Transformator Tesla

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 19 septembrie 2020; verificările necesită 40 de modificări .

Transformatorul Tesla , sau bobina Tesla ( eng.  Bobina Tesla ) este un dispozitiv inventat de Nikola Tesla și care îi poartă numele. Este un transformator rezonant care produce tensiune înaltă la frecvență înaltă. Aparatul a fost brevetat la 22 septembrie 1896 ca „Aparatură pentru producerea de curenți electrici de înaltă frecvență și potențial” [1] .

Cum funcționează

Transformatorul Tesla se bazează pe utilizarea undelor electromagnetice staţionare rezonante în bobine. Înfășurarea sa primară conține un număr mic de spire și face parte dintr-un circuit oscilator cu scântei , care include, de asemenea, un condensator și un eclator. Înfășurarea secundară este o bobină dreaptă de sârmă. Dacă frecvența de oscilație a circuitului oscilator al înfășurării primare coincide cu frecvența uneia dintre oscilațiile naturale (unde stătătoare) ale înfășurării secundare, din cauza fenomenului de rezonanță în înfășurarea secundară, va apărea o undă electromagnetică stătătoare și o valoare ridicată. între capetele bobinei va apărea tensiune alternativă [2] .

Funcționarea unui transformator rezonant poate fi explicată folosind exemplul unui leagăn obișnuit. Dacă sunt balansate în modul de oscilație forțată, atunci amplitudinea maximă atinsă va fi proporțională cu forța aplicată. Dacă vă balansați în modul de oscilații libere, atunci cu aceleași eforturi, amplitudinea maximă crește de multe ori. Așa este și cu transformatorul Tesla - circuitul oscilator secundar acționează ca un leagăn, iar generatorul acționează ca efort aplicat. Consistența lor („împingere” strict la momentul potrivit) este asigurată de circuitul primar sau de oscilatorul principal (în funcție de dispozitiv).

Cel mai simplu transformator Tesla include un transformator de intrare, un inductor format din două înfășurări - primar și secundar, un eclator (întrerupător, se găsește adesea versiunea în limba engleză a Spark Gap), un condensator , un toroid (nu este întotdeauna folosit) și un terminal (prezentat în diagramă ca „ieșire”).

Înfășurarea primară conține de obicei doar câteva spire de tub de cupru sau sârmă de diametru mare, iar înfășurarea secundară conține aproximativ 1000 de spire de sârmă cu o zonă mai mică de secțiune transversală. Bobina primară poate fi plată (orizontală), conică sau cilindrică (verticală). Spre deosebire de transformatoarele convenționale , aici nu există miez feromagnetic . Astfel, inductanța reciprocă dintre cele două bobine este mult mai mică decât la transformatoarele cu miez feromagnetic. Bobina primară, împreună cu condensatorul, formează un circuit oscilator , care include un element neliniar - un eclator.

Descărcătorul, în cel mai simplu caz, unul obișnuit cu gaz, este format din doi electrozi masivi cu un spațiu reglabil. Electrozii trebuie să fie rezistenți la curgerea curenților mari printr- un arc electric între ei și să aibă o răcire bună.

Bobina secundară formează, de asemenea, un circuit oscilator , unde rolul condensatorului este îndeplinit în principal de capacitatea toroidului și de propria capacitate interturn a bobinei în sine. Înfășurarea secundară este adesea acoperită cu un strat de epoxid sau lac pentru a preveni defecțiunile electrice .

Terminalul poate fi realizat sub forma unui disc, un știft ascuțit sau o sferă și este proiectat pentru a produce descărcări previzibile de scântei de mare lungime.

Astfel, transformatorul Tesla constă din două circuite oscilatoare conectate, ceea ce determină proprietățile sale remarcabile și este principala sa diferență față de transformatoarele convenționale. Pentru funcționarea completă a transformatorului, aceste două circuite oscilatorii trebuie să fie reglate la aceeași frecvență de rezonanță. De obicei, în timpul procesului de reglare, circuitul primar este ajustat la frecvența secundarului prin schimbarea capacității condensatorului și a numărului de spire ale înfășurării primare până când se obține tensiunea maximă la ieșirea transformatorului.

Funcționare

Transformatorul Tesla cu cel mai simplu design luat în considerare, prezentat în diagramă, funcționează în modul pulsat. Prima fază este încărcarea condensatorului până la tensiunea de rupere a descărcător. A doua fază este generarea de oscilații de înaltă frecvență în circuitul primar. Un eclator conectat în paralel , închizând sursa de alimentare (transformator), o exclude din circuit, în caz contrar, sursa de alimentare introduce anumite pierderi în circuitul primar și, prin urmare, își reduce factorul de calitate . În practică, această influență poate reduce de multe ori lungimea descărcării, prin urmare, în circuitul transformatorului Tesla, descărcătorul este întotdeauna plasat în paralel cu sursa de alimentare.

Taxa

Condensatorul este încărcat de o sursă externă de înaltă tensiune bazată pe un transformator de joasă frecvență. Capacitatea condensatorului este aleasă astfel încât, împreună cu inductorul, să formeze un circuit rezonant cu o frecvență de rezonanță egală cu circuitul de înaltă tensiune. Cu toate acestea, frecvența va diferi de cea calculată prin formula Thomson , deoarece există pierderi vizibile în circuitul primar pentru „pomparea” celui de-al doilea circuit. Tensiunea de încărcare este limitată de tensiunea de rupere a descărcător, care (în cazul unui întrefier) ​​poate fi reglată prin modificarea distanței dintre electrozi sau a formei acestora. De obicei, tensiunea de încărcare a condensatorului se află în intervalul 2-20 kilovolți.

Generație

După atingerea tensiunii de defalcare între electrozii descărcătorului, are loc o defalcare electrică asemănătoare avalanșei a gazului. Condensatorul este descărcat prin descărcător către bobină. După descărcarea condensatorului, tensiunea de defectare a descărcător scade brusc din cauza purtătorilor de sarcină ( ioni ) rămași în gaz. Prin urmare, circuitul circuitului oscilator , constând dintr-o bobină primară și un condensator, rămâne închis prin eclator, iar în el apar oscilații de înaltă frecvență. Oscilațiile sunt atenuate treptat, în principal din cauza pierderilor în eclator și în circuitul secundar, dar continuă până când curentul creează un număr suficient de purtători de sarcină pentru a menține descărcarea. În circuitul secundar apar oscilații rezonante, ceea ce duce la apariția unei tensiuni înalte la borna .

Modificări ale transformatorului Tesla

În toate tipurile de transformatoare Tesla, elementul structural principal - circuitele primar și secundar - rămâne neschimbat. Cu toate acestea, una dintre părțile sale - generatorul de oscilații de înaltă frecvență poate avea un design diferit. Abrevierile pentru bobinele Tesla alimentate cu curent continuu includ adesea literele DC, cum ar fi DCSGTC .

In momentul de fata exista:

Bobinele de lupă Tesla sunt de asemenea incluse într-o categorie separată.

Utilizarea Tesla Transformer

Tensiunea de ieșire a unui transformator Tesla poate atinge câteva milioane de volți . Această tensiune la frecvența puterii electrice minime a aerului este capabilă să creeze descărcări electrice impresionante în aer, care pot avea o lungime de mulți metri. Aceste fenomene fascinează oamenii din diverse motive, așa că transformatorul Tesla este folosit ca obiect decorativ.

Transformatorul a fost folosit de Tesla pentru a genera și propaga oscilații electrice care vizează controlul dispozitivelor la distanță fără fire ( control radio ), transmisie de date fără fir ( radio ) și transmisie de putere fără fir . La începutul secolului al XX-lea , transformatorul Tesla și-a găsit o utilizare populară în medicină . [3] [4] Pacienții au fost tratați cu curenți slabi de înaltă frecvență, care, curgând printr-un strat subțire al suprafeței pielii, nu dăunau organelor interne (vezi: efectul pielii , Darsonvalization ), în timp ce exercitau un „tonic” și efect de „vindecare”.

Este greșit să presupunem că transformatorul Tesla nu are o aplicație practică largă. Este folosit pentru a aprinde lămpile cu descărcare în gaz și pentru a găsi scurgeri în sistemele de vid. Cu toate acestea, utilizarea sa principală astăzi este cognitivă și estetică. Acest lucru se datorează în principal dificultăților semnificative atunci când este necesar să se controleze selecția puterii de înaltă tensiune sau chiar mai mult să o transfere la o distanță de transformator, deoarece în acest caz dispozitivul iese inevitabil din rezonanță și calitatea. factorul circuitului secundar și tensiunea de pe acesta sunt de asemenea reduse semnificativ.

Efecte observate în timpul funcționării transformatorului Tesla

În timpul funcționării, bobina Tesla creează efecte frumoase asociate cu formarea diferitelor tipuri de descărcări de gaze . Mulți oameni colectează transformatoare Tesla pentru a vedea aceste fenomene impresionante și frumoase. În general, bobina Tesla produce 4 tipuri de descărcări:

  1. Streamer (din engleză  Streamer ) - canale ramificate subțiri, slab strălucitoare, care conțin atomi de gaz ionizat și electroni liberi despărțiți de ei. Curge de la terminalul (sau din cele mai ascuțite și curbate părți BB) ale bobinei direct în aer, fără a intra în pământ, deoarece sarcina curge uniform de la suprafața de descărcare prin aer în pământ. Streamerul este, de fapt, ionizarea vizibilă a aerului (strălucirea ionilor) creată de câmpul HV al transformatorului.
  2. Spark (din engleză  Spark ) este o descărcare de scânteie . Trece de la terminal (sau de la cele mai ascuțite și curbate părți BB) direct în pământ sau într-un obiect împământat. Este un pachet de benzi strălucitoare, care dispar rapid sau care se înlocuiesc unele cu altele filamentoase, adesea foarte ramificate - canale de scânteie. Există, de asemenea, un tip special de descărcare de scânteie - o descărcare de scânteie glisantă.
  3. Descărcarea corona  este strălucirea ionilor de aer într-un câmp electric de înaltă tensiune . Creează o strălucire albăstruie frumoasă în jurul părților BB ale structurii cu o curbură puternică a suprafeței.
  4. Descărcarea arcului  - formată în multe cazuri. De exemplu, cu o putere suficientă a transformatorului, dacă un obiect împământat este adus aproape de terminalul său, un arc se poate aprinde între acesta și terminal (uneori trebuie să atingeți direct obiectul de terminal și apoi să întindeți arcul, retrăgând obiect la o distanţă mai mare). Acest lucru este valabil mai ales pentru bobinele tubulare Tesla. Dacă bobina nu este suficient de puternică și suficient de fiabilă, atunci descărcarea arcului provocat poate deteriora componentele sale.

Puteți observa adesea (în special în apropierea bobinelor puternice) cum descărcările merg nu numai de la bobină în sine (terminalul său etc.), ci și către ea de la obiectele legate la pământ. De asemenea, descărcarea corona poate apărea pe astfel de obiecte . Rareori, poate fi observată și o descărcare strălucitoare . Este interesant de observat că anumite substanțe chimice ionice aplicate terminalului de descărcare sunt capabile să schimbe culoarea descărcării. De exemplu, ionii de sodiu schimbă culoarea obișnuită a scânteii în portocaliu, iar borul se schimbă  în verde.

Funcționarea unui transformator rezonant este însoțită de un trosnet electric caracteristic. Apariția acestui fenomen este asociată cu transformarea streamerelor în canale de scântei (vezi articolul descărcare de scânteie ), care este însoțită de o creștere bruscă a puterii curentului și a cantității de energie eliberată în ele. Fiecare canal se extinde rapid, presiunea crește brusc în el, în urma căreia apare o undă de șoc la limitele sale . Combinația undelor de șoc din canalele de scânteie în expansiune generează un sunet perceput ca o „crapătură” a unei scântei.

Efecte asupra corpului uman

Ca sursă de înaltă tensiune, transformatorul Tesla poate fi mortal. Acest lucru este valabil mai ales pentru instalațiile grele pe lămpi sau tranzistoare cu efect de câmp. În orice caz, chiar și transformatoarele Tesla de putere redusă se caracterizează prin eliberarea de energie de înaltă tensiune, de înaltă frecvență, care poate provoca leziuni locale ale pielii sub formă de arsuri care se vindecă slab. Pentru transformatoarele Tesla de putere medie (50-150 wați ), astfel de arsuri pot provoca leziuni ale terminațiilor nervoase și leziuni semnificative ale straturilor subcutanate, inclusiv leziuni ale mușchilor și ligamentelor. Transformatoarele Tesla cu excitație de scântei sunt mai puțin periculoase în ceea ce privește arsurile, totuși, descărcările de înaltă tensiune urmate de pauze provoacă mai multe daune sistemului nervos și pot provoca stop cardiac (la persoanele cu probleme cardiace). În orice caz, răul care poate fi cauzat de generatoarele puternice de înaltă frecvență, care includ transformatoare Tesla, este pur individual și depinde de caracteristicile organismului și de starea mentală a unei anumite persoane.

Este un fapt că femeile reacționează cel mai acut la radiația dispozitivelor puternice de radiofrecvență, respectiv, iar reacția la femei este mai acută decât la bărbați. La transformatorul Tesla, precum și la orice aparat electric, copiii nu ar trebui să aibă voie fără supravegherea unui adult.

Cu toate acestea, există o altă opinie cu privire la unele tipuri de transformatoare Tesla. Deoarece tensiunea înaltă de înaltă frecvență are un efect asupra pielii , în ciuda potențialului de milioane de volți, o descărcare în corpul uman nu poate provoca stop cardiac sau alte daune grave ale corpului care sunt incompatibile cu viața.

În schimb, alte generatoare de înaltă tensiune, cum ar fi multiplicatorul TV de înaltă tensiune și alte generatoare domestice de înaltă tensiune DC, care au o tensiune de ieșire incomparabil mai mică (de ordinul a 25 kV), pot fi mortale. Toate acestea se datorează faptului că convertoarele de mai sus folosesc o frecvență de 50 de  herți (într-un multiplicator TV clasic, frecvența este de aproximativ 15 kHz, în monitoare chiar mai mare), prin urmare, nu există efect de piele sau este extrem de slab, iar curentul va curge prin organele interne ale unei persoane (periculos pentru viață este considerat un curent de zeci de mA).

O imagine ușor diferită cu electricitate statică , care poate șoca foarte sensibil atunci când este descărcată (când atinge metalul), dar nu este fatală, deoarece sarcina statică este relativ mică. Un alt pericol care pândește atunci când se folosește un transformator Tesla este excesul de ozon în sânge, care poate duce la dureri de cap , deoarece porțiuni mari din acest gaz sunt produse în timpul funcționării dispozitivului.

Vezi și

Note

  1. ↑ Brevetul S.U.A. nr. 568.176, 22 septembrie 1896. Aparat pentru producerea de curenți electrici de înaltă frecvență și potențial . Descrierea brevetului pe site-ul Oficiului pentru Brevete și Mărci din SUA .
  2. ↑ Kalașnikov S. G. , Electricitate, M., GITTL, 1956, cap. XII „Unde electromagnetice de-a lungul firelor”, p. 261 „Unde stătătoare în bobine”, p. 592-593.
  3. ↑ Transformator Tesla // Bibliotecă. Proiect de explorare spațială.
  4. ↑ Rzhonsnitsky B.N. Nikola Tesla .

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Nikola Tesla
Carieră și
invenții
Alte

Articole înrudite
 Generatoare de înaltă tensiune
Electrostatic
electromagnetic
Electronic