Экспериментальная работа "Трансформатор Тесла"

Министерство образования и науки РТ

ГАПОУ  «Лениногорский нефтяной техникум»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ   РАБОТА

 «ТРАНСФОРМАТОР ТЕСЛА»

Выполнил студент  ЛНТ

Закиров Салават Маратович

Руководитель преподаватель   ЛНТ

Иванов Николай Александрович

2014 г

Трансформатор Тесла.

Трансформа́тор Те́слы, также катушка Теслы^[1] (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Теслой и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был заявлен патентом США № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Тесла используется как декоративное изделие.

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида(используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

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.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) ибеспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине.^[2][3] Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект, Дарсонвализация), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

В наши дни трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он изготавливается многими любителями высоковольтной техники ради сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах

Неизвестные эффекты трансформатора Тесла.

Многие люди считают, что катушки Тесла — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Тесла может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи, в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Тесла» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов.

Однако следует подчеркнуть, что в многочисленной практике ^[4] ни один из перечисленных эффектов не наблюдается. Хотя передача энергии без проводов имеет место, КПД подобного способа транспортировки энергии крайне низок, как и сравнительно мало максимальное расстояние между передающей катушкой и приемной, на котором передача энергии более-менее эффективна (см. Беспроводная передача электричества).

Также стоит отметить, что катушка Тесла - это обыкновенный резонансный трансформатор. Его принцип работы легко описывается и рассчитывается по классическим формулам, а результат работы на практике всегда предсказуем. Однако в наше время в интернете существуют целые сообщества людей, среди которых абсурдные и лженаучные теории относительно работы резонанс-трансформатора пользуются популярностью и выставляются как нечто необъяснимое и неисследованное, непризнанное современной наукой, но являющееся неоспоримым фактом. Всех их обьединяет одно - непризнание такой вещи, как научный эксперимент, который является одним из основных критериев научности эмпирической теории. Приближенно суть можно обьяснить так: теория может быть признана научной только в том случае, если она была подтверждена экспериментально, когда данные, полученные одним учёным, легко воспроизводимы и другими исследователями. Таким образом такие идеи, как левитация и антигравитация с помощью катушки Тесла никогда не станут отторгаться современной наукой как нечто невозможное впринципе, безосновательно - невозможность реализации этих идей подтверждена экспериментально.

Применение: 

В медицине также используют «катушки Тесла» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных.

Типичное использование - электрошокеры, источники для питания кинескопов, в медицине (коронный разряд), озонаторы, различные разрядные устройства для увеличения адгезии, скажем при окраске, опять таки электростатическая окраска, неоновая реклама и др.

Мы тоже создали свой трансформатор теслы для проведения опытов. Мы взяли один из видов трансформатора Теслы на транзисторе, который относится к классу SSTC.

SSTC (Solid State Tesla Coil) - генератор выполнен на полупроводниках. Самая сложная из всех конструкций. Она включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFET транзисторы). Однако данный вид катушек Тесла является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промодулировать звуковым сигналом, например музыкой - звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудиомодуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам можно отнести те же низкое питающее напряжение и отсутствие шума при работе.

Вот что у нас в итоге получилось.

Вот такие фитонные излучения выдает наш прибор.

Также мы можем зажигать наши лампы(предназначенные на 220 в) накаливания по одному проводу.

Вывод

В данной работе мы рассмотрели трансформатор Тесла. Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Тесла ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных, резонансных колебаний, то при усилиях равных с принудительными колебаниями, максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы - в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия - генератор. Их согласованность ("подталкивание" строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).