Transformator Tesli

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

[edytuj] 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.

[edytuj] 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)

[edytuj] 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.

[edytuj] 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.

[edytuj] Zagrożenia

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