом), с напряжением от 12 вольт, а желательно – выше. Будет гораздо удобнее, если он будет регулируемым по напряжению.
В собранном мной образце качера, я использовал источник питания трансформатор на 24 В. Диаметре вторичной катушки 5 см (длина - 42см) и площадь поперечного сечения провода 0.2мм2, а первичной - 8см (длина – 0,64 м), при площади поперечного проводника сечения 1.18мм2, стример возникал сразу. Причем, обычные эффекты, вроде зажигания светодиодных и газоразрядных ламп на расстоянии, возникали, так же сразу, как я их подносил.

В качестве источника питания был использован трансформатор, который подключен к осветительной сети 220В., последовательно подключил диодный мост, а также сглаживающий электролитический конденсатор 2000 мФ на 50 В.

При попытке заменить (из чистого интереса) КТ805 на более мощные КТ8102, КТ819, КТ918А, обнаружилось что режимы работы устройства значительно поменялись. На многих, заметно упал рабочий ток. Он составил всего - от 100 до 250 мА.

При увеличении напряжения до 42 В., то транзистор быстро перегревался и сгорал, на моем опыте так, сгорело 8-10 шт., поэтому пытался подобрать другие транзисторы КТ 805-819, но сильных изменений не произошло. Я брал для работы разные виды транзисторов и исследовал длительность работы при постоянной нагрузке, что отраженно в таблице №1 (см. приложение). Лидером среди этого списка, оказался транзистор КТ805БМ.

Следующий эксперимент, который я провел, был таков: на вверх катушки, к стримеру, прикрепил тор (который служил для увеличения радиуса действия электромагнитного поля.Как бы проще говоря, он является своеобразным конденсатором, с помощью которого, стример, увеличился и расстояние, работы лампочек увеличилось. Так же заметил, что, используя любой кусочек проволоки, стример, исходил из проволоки. Мне, показалось это очень странным, причины этому, считаю, что тор стал передавать, всю энергию на проволоку, и как бы, добился взаимодействия.

А так же, хочу предложить способ создания тора: Соединить концы трубы вместе можно алюминиевым скотчем. Так же, существует «бюджетный» вариант, например, взять шарик для пинг-понга и обмотать его фольгой, или просто, скомкать в шар фольгу, определенного диаметра. Все, тероид готов.

Кстати, функции тора таковы:

Снижение рабочей частоты за счёт изменения ёмкости во вторичном LC-контуре;

Значительное увеличение выходного напряжения за счёт гладкости (большого радиуса кривизны) поверхности;

Экранирование вторичной обмотки дополнительным электростатическим полем;

Формирование направления истечения разряда при помощи терминала;

Придание общему виду катушки классических форм и пропорций; и многие другие.

1. Заключение

Одной из самых ярких, интересных и неоднозначных личностей среди ученых-физиков является Никола Тесла.

Тесле удалось соединить в одном приборе свойства трансформатора и явление резонанса. Так был создан знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием " трансформатора Теслы".

Его инженерные разработки нашли применение в области электроэнергетики, электротехники, кибернетики, биофизике, медицине. Вопросы, которыми занимался Николай Тесла, остаются актуальными и сегодня. Их рассмотрение позволяет творческим инженерам и студентам физических специальностей шире смотреть на проблемы современной науки, отказаться от шаблонов, научиться отличать правду от вымысла, обобщать и структурировать материал. Поэтому взгляды Н. Тесла можно считать актуальными ныне не только для исследований в области истории науки и техники, но как достаточно действенной средство поисковых работ, изобретение новых технологических процессов и использования новейших технологий .

В результате проведённых в данной работе исследований, был сделан вывод: что трансформатор Тесла, является простым в изготовлении и настройке прибором, предложенная мною конструкция, является недорогой. Проверка вредного воздействия трансформатора на организм человека показала, что устройство является безопасным для использования в учебных целях при соблюдении правил техники безопасности работы с трансформатором.

С помощью трансформатора Тесла можно продемонстрировать множество красивых и эффектных экспериментов. Во время работы катушки мы можем наблюдать 4 типа разрядов.

1. Выводы

В результате моих экспериментов, я убедился, что вокруг катушки Тесла, возникает электромагнитное поле высокой напряженности и высокой частоты, которое оказывает действие на светодиодные лампы, лампы заполненными инертными газами и они дают яркий свет. А в лампах накаливания возникает стример. лампочки загорались сами по себе у меня в руках на определенном расстоянии, значит, электрический ток может передаваться без проводов. Необходимо отметить и еще одну важную вещь: действие этой установки на человека: Как Вы заметили при работе меня не било током: токи высокой частоты, которые проходят по поверхности человеческого организма не причиняют ему вреда, наоборот, оказывают тонизирующее и оздоровительное действие, это используется даже в современной медицине. Однако надо заметить, что электрические разряды, которые Вы видели, имеют высокую температуру, поэтому долго ловить молнию руками не советую!

1. Современное применение идей Теслы:

• Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния
• Электрогенераторы, которые изобрел Никола Тесла, являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, АЭС, ТЭС и т. д.
• Электродвигатели используются во всех современных электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах
• Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран.
• Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки мобильных телефонов или ноутбуков.
• Оригинальные современные противоугонные средства для автомобилей работают по принципу все тех же катушек.
• Использование в развлекательных целях и в медицине.
  Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно к созданию внушительных электрических разрядов в воздухе, которые могут иметь длину многих метров, также, как и других явлений.
• Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (телеуправление), беспроволочной связи (радио), и беспроволочной передачи энергии, которые все были им достигнуты. В начале столетия, трансформатор Тесла также нашел популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали высоко частотными токами, способными к путешествию через человеческое тело без вреда оказывая тонизирующее и оздоравливающе влияние.

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Теслы - гениальное изобретение великого хорватского изобретателя, физика и инженера. В статье будет рассмотрен один из простых вариантов реализации проекта - трансформатор Тесла.
В конструкции не использован МОТ трансформатор (почти во всех схемах трансформатора Теслы, именно МОТ служит источником питания), пришлось также создать отдельную схему преобразователя, но обо всем по порядку.

Основные части:
1) Блок питания
2) Преобразователь напряжения и высоковольтная цепь

Блок питания

Для питания такой схемы нужен достаточно мощный блок питания. К счастью, уже имелся готовый блок питания на 500 Ватт. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 14 Вольт, при токе в 20 Ампер. Для запитки устройства не желательно использовать импульсные источники питания.

Диодный выпрямитель использован готовый, хотя можно собрать мост из мощных отечественных диодов серии КД2010, укрепленных на теплоотвод. Для сглаживания помех использован конденсатор на 25 Вольт 2200 микрофарад (этого хватит, поскольку на схеме преобразователя уже есть конденсатор на 4700 микрофарад и дроссель для сглаживания высокочастотных помех). Подойдут похожие трансформаторы от 300 до 600-700 Ватт.

Преобразователь и высоковольтная цепь

Увидев схему преобразователя, многие зададут себе вопрос - зачем умощнять однотактный преобразователь, если можно сделать двухтактный? Вопрос конечно к месту, если бы не одно но! Дело в том, что в интернете нигде ранее не опубликованы варианты умощнения обратноходовых преобразователей, вот и было решено совместить этот вариант и найти устройству практическое применение. В итоге был собран высококачественный преобразователь с мощностью порядка 180-200 ватт и более.
Сердцем преобразователя является генератор импульсов, построенный на ШИМ контролере серииUC3845, ранее уже были предложены версии преобразователей на этой микросхеме (), но как правило стандартная схема обладала мощностью 80 ватт на пиках, и вот после недолгих экспериментов, был разработан нижеприведенный вариант.

Предварительно сигнал от микросхемы усиливается каскадом на комплементарной паре, которая построена на отечественных транзисторах серии КТ 816/817, это необходимо, поскольку начальный уровень сигнала иногда недостаточен для срабатывания полевых транзисторов. В схеме использовались три полевика серии IRL3705, при таком мощном источнике, на транзисторах рассеивается большая мощность, поэтому их нужно укрепить на теплоотводы и дополнить кулерами от компьютерных блоков питания. Частота работы преобразователя 60 килогерц, его можно изменить играя с емкостью конденсатора 4.7нФ и подбором сопротивления резистора 6.8 кОм на схеме, уменьшая емкость и увеличивая сопротивление резистора, можно увеличить частоту преобразователя, при обратном процессе, частота работы преобразователь уменьшается.

В качестве повышающего трансформатора удобно использовать трансформатор строчной развертки от отечественных телевизоров, для получения максимальной мощности желательно использовать два строчника, высоковольтные обмотки которых, нужно соединить последовательно.

Первичная обмотка мотается на свободной стороне П-образного феррита и содержит 4-5 витков провода 3мм, для удобства намотки можно использовать несколько жил, или же многожильный провод в силиконовой или резиновой изоляции, как в данном случае. Использовать самодельные трансформаторы не желательно, поскольку они редко способны выдержать такую мощность.
Дуга на выходе высоковольтной обмотки трансформатора имеет достаточно большую силу тока, поэтому для его выпрямления использовались 4 диода серии КЦ106.

Предварительно, диоды по 2 штуки соединены параллельно, затем блоки из двух параллельно соединенных диодов соединены последовательным образом.

В накопительной части использован конденсатор на 5 киловольт с емкостью 1 микрофарад, можно использовать также блок конденсаторов, емкость и напряжение не критично и можно отклонится от указанного номинала на 10 - 15%

Искровый разрядник, или просто искровик - предназначен для разряжения емкости конденсатора на первичную обмотку катушки, его можно сделать из двух болтов, или же применить готовых вакуумный разрядник фирмы ЭПОКС с напряжением пробоя 3 – 3.5 кВ на 5 -10 ампер. Самодельный искровик из болтов удобен тем, что зазор, а следовательно и частоту разрядов можно регулировать.

Катушка намотана на каркасе от канализационной трубы с диаметром 12 см, высота 50 - 65 см, подойдут также близкие по параметрам пластмассовые трубы. ВАЖНО! Не использовать трубы из металлопластмассы. Первичная обмотка содержит всего 5 витков, провод с диаметром 3-5 мм, был использован одножильный алюминиевый провод в резиновой изоляции. Расстояние между витками 2 см.

Вторичная обмотка содержит 700-900 витков провода 0.5-0.7 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку, при ручной намотке процесс отнимает 5 часов, поэтому удобно использовать намоточный станок (хотя в моем случае катушка моталась вручную). При передышке, нужно приклеить последний виток к каркасу.

Возможности

Катушка Теслы - это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В дальнейшем устройство будет переделано, в частности будет перемотан, точнее изменен первичный контур, если есть возможность желательно использовать медную трубу, таким образом мощность катушки резко возрастет.

Опыты с катушкой теслы

С готовой катушкой можно провести ряд интересных опытов, конечно при этом нужно соблюдать все правила безопасности.

Опыт 1. Нужен медный провод с диаметром 0.2 – 0.8 мм, который нужно намотать на каркас от широкого прозрачного скотча, или же на литровую банку. Контур содержит 15-20 витков, после чего каркас вынимаем, а витки контура закрепляем друг к другу при помощи ниток или скотча. Затем берите обычный светодиод (желательно белый или синий) и выводы светодиода припаяйте к контуру. Включите трансформатор. Контур со светодиодом отдалите от включенного трансформатора на пару метров. Можно наблюдать за свечением светодиода, без какой-либо проводной связи с источником питания. Это основной опыт, который демонстрирует возможности трансформатора Теслы.

Опыт 2. Свечение ламп дневного света на расстоянии. Это один из наиболее распространенных опытов с катушкой Теслы. Все виды подобных ламп, светятся на небольшом расстоянии от включенного трансформатора.

Правила безопасности

Трансформатор Теслы - высоковольтный генератор, нужно помнить, что на выходе устройства и в высоковольтной цепи образуется смертельно опасное напряжение (особенно на высоковольтном конденсаторе). При ведении монтажных работ, нужно заранее убедится, что контурный конденсатор полностью разряжен, использовать толстые резиновые перчатки, и не приближаться к включенному устройству. Все опыты делать вдали от цифровых устройств, высоковольтные разряды могут повредить электронику! Запомните это не качер! Играть с дугой строго запрещено! Особо опасна высоковольтная часть и высоковольтная обмотка преобразователя.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Преобразователь
	ШИМ контроллер	UC3845	1			В блокнот
	Биполярный транзистор	КТ817А	1			В блокнот
	Биполярный транзистор	КТ816А	1			В блокнот
	MOSFET-транзистор	IRF3205	2			В блокнот
	Выпрямительный диод	UF4007	1			В блокнот
		10 мкФ	3			В блокнот
		4.7 нФ	1			В блокнот
	Электролитический конденсатор	4700 мкФ	1			В блокнот
	Резистор	6.8 кОм	1			В блокнот
	Резистор	5.1 кОм	1			В блокнот
	Резистор	820 Ом	1			В блокнот
	Резистор	5 Ом	2			В блокнот
DR	Катушка индуктивности		1