Opracowana w 1891 roku przez Nikolę Teslę cewka Tesli została stworzona do przeprowadzania eksperymentów w tworzeniu wyładowań elektrycznych wysokiego napięcia. Składa się z zasilacza, kondensatora i transformatora cewkowego tak, aby szczyty napięcia występowały naprzemiennie między nimi, oraz elektrod ustawionych tak, aby iskry przeskakiwały między nimi w powietrzu. Cewka Tesli, stosowana w aplikacjach od akceleratorów cząstek po telewizory i zabawki, może być wykonana ze sprzętu elektronicznego lub z nadwyżek materiałów. W tym artykule opisano, jak zbudować iskiernikową cewkę Tesli, która różni się od półprzewodnikowej cewki Tesli i nie może odtwarzać muzyki.
Kroki
Część 1 z 2: Planowanie cewki Tesli
Krok 1. Rozważ rozmiar, rozmieszczenie i wymagania dotyczące mocy cewki Tesli przed jej zbudowaniem
Możesz zbudować tak dużą cewkę Tesli, jak pozwala na to Twój budżet; jednak iskry przypominające błyskawice, cewki Tesli wytwarzają ciepło i rozszerzają powietrze wokół nich (w istocie, tworząc grzmot). Ich pola elektryczne mogą również siać spustoszenie w urządzeniach elektronicznych, więc prawdopodobnie będziesz chciał zbudować i uruchomić cewkę Tesli w ustronnym miejscu, takim jak garaż lub inny warsztat. Zastanów się również, czy bardziej sensowne jest zbudowanie cewki Tesli z zestawu, czy zbieranie materiałów od podstaw. Oba mają zalety i wady w zakresie kosztów, czasu budowy, zasobów na pomoc i niezawodności.
Aby obliczyć, jak duży iskiernik możesz pomieścić lub ile mocy potrzebujesz, aby działał, podziel długość iskiernika w calach przez 1,7 i podnieś ją do kwadratu, aby określić moc wejściową w watach. (Odwrotnie, aby znaleźć długość iskiernika, pomnóż pierwiastek kwadratowy mocy w watach przez 1,7.) Cewka Tesli, która tworzy szczelinę iskrową 60 cali (150 cm) (1,5 metra) wymaga 1246 watów. (Cewka Tesli wykorzystująca źródło zasilania o mocy 1 kilowata generowałaby iskiernik o długości prawie 54 cali lub 1,37 metra)
Krok 2. Poznaj terminologię
Zaprojektowanie i zbudowanie cewki Tesli wymaga zrozumienia pewnych terminów naukowych i jednostek miary. Aby właściwie wykonać cewkę Tesli, musisz zrozumieć ich cel i funkcję. Oto niektóre terminy, które musisz znać:
- Pojemność to zdolność do przechowywania ładunku elektrycznego lub ilości ładunku elektrycznego zmagazynowanego dla danego napięcia. (Urządzenie zaprojektowane do przechowywania ładunku elektrycznego nazywa się kondensatorem.) Jednostką miary pojemności jest farad (w skrócie „F”). Farad definiuje się jako 1 amperosekundę (lub kulomb) na wolt. Powszechnie pojemność jest mierzona w mniejszych jednostkach, takich jak mikrofarad (w skrócie „uF”), jedna milionowa farada lub pikofarad (w skrócie pF, a czasem odczytywana jako „puff”), jedna bilionowa farada.
- Indukcyjność lub indukcyjność własna to napięcie, jakie niesie obwód elektryczny na ilość prądu w obwodzie. (Linie wysokiego napięcia, które przenoszą wysokie napięcie, ale niski prąd, mają wysoką indukcyjność.) Jednostką miary indukcyjności jest henry (w skrócie „H”). Henry jest definiowany jako 1 wolt sekunda na amper prądu. Zwykle indukcyjność jest mierzona w mniejszych jednostkach, takich jak milihenry (w skrócie „mH”), tysięczna część henra lub mikrohenry (w skrócie „uH”), jedna milionowa część henra.
- Częstotliwość rezonansowa lub częstotliwość rezonansowa to częstotliwość, przy której opór przenoszenia energii jest minimalny. (W przypadku cewki Tesli jest to optymalny punkt pracy do przesyłania energii elektrycznej między cewką pierwotną i wtórną.) Jednostką miary częstotliwości rezonansowej jest herc (w skrócie „Hz”), zdefiniowany jako 1 cykl na sekundę. Częściej częstotliwość rezonansowa jest mierzona w kilohercach (w skrócie „kHz”), przy czym kilohertz jest równy 1000 herców.
Krok 3. Zbierz potrzebne części
Będziesz potrzebować transformatora zasilającego, kondensatora pierwotnego o dużej pojemności, zespołu iskiernika, cewki pierwotnej o niskiej indukcyjności, cewki wtórnej o wysokiej indukcyjności, kondensatora wtórnego o niskiej pojemności i czegoś do tłumienia lub dławienia, impulsy szumów o wysokiej częstotliwości powstające podczas pracy cewki Tesli. Aby uzyskać więcej informacji na temat części, zobacz następną sekcję „Tworzenie cewki Tesli”.
Twoje źródło zasilania/transformator dostarcza energię przez dławiki do obwodu pierwotnego lub obwodu zbiornika, który łączy główny kondensator, pierwotną cewkę indukcyjną i zespół iskiernika. Cewka indukcyjna pierwotna jest umieszczona obok cewki indukcyjnej obwodu wtórnego, która jest połączona z kondensatorem wtórnym, ale nie jest do niej podłączona. Gdy kondensator wtórny zgromadzi wystarczający ładunek elektryczny, rozładowują się z niego strumienie prądu (błyskawice)
Część 2 z 2: Tworzenie cewki Tesli
Krok 1. Wybierz transformator zasilający
Twój transformator zasilający określa, jak dużą możesz zrobić swoją cewkę Tesli. Większość cewek Tesli współpracuje z transformatorem, który wytwarza napięcie od 5000 do 15 000 woltów przy prądzie od 30 do 100 miliamperów. Transformator można kupić w sklepie z naddatkami w college'u lub w Internecie, albo zżerać transformator z neonu.
Krok 2. Zrób główny kondensator
Najlepszym sposobem na stworzenie tego kondensatora jest szeregowe podłączenie kilku małych kondensatorów, tak aby każdy kondensator obsługiwał równy udział całkowitego napięcia obwodu pierwotnego. (Wymaga to, aby każdy pojedynczy kondensator miał taką samą pojemność jak inne kondensatory w serii.) Ten rodzaj kondensatora nazywa się multi-mini-kondensatorem lub MMC.
- Małe kondensatory i związane z nimi rezystory upustowe można nabyć w sklepach z artykułami elektronicznymi lub można poszukać kondensatorów ceramicznych ze starych telewizorów. Kondensatory można również wykonać z arkuszy polietylenu i folii aluminiowej.
- Aby zmaksymalizować moc wyjściową, kondensator pierwotny powinien być w stanie osiągnąć pełną pojemność w każdym półcyklu częstotliwości dostarczanej do niego mocy. (W przypadku zasilania 60 Hz oznacza to 120 razy na sekundę.)
Krok 3. Zaprojektuj zespół iskiernika
Jeśli planujesz pojedynczą przerwę iskrową, będziesz potrzebować metalowych śrub o grubości co najmniej ćwierć cala (6 milimetrów), które posłużą jako iskiernik, aby wytrzymać ciepło generowane przez wyładowanie elektryczności między iskrami. Możesz także połączyć kilka iskierników szeregowo, użyć iskiernika obrotowego lub przedmuchać sprężonym powietrzem między iskrami, aby złagodzić temperaturę. (Do przedmuchania powietrza można użyć starego odkurzacza.)
Krok 4. Zbuduj pierwotną cewkę indukcyjną
Sama cewka będzie wykonana z drutu, ale będziesz potrzebować czegoś, aby owinąć drut w spiralny kształt. Przewód powinien być emaliowanym drutem miedzianym, który można nabyć w sklepie z artykułami elektrycznymi lub poprzez kanibalizację przewodu zasilającego z wyrzuconego urządzenia. Przedmiot, wokół którego owijasz drut, może być cylindryczny, taki jak karton lub plastikowa rurka, lub stożkowy, taki jak stary klosz.
Długość przewodu określa indukcyjność cewki pierwotnej. Cewka pierwotna powinna mieć niską indukcyjność, więc do jej wykonania zużyje się stosunkowo niewiele zwojów. Do cewki pierwotnej można użyć nieciągłych odcinków drutu, aby w razie potrzeby można było łączyć ze sobą odcinki, aby dostosować indukcyjność w locie
Krok 5. Połącz razem główny kondensator, zespół iskiernika i pierwotną cewkę indukcyjną
To kończy obwód pierwotny.
Krok 6. Zbuduj wtórną cewkę indukcyjną
Podobnie jak w przypadku cewki pierwotnej, owijasz drut wokół cylindrycznego kształtu. Cewka wtórna musi mieć taką samą częstotliwość rezonansową jak cewka pierwotna, aby cewka Tesli działała wydajnie. Jednak cewka wtórna musi być wyższa/dłuższa niż cewka pierwotna, ponieważ musi mieć większą indukcyjność niż cewka pierwotna, a także zapobiegać jakiemukolwiek wyładowaniu elektrycznemu z obwodu wtórnego uderzającym i smażącym obwód pierwotny.
Jeśli brakuje materiałów, aby cewka wtórna była wystarczająco wysoka, można to zrekompensować, budując listwę uderzeniową (zasadniczo piorunochron), aby chronić obwód pierwotny, ale będzie to oznaczać, że większość wyładowań cewki Tesli uderzy w listwę uderzeniową i nie tańczyć w powietrzu
Krok 7. Zrób kondensator wtórny
Kondensator wtórny lub końcówka rozładowania może mieć dowolny okrągły kształt, przy czym dwa najbardziej popularne to torus (kształt pierścienia lub pierścienia) i kula.
Krok 8. Podłącz wtórny kondensator do wtórnej cewki indukcyjnej
To kończy obwód wtórny.
Obwód wtórny powinien być uziemiony oddzielnie od uziemienia obwodów domowych dostarczających zasilanie do transformatora, aby zapobiec przepływowi strumienia prądu elektrycznego z cewki Tesli do ziemi w obwodach domowych i ewentualnie smażeniu wszystkiego, co jest podłączone do tych gniazd. Dobrym sposobem na to jest wbicie metalowego szpikulca w ziemię
Krok 9. Zbuduj dławiki impulsowe
Dławiki to proste, małe cewki indukcyjne, które powstrzymują impulsy wytwarzane przez zespół iskiernika przed zniszczeniem transformatora zasilającego. Możesz to zrobić, nawijając cienki miedziany drut wokół wąskiej rurki, na przykład jednorazowego długopisu.
Krok 10. Złóż komponenty
Ustawić obok siebie obwody pierwotny i wtórny i podłączyć transformator zasilający do obwodu pierwotnego przez dławiki. Po podłączeniu transformatora cewka Tesli jest gotowa do pracy.
Jeżeli uzwojenie pierwotne ma wystarczająco dużą średnicę, można w nim umieścić uzwojenie wtórne
Porady
- Aby kontrolować kierunek, w którym wybuchają strumienie z drugiego kondensatora, umieść metalowe przedmioty w pobliżu kondensatora, ale go nie dotykaj. Streamer będzie łukiem od kondensatora do obiektu. Jeśli obiekt zawiera światło, takie jak żarówka lub świetlówka, energia elektryczna pochodząca z cewki Tesli sprawi, że się zaświeci.
- Zaprojektowanie i zbudowanie wydajnej cewki Tesli wymaga pracy z dość złożonymi równaniami matematycznymi. Na szczęście możesz łatwo znaleźć odpowiednie równania i kalkulatory online, aby wykonać daną matematykę.
Ostrzeżenia
- Transformatory z litym neonem, takie jak ostatnio produkowane, mają zwykle przerywacz obwodu ziemnozwarciowego; dlatego nie będą w stanie obsługiwać cewki.
- Wykonanie cewki Tesli nie jest łatwym zadaniem, chyba że masz już pewną wiedzę inżynieryjną i elektroniczną.
- Kondensator używany do cewek Tesli i innych generatorów wysokiego napięcia i jonów lub urządzeń takich jak Lifter może gromadzić i zatrzymywać ogromne ilości energii elektrycznej i rozładowywać całą energię w jednej chwili. Zachowaj szczególną ostrożność i nie pozwól, aby dzieci lub osoby, które nie mają odpowiedniego przeszkolenia w zakresie bezpieczeństwa, dotykały go lub pracowały z nim.
