Tesla History Coil, come funziona, a cosa serve

IL bobina di Tesla È un assicurato che funziona come un generatore ad alta tensione e ad alta frequenza. Fu inventato dal fisico Nikola Tesla (1856-1943), che lo brevettò nel 1891.

L'induzione magnetica ha fatto pensare a Tesla alla possibilità di trasmettere elettricità senza intervento del conducente. Pertanto, l'idea dello scienziato e dell'inventore era quella di creare un apparato che serviva a trasporre l'elettricità senza usare i cavi. Tuttavia, l'uso di questa macchina è molto efficiente, quindi è stato presto abbandonato a questo scopo.

Figura 1. Dimostrazione con la bobina Tesla. Fonte: Pixabay.

Anche così, le bobine Tesla possono ancora essere trovate con alcune applicazioni specifiche, come torri ad alta tensione o esperimenti di fisica.

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Storia

La bobina è stata creata da Tesla poco dopo che gli esperimenti di Hertz sono venuti alla luce. Lo stesso Tesla chiamato "Apparato per la trasmissione dell'elettricità". Tesla voleva dimostrare che l'elettricità poteva essere trasmessa senza fili.

Nel suo laboratorio di Colorado Springs, Tesla aveva a sua disposizione un'enorme bobina di 16 metri collegata a un'antenna. Il dispositivo è stato utilizzato per eseguire esperimenti di trasmissione energetica.

Sperimentare con le bobine Tesla.

In un'occasione c'è stato un incidente causato da questa bobina in cui Dynamos ha bruciato da un centro situato a 10 chilometri di distanza. In seguito al guasto, gli archi elettrici sono stati prodotti attorno alle finestre di Dinamos.

Nessuno di quello scoraggiato Tesla, che ha continuato a provare con numerosi disegni di bobine, che sono conosciuti oggi con il suo nome.

Come funziona?

La famosa bobina Tesla è uno dei tanti design realizzati da Nikola Tesla per trasmettere elettricità senza cavi. Le versioni originali erano di grandi dimensioni e usavano fonti ad alta tensione e ad alta corrente.

Naturalmente oggi ci sono progetti molto più piccoli, compatti e fatti in casa che descriveremo e spiegheremo nella prossima sezione.

figura 2. Schema di bobina di base Tesla. Fonte: sé realizzato.

Un design basato sulle versioni originali della bobina Tesla è quello mostrato nella figura precedente. Lo schema elettrico della figura precedente può essere diviso in tre sezioni.

Fonte (f)

La fonte è costituita da un generatore di corrente alternato e un trasformatore ad alto guadagno. L'uscita di origine è generalmente tra 10000 V e 30000 V.

Primo circuito risonante LC 1

È costituito da un interruttore S noto come "Spark Gap" o "Explosor", che chiude il circuito quando una scintilla salta tra le sue estremità. Il circuito LC 1 ha anche un condensatore C1 e una bobina L1 collegata in serie.

Secondo circuito risonante LC 2

Il circuito LC 2 è costituito da una bobina L2 che ha un rapporto di circa 100 a 1 giri rispetto alla bobina L1 e un condensatore C2. Il condensatore C2 si collega con la bobina L2 attraverso la Terra.

La bobina L2 è di solito un filo che rotola. La bobina L1, sebbene non sia mostrata nello schema, viene lanciata sulla bobina L2.

Il condensatore C2, come tutti i condensatori, è costituito da due piastre di metallo. Nelle bobine di Tesla, una delle piastre C2 di solito ha la forma di una cupola sferica o toroidale ed è collegata in serie con la bobina L2.

L'altra piastra C2 è l'ambiente stretto, ad esempio un piedistallo di metallo rifinito in sfera e terreno per chiudere il circuito con l'altra estremità L2, anche messo a terra a terra.

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Meccanismo di azione

Quando viene messa in funzione una bobina di Tesla, la sorgente ad alta tensione carica il condensatore C1. Quando raggiunge una tensione sufficientemente elevata, fa un salto di scintilla nella Suiche S (Spark Gap o Explosor), chiudendo il circuito risonante I.

Quindi il condensatore C1 viene scaricato tramite la bobina L1 generando un campo magnetico variabile. Questo campo magnetico variabile attraversa anche la bobina L2 e induce una forza elettromotrice sulla bobina L2.

Poiché L2 ha circa 100 giri in più di L1, la tensione elettrica in L2 è 100 volte più grande rispetto a L1. E come in L1 la tensione è dell'ordine di 10 mila volt, quindi in L2 sarà di 1 milione di volt.

L'energia magnetica accumulata in L2 viene trasferita come energia elettrica al condensatore C2, che quando raggiunge i valori di tensione massima dell'ordine dei milioni di volt ionizzano l'aria, produce una scintilla e scarica bruscamente attraverso la Terra. I download si verificano tra 100 e 150 volte al secondo.

Il circuito LC1 è chiamato risonante perché l'energia accumulata nel condensatore C1 passa alla bobina L1 e viceversa; cioè, che si verifica un'oscillazione.

Lo stesso accade nel circuito risonante LC2, in cui l'energia magnetica della bobina L2 viene trasferita come energia elettrica al condensatore C2 e viceversa. Cioè, nel circuito c'è una corrente di andata e ritorno alternativamente.

La frequenza di oscillazione naturale in un circuito LC è

Risonanza reciproca e induzione

Quando l'energia fornita ai circuiti LC si verifica alla stessa frequenza della frequenza di oscillazione del circuito naturale, il trasferimento di energia è ottimale, producendo un'amplificazione massima nella corrente del circuito. Questo fenomeno comune a tutti i sistemi oscillanti è noto come risonanza.

I circuiti LC1 e LC2 sono accoppiati magneticamente, un altro fenomeno chiamato induzione reciproca.

In modo che il trasferimento di energia del circuito LC1 in LC2 e viceversa sia ottimale, le frequenze di oscillazione naturali di entrambi i circuiti debbano coincidere e dovrebbero anche coincidere con la frequenza della fonte ad alta tensione.

Ciò si ottiene regolando i valori di capacità e induttanza in entrambi i circuiti, le frequenze di oscillazione coincidono con la frequenza della fonte:

Quando ciò si verifica, l'energia di origine viene trasferita in modo efficiente al circuito LC1 e LC1 a LC2. In ogni ciclo di oscillazione l'energia elettrica e magnetica accumulata in ciascun circuito sta aumentando.

Quando la tensione elettrica in C2 è abbastanza alta, allora l'energia viene rilasciata sotto forma di raggi mediante la scarica di C2 a terra.

Usi della bobina Tesla

L'idea originale di Tesla nei suoi esperimenti con queste bobine era sempre quella di trovare un modo per trasmettere l'elettricità a grande distanza senza cablaggio.

Tuttavia, la scarsa efficienza di questo metodo a causa della perdita di energia di dispersione attraverso l'ambiente ha reso necessario cercare altri mezzi per trasmettere energia elettrica della potenza. Oggi il cablaggio continua.

Può servirti: Lenz Legge: formula, equazioni, applicazioni, esempiLampada al plasma, che ha contribuito a sviluppare l'esperimento Tesla.

Tuttavia, molte delle idee di Nikola Tesla sono ancora presenti negli attuali sistemi di cablaggio. Ad esempio, ascensori di tensione nelle sottostazioni elettriche da trasmettere mediante.

Nonostante non abbiano un uso su larga scala, le bobine Tesla continuano ad essere utili nell'industria elettrica ad alta tensione per testare sistemi isolanti, torri e altri dispositivi elettrici che devono funzionare in sicurezza. Sono anche usati in diversi spettacoli per generare raggi e scintille, nonché in alcuni esperimenti di fisica.

In esperimenti ad alta tensione con bobine Tesla ad alta dimensione è importante adottare misure di sicurezza. Un esempio è l'uso di gabbie Faraday per la protezione di osservatori e tute in maglia metallica per gli artisti che partecipano a spettacoli con queste bobine.

Come realizzare una bobina Tesla fatta in casa?

Componenti

In questa versione in miniatura della bobina Tesla, non verrà utilizzata una corrente alternata ad alta tensione. Al contrario, la fonte di energia sarà una batteria da 9 V, come mostrato nello schema nella Figura 3.

Figura 3. Schema per costruire una mini bobina Tesla. Fonte: sé realizzato.

L'altra differenza con la versione originale di Tesla è l'uso di un transistor. Nel nostro caso sarà 2222A, che è un transistor NPN a basso segnale ma una risposta rapida o alta frequenza.

Il circuito ha anche uno switch S, una bobina primaria L1 da 3 -paps e una bobina L2 secondaria di almeno 275 giri, ma può anche essere tra 300 e 400 giri.

La bobina primaria può essere costruita con un cavo comune con isolante in plastica, ma il liceo richiede un cavo sottile coperto di vernice isolante, che è quella che viene solitamente utilizzata negli embopinati. Il arrotolato può essere eseguito su un cartone o un tubo di plastica che ha un diametro di 3 e 4 cm.

Uso del transistor

Va ricordato che al tempo di Nikola Tesla non c'erano transistor. In questo caso il transistor sostituisce "Spark Gap" o "Explosor" della versione originale. Il transistor verrà utilizzato come gate che consente o meno il passaggio corrente. Per questo il transistor è polarizzato come segue: il collezionista C al terminale positivo e all'emittente E alla batteria negativa.

Quando la base B Ha una polarizzazione positiva, quindi consente il passaggio dal collettore al mittente, e in altro modo lo impedisce.

Nel nostro schema, la base si collega alla batteria positiva, ma una resistenza di 22 -kilo ohm è intervallata, per limitare l'eccesso di corrente che può bruciare il transistor.

Il circuito mostra anche un diodo a LED che può essere rosso. La sua funzione sarà spiegata in seguito.

Nell'estremità libera della bobina secondaria L2 viene posizionata una sferite di metallo, che può essere costruita coprendo una sfera di polistirene o una pallina a pong con foglio di alluminio.

Questa sferite è la placca di un condensatore C, l'altra targa è l'ambiente. Questo è ciò che è noto con il nome della capacità del parassita.

Tesla Mini Coil Operation

Quando l'interruttore S è chiuso, la base a transistor è polarizzata positivamente e anche l'estremità superiore della bobina primaria è polarizzata positivamente. In modo che una corrente che attraversa la bobina primaria, continui attraverso il collezionista appare bruscamente, esce dal mittente e ritorna nello stack.

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Questa corrente cresce da zero a un valore massimo in un tempo molto breve, motivo per cui induce una forza elettromotrice nella bobina secondaria. Questo produce una corrente che va dal fondo della bobina L2 alla base del transistor. Questa corrente cessa bruscamente la polarizzazione positiva della base nel modo in cui il flusso di corrente da parte del primario.

In alcune versioni il diodo a LED viene rimosso e il circuito funziona. Tuttavia, posizionandolo migliora l'efficienza nel taglio della polarizzazione della base transistor.

Cosa succede quando circola la corrente?

Durante il ciclo di crescita rapido della corrente nel circuito primario è stata indotta una forza elettromotrice nella bobina secondaria. Perché il rapporto di fuoco tra primario e secondario.

A causa di quanto sopra, esiste un intenso campo elettrico nella sfera del condensatore C in grado di ionizzare il gas a bassa pressione da un tubo al neon o una lampada fluorescente che si avvicina alla sfera C e accelerando elettroni liberi nel tubo per eccitare gli atomi che producono i atomi che producono i atomi che producono i atomi che producono i produttori Emissione di luce.

Quando la corrente cessava bruscamente attraverso la bobina L1 e la bobina L2 veniva scaricata attraverso l'aria che circonda C verso il suolo, il ciclo è stato riavviato.

Il punto importante in questo tipo di circuito è che tutto accade in un tempo molto breve, in modo che esiste un oscillatore ad alta frequenza. In questo tipo di circuito, Suicheo o oscillazione rapida prodotta dal transistor è più importante del fenomeno di risonanza descritto nella sezione precedente e riferita alla versione originale della bobina Tesla.

Esperimenti proposti con mini bobine Tesla

Una volta costruita la mini bobina Tesla, è possibile sperimentarla. Ovviamente, i raggi e le scintille delle versioni originali non si verificheranno.

Tuttavia, con l'aiuto di un bulbo fluorescente o di un tubo neon, possiamo osservare come l'effetto combinato dell'intenso campo elettrico generato nel condensatore alla fine della bobina e l'alta frequenza di oscillazione di quel campo, rendere la lampada la lampada la lampada Illuminato si avvicina a malapena alla sfera del condensatore.

L'intenso campo di elettricità ionizza gas a bassa pressione all'interno del tubo, lasciando elettroni liberi all'interno del gas. Pertanto, l'alta frequenza del circuito provoca elettroni liberi all'interno del tubo fluorescente per accelerare ed eccitare la polvere fluorescente aderita alla parete interna del tubo, facendolo emettere luce.

Puoi anche avvicinarti a un Luminoso LED alla sfera C, osservando come si accende anche quando i pin a LED non si sono collegati.

Riferimenti

1. Blake, t. Teoria della bobina di Tesla. Recuperato da: TB3.com.
2. Burnett, r. Funzionamento della bobina Tesla. Recuperato da: Richieburnett.co.UK.
3. Tippens, p. 2011. Fisica: concetti e applicazioni. 7a edizione. MacGraw Hill. 626-628.
4. Università del Wisconsin-Madison. Bobina di Tesla. Recuperato da: meraviglie.Fisica.Wisc.Edu.
5. Wikiwand. bobina di Tesla. Recuperato da: wikiwand.com.