Никола Тесла по истине гениальный изобретатель всех времен. Он практически создал весь современный мир. Без его изобретений мы бы долго не знали о электрическом токе того, что знаем сейчас.
Одним из ярких и удивительных изобретений Тесла является его катушка или трансформатор. Который как нельзя лучше демонстрирует передачу энергии на расстоянии.
Чтобы провести эксперименты, порадовать и удивить друзей, вы дома можете собрать простой, но вполне работающий прототип. Для этого не понадобиться большое количество дефицитных деталей и много времени.
Для изготовления Катушки Тесла вам понадобиться:
- Банка от CD дисков.
- Кусок полипропиленовой трубки.
- Переключатель.
- Транзистор 2n2222 (можно отечественные типа кт815, кт817, кт805 и т.п.).
- Резистор 20-60 КОм.
- Провода.
- Проволока 0,08-0,3 мм.
- Батарейка 9 В или другой источник 6-15В.
Инструменты: нож канцелярский, пистолет с горячим клеем, шило, ножницы и может другой инструмент, который есть почти в каждом доме.
Изготовление катушки Тесла своими руками
Первым делом нам необходимо отрезать кусок полипропиленовой трубки длинной примерно 12-20 сантиметров. Диаметр трубы любой, берите какой есть под рукой.
Возьмем тонкую проволоку. Зафиксируем изолентой один конец и начинаем наматывать плотно, виток к витку, пока не закроем всю трубку, оставив 1 сантиметров от края. Как намотаем зафиксируем второй конец проволоки тоже изолентой. Можно горячим клеем, но в этом случае придется немного подождать.
Берем футляр от дисков и делаем три отверстия под проволоку. Смотрите фото.
Вырезаем паз под выключатель с помощью которого будем включать и выключать нашу катушку Тесла.
Чтобы смотрелось получше я покрасил коробку аэрозольной краской.
Вставляем переключатель. Приклеиваем катушку, намотанную на трубке, горячим клеем в середину банки.
Нижний конец проволоки пропускаем через отверстие.
Берем провод потолще. Из него сделаем силовую катушку.
Обматываем вокруг трубки с проволокой. Делаем не вплотную, на некотором расстоянии. Катушка 4-5 витком.
Оба конца, получившейся катушки, пропускаем в отверстия.
Далее собираем схему:
Транзистор я приклеил на горячий глей к крышке от газировки, которую предварительно приклеил так же на горячий клей. Да вообще все элементы, включая провода и батарейку фиксируем этим клеем.
Далее делаем электрод. Берем мячик от пинг-понга, гольфа или другой небольшой шарик и оборачиваем его алюминиевой фольгой. Излишки отрезаем ножницами.
Трансформатор, увеличивающий напряжение и частоту во много раз, называется трансформатором Тесла. Энергосберегающие и люминесцентные лампы, кинескопы старых телевизоров, зарядка аккумуляторов на расстоянии и многое другое создано благодаря принципу работы этого устройства. Не будем исключать его использование в развлекательных целях, ведь «трансформатор Тесла» способен создавать красивые фиолетовые разряды – стримеры, напоминающие молнию (рис. 1). В процессе работы образуется электромагнитное поле, способное воздействовать на электронные приборы и даже на организм человека, а при разрядах в воздухе происходит химический процесс с выделением озона. Чтобы сделать трансформатор Тесла своими руками, необязательно иметь широкие познания в области электроники, достаточно следовать этой статье.
Составные части и принцип работы
Все трансформаторы Тесла ввиду похожего принципа работы состоят из одинаковых блоков:
- Источник питания.
- Первичный контур.
Источник питания обеспечивает первичный контур напряжением необходимой величины и типа. Первичный контур создаёт колебания высокой частоты, генерирующие во вторичном контуре резонансные колебания. В результате на вторичной обмотке образуется ток большого напряжения и частоты, который стремится создать электрическую цепь через воздух - образуется стример.
От выбора первичного контура зависит тип катушки Тесла, источник питания и размер стримера. Остановимся на полупроводником типе. Он отличается простой схемой с доступными деталями, и маленьким питающим напряжением.
Подбор материалов и деталей
Произведём поиск и подбор деталей к каждому вышеперечисленному узлу конструкции:
После намотки изолируем вторичную катушку краской, лаком или другим диэлектриком. Это предотвратит попадание в неё стримера.
Терминал – дополнительная ёмкость вторичного контура, подключённая последовательно. При малых стримерах в нем нет необходимости. Достаточно вывести конец катушки на 0,5–5 см вверх.
После того, как собрали все необходимые детали для катушки Тесла, приступаем к сборке конструкции своими руками.
Конструкция и сборка
Сборку делаем по простейшей схеме на рисунке 4.
Отдельно устанавливаем источник питания. Детали можно собрать навесным монтажом, главное исключить замыкание между контактами.
При подключении транзистора важно не перепутать контакты (рис. 5).
Для этого сверяемся со схемой. Плотно прикручиваем радиатор к корпусу транзистора.
Собирайте схему на диэлектрической подложке: кусок фанеры, пластиковый поднос, деревянная коробка и др. Отделяем схему от катушек диэлектрической пластиной или доской, с миниатюрным отверстием для проводов.
Закрепляем первичную обмотку так, чтобы предотвратить падение и касание со вторичной обмоткой. В центре первичной обмотки оставляем место для вторичной катушки, с учётом того, что оптимальное расстояние между ними 1 см. Каркас использовать необязательно – достаточно надёжного крепления.
Устанавливаем и закрепляем вторичную обмотку. Делаем необходимые соединения согласно схеме. Посмотреть на работу изготовленного трансформатора Тесла можно на видео представленном ниже.
Включение, проверка и регулировка
Перед включением уберите электронные устройства подальше от места испытания, чтобы исключить их поломку. Помните об электробезопасности! Для успешного запуска по порядку выполняем следующие пункты:
- Выставляем переменный резистор в среднее положение. При подаче питания, убеждаемся в отсутствии повреждений.
- Визуально проверяем наличие стримера. Если он отсутствует, подносим к вторичной катушке люминесцентную лампочку или лампу накаливания. Свечение лампы подтверждает работоспособность «трансформатора Тесла» и наличие электромагнитного поля.
- Если устройство не работает, в первую очередь меняем местами выводы первичной катушки, а уже потом проверяем транзистор на пробой.
- При первом включении следите за температурой транзистора, при необходимости подключите дополнительное охлаждение.
Отличительной особенностью мощного трансформатора Тесла являются большое напряжение, большие габариты устройства и способ получения резонансных колебаний. Немного расскажем о том, как работает и как сделать трансформатор Тесла искрового типа.
Первичный контур работает на переменном напряжении. При включении, происходит заряд конденсатора. Как только конденсатор заряжается по максимуму, происходит пробой разрядника – устройства из двух проводников с искровым промежутком, наполненным воздухом или газом. После пробоя, образуется последовательная цепь из конденсатора и первичной катушки, называемая LC контуром. Именно этот контур создаёт высокочастотные колебания, которые создают во вторичной цепи резонансные колебания и огромное напряжение (рис. 6).
При наличии необходимых деталей, мощный трансформатор Тесла можно собрать своими руками даже в домашних условиях. Для этого достаточно внести изменения в маломощную схему:
- Увеличить диаметры катушек и сечение провода в 1,1 – 2,5 раза.
- Добавить терминал в форме тороида.
- Поменять источник постоянного напряжения на переменный с высоким повышающим коэффициентом, выдающим напряжение 3–5 кВ.
- Изменить первичный контур согласно схеме на рисунке 6.
- Добавить надёжное заземление.
Искровые трансформаторы Тесла могут достигать мощности до 4,5 кВт, следовательно, создавать стримеры больших размеров. Наилучший эффект получается при достижении одинаковых показателей частоты обоих контуров. Реализовать это можно расчётом деталей в специальных программах – vsTesla, inca и другие. Скачать одну из русскоязычных программ можно по ссылке: http://ntesla.at.ua/_fr/1/6977608.zip .
Многие из нас восхищаются гением Николы Тесла, который еще в 19 веке сделал такие открытия, что до сих пор не всё его научное наследие исследовано и понято. Одно из его изобретений получило название катушка Тесла или трансформатор Тесла. Подробнее про неё можно прочитать . А здесь мы рассмотрим, как изготовить простую катушку Тесла в домашних условиях.
Что нужно для изготовления катушки Тесла?
Чтобы изготовить катушку Тесла дома, за своим рабочим столом или даже на кухне, нам сначала необходимо запастись всем необходимым.
Итак, предварительно мы должны найти или приобрести следующее.
Из инструментов нам потребуется:
- Паяльник
- Клеевой пистолет
- Дрель с тонким сверлом
- Ножовка
- Ножницы
- Изолента
- Маркер
Для сбора самой катушки Тесла необходимо подготовить следующее:
- Кусок толстой полипропиленовой трубы диаметром 20 мм.
- Медная проволока диаметром 0,08-0.3 мм.
- Кусок толстого провода
- Транзистор типа КТ31117Б или 2N2222A (можно КТ805, КТ815, КТ817)
- Резистор 22 кОм (можно от 20 до 60 кОм брать резисторы)
- Источник питания (Крона)
- Шарик для пинг-понга
- Кусок пищевой фольги
- Основание, на чём будет крепиться изделие - кусок доски или пластика
- Провода для соединения нашей схемы
Подготовив все необходимое приступаем у изготовлению катушки Тесла.
Инструкция по изготовлению катушки Тесла
Самым трудоёмким процессом изготовления катушки Тесла в домашних условиях будет намотка вторичной обмотки L2. Это наиболее значимый элемент в трансформаторе Тесла. И намотка — трудоемких процесс, требующий аккуратности и внимания.
Приготовим основу. Для этого нам подойдет ПВХ труба диаметром от 2-х см.
Отметим на трубе необходимую длину - примерно от 9 до 20 см. Желательно соблюдать пропорцию 4-5:1. Т.е. если у вас труба диаметром 20 мм, то её длина составит от 8 до 10 см.
Затем отпилим ножовкой по оставленной маркером метке. Срез должен быть ровным и перпендикулярным к трубе, т. к. мы затем будем приклеивать эту трубу к доске, а сверху будет приклеен шарик.
Торец трубы надо зашкурить наждачной бумагой с обеих сторон. Необходимо убрать стружку, оставшуюся от отпиливания куска трубы, а также выровнять поверхность для приклеивания её к основе.
С двух концов трубы надо просверлить по одному отверстию. Диаметр этих отверстий должен быть такой, чтобы проволока, которую мы будем использовать при намотке, свободно прошла туда. Т.е. это должны быть маленькие отверстия. Если у вас нет такого тонкого сверла, то можно пропаять трубу, используя тонкий гвоздик, нагревая его на плите.
Пропускаем конец проволоки для намотки в трубу.
Фиксируем этот конец провода с помощью клеевого пистолета. Фиксацию производим с внутренней сторона трубы.
Начинаем намотку проволоки. Для этого можно использовать медную проволоку с изоляцией диаметром от 0,08 до 0,3 мм. Намотка должна быть плотной, аккуратной. Не допускайте перехлёстов. Количество витков от 300 до 1000, в зависимости от вашей трубы и диаметра проволоки. В нашем варианте применяется проволока 0,08 мм. диаметром и 300 витков намотки.
После того, как намотка закончена, обрежьте проволоку, оставив кусок сантиметров 10.
Проденьте проволоку в отверстие и закрепите с внутренней стороны с помощью капельки клея.
Теперь надо приклеить изготовленную катушку к основе. В качестве основы можно взять небольшую доску или кусок пластика размером 15-20 см. Для приклеивания катушки надо аккуратно намазать её торец.
Затем присоединяем вторичную обмотку катушки на свое место на основе.
Затем к основе приклеиваем транзистор, выключатель и резистор. Таким образом все элементы фиксируем на доске.
Делаем катушку L1. Для этого нам потребуется толстая проволока. Диаметр — от 1 мм. и больше, в зависимости от вашей катушки. В нашем случае толщины в 1 мм. проволоки будет достаточно. Берем остаток трубы и наматываем на него 3 витка толстой проволоки в изоляции.
Потом надеваем катушку L1 на L2.
Собираем все элементы катушки Тесла по по этой схеме.
Схема простой катушки Тесла
Все элементы и провода крепим к основе с помощью клеевого пистолета. Батарейку «Крона» также приклеиваем, чтобы ничего не болталось.
Теперь нам предстоит изготовить последний элемент трансформатора Тесла - излучатель. Его можно сделать из теннисного шарика, обернутого пищевой фольгой. Для этого берем кусок фольги и просто оборачиваем в неё шарик. Обрезаем лишнее, чтобы шарик был ровно завернут в фольгу и ничего не торчало.
Присоединяем шарик в фольге к верхнему проводу катушки L2, просовывая провод внутрь фольги. Закрепляем место присоединения кусочком изоленты и приклеиваем шарик к верхушке L2.
Вот и всё! Мы изготовили катушку Тесла своими руками! Так выглядит это устройство.
Теперь осталось только проверить работоспособность изготовленного нами трансформатора Тесла. Для этого надо включить устройство, взять в руки люминесцентную лампу и поднести к катушке. Мы должны увидеть, как загорается и горит поднесенная лампа прямо в руках!
Это означает, что всё получилось и всё работает! Вы стали обладателем собственноручно изготовленной катушки Тесла. Если вдруг возникли проблемы, то проверьте напряжение на батарейке. Часто, если батарейка долго где-то лежала, она уже не работает как положено.
Но надеемся, что у вас все получилось! Можно попробовать менять количества витков на вторичной обмотки катушки L2, а также и количество витков и толщину провода на катушке L1. Источник питания может также быть различным от 6 до 15 В. для таких небольших катушкек. Пробуйте, экспериментируйте! И у вас всё получится!
Катушка Тесла, которая несет имя изобретателя, является колебательным контуром, который состоит из двух катушек. Оно позволяет получить ток большого номинала и частоты.
Итак, что же нам понадобится:
- выключатель;
- резистор на 22 кОм;
- транзистор 2N2222A;
- коннектор для кроны;
- ПВХ труба длиной 8.5 см и диаметром 2 см;
- крона на 9 вольт;
- медная проволока с сечением 0.5 мм;
- кусок ламината;
- клеевой пистолет;
- паяльник;
- небольшой отрезок провода длиной 15 см.
Первым делом мы должны намотать медную проволоку на ПВХ трубку, отступая от краев приблизительно на 0.5 см. Для того, чтобы сначала проволока не отматывалась, автор идеи советует зафиксировать ее конец бумажным скотчем.
После того, как намотали проволоку, фиксируем также второй конец бумажным скотчем, чтобы проволока не наматывалась. Вырезаем конец проволоки кусачками. Катушка готова.
Теперь нужно приклеить ее к основе из куска ламината клеевым пистолетом.
На куске ламината также приклеиваем выключатель, транзистор и коннектор кроны.
Переходим к подсоединению проводов. Нижний медный провод, идущий от катушки припаиваем к среднему контакту на транзисторе.
Также к среднему контакту припаиваем резистор.
Кусок провода нам понадобится для вторичной обмотки. Его обматываем два раза вокруг катушки и фиксируем оба конца провода при помощи термоклея на основе.
Верхний конец провода вторичной обмотки припаиваем к свободному концу резистора.
Второй конец провода вторичной обмотки припаиваем к правому контакту на транзисторе. Для облегчения работы можно воспользоваться короткими отрезками проводков.
Далее контакты от резистора вместе с проводом от вторичной обмотки припаиваем к контакту от выключателя.
Тесла – это единица измерения электромагнитной индукции, названная так по фамилии известного физика-практика Никола Тесла. Этот учёный прославился своим участием в «войне тока», исследованиями в сфере электричества и электромагнитной индукции. Именно благодаря ему сейчас в бытовых целях используется именно переменный ток от крупных производящих предприятий.
Кроме того Никола Тесла известен созданием трансформатора своего имени, знаменитого тем, что обладает довольно интересными визуальными и физическими характеристиками.
Тайна Николя Тесла
Ранние годы Никола Теслы не предвещали ничего странного: учился, получил аттестат зрелости, после чего закончил Грацкий технический университет. Все изменилось в 1880 году. После смерти отца Никола пришлось переехать в Прагу, где он устроился работать инженером в одну из государственных компаний, занимающихся телефонным сообщением. В 1882 году у молодого Никола появляется теория о вращающемся магнитном поле.
Что достаточно интересно, одновременно законы электромагнитной индукции и вращающего поля заинтересовали и другого физика – итальянца Г. Феррариса. Они практически одновременно приступают к работе над электродвигателем, использующим энергию этого поля. В 1882 году Тесла увольняется из телефонной компании и переходит работать в компанию Эдисона, и с 1883 года Никола работает в Страсбурге, занимаясь асинхронным двигателем в свободное от основных задач время. В 1883 году двигатель был окончен, а его работа была продемонстрирована учёному совету.
По окончанию работ над вокзалом в Страсбурге Тесла возвращается в Париж, но так как руководство компании не выплатило ему причитающейся премии за проведённые работы, он увольняется и перебирается на постоянное место жительства в США. Существует ряд версий, что молодому учёному было предложено перебираться в Российскую империю, что, однако, представляется довольно спорным вопросом истории. В Российской Империи на тот момент не было достаточно развитых производств, где бы пригодился опыт молодого инженера-электрика.
Летом 1884 года по прибытию в Нью-Йорк Тесла вновь устраивается на работу в компании, принадлежащей Томасу Эдисону. Но уже в 1885 году между Эдисоном и молодым инженером Теслой возникает конфликт на почве спора, в результате которого Никола увольняется из компании. Нужно отметить, что в очередной раз причиной ссоры послужили финансовые средства, которые были обещаны Эдисоном за работу по усовершенствованию двигателей постоянного тока, но эти деньги так и не были выплачены. Речь шла о довольно значительной сумме в 50 тыс. долларов США.
После увольнения Тесла открыл свою компанию, в ходе развития которой он снова перешёл дорогу Томасу Эдисону, который был сторонником развития электросетей постоянного тока, в то время как Тесла предугадал выгоды переменного. В ходе конкурентной борьбы между этими направлениями началась так называемая «война токов», закончившаяся только в 2007 году.
Тем не менее, компания Тесла динамично развивалась, а сам учёный выдвигал все новые теории и предъявлял на суд учёного сообщества новые устройства и изобретения. Так, в 1917 году Теслой было предложено первое в мире устройство радиолокации для обнаружения подводных лодок. Но основной темой исследования Никола по-прежнему был закон электромагнитной индукции.
8 января 1943 года Никола Тесла умер в гостинице «Нью-Йоркер». С этим закончилась и эпоха его изобретений. В 20-ом веке вряд ли найдётся равный ему по живости ума и видению мира физик. Именем Теслы не названы законы физики, так как исследуемая им теория электромагнитного резонанса была открыта ещё до него. Тесла больше известен как физик-практик, созидатель, изобретавший новые устройства и пробивавший их использование.
Деятельность Н. Теслы до сих пор окружена загадками и тайнами, среди всего прочего ему приписывают взрыв на реке Тунгуска, известный как Тунгусский метеорит, не оставивший после себя никаких следов. Тайна Николы Теслы – это и землетрясение в Нью-Йорке, и мифические «Лучи смерти», и, конечно, Филадельфийский эксперимент и исчезновение эсминца «Элдридж».
Легенды о тайне Теслы будоражат воображения, хотя зачастую от них остались только слухи и байки очевидцев.
Трансформатор Теслы
Никола Тесла известен своими исследованиями в сфере высокочастотных резонансных трансформаторов, классическим образцом которых является трансформатор Теслы.
Патент на него был получен Никола в 1896 году, в нем трансформатор описывался как устройство для производства высокочастотных и высокопотенциальных токов. В этом аппарате использовались резонансные стоячие электромагнитные волны в двух катушках.
Первичная – включает в себя небольшое количество витков и служит рабочим элементом искрового контура, в котором также находится конденсатор. Вторичной обмоткой является прямая катушка, состоящая из большого количества витков обмотки. Если частота колебаний обоих контуров совпадает, то между концами катушки образуется высокое переменное напряжение. Этот эффект до настоящего времени используется в антеннах и усилителях.
При работе катушки возникают достаточно интересные вторичные эффекты, в том числе визуально различимые разряды четырёх типов:
- Стримеры, похожие на молнии, – разряды, состоящие из ионизированных частиц газа, стекающих на землю, но не уходящих в неё;
- Спарки – искровые разряды в виде молний, уходящих в землю, пучки ярких быстро меняющих цвет и направление искровых каналов;
- Дуговые разряды – возникает при высокой мощности трансформатора между ним и заземлённым предметом, который находится в непосредственной близости от устройства;
- Коронные – разряды в виде свечения ионизированного воздуха вокруг работающего трансформатора.
Нужно отметить, что большая часть световых эффектов возникает только при большой мощности работающего устройства. Обычным спутником высокочастотного трансформатора Теслы служат стримеры.
Мини-катушка Теслы своими руками
Энтузиасты собирают такие катушки из-за интересных оптических и физических характеристик этого устройства. Так, при работе трансформатора возникает свечение стримеров, кроме того ощутимое магнитное поле вокруг устройства.
Для того чтобы собрать трансформатор малой мощности самостоятельно, понадобятся навыки работы с паяльником, инструментом и некоторые материалы:
- резистор, 22 кОм;
- транзистор типа 2N2222A или его аналог;
- батарея типа «Крона»;
- медный эмаль-провод сечением 0,5м², около 200 см;
- медный эмаль-провод сечением 0,5 мм, длиной около 15 см;
- ПВХ или другая трубка из непроводящего материала для намотки.
На трубку ПВХ нужно ровно, без перехлестов, намотать 800-1000 витков проволоки, это будет вторичный контур трансформатора. Для удобства намотки конец провода лучше зафиксировать липкой лентой. Сама катушка в вертикальном положении фиксируется на основании из текстолита или ламината.
На это же основание устанавливается коннектор от батареи типа «Крона» и выключатель. К среднему контакту транзистора, также зафиксированному на основании, припаивается нижний провод от вторичной обмотки катушки, туда же припаивается резистор. Первичная катушка наматывается из десятка витков второго провода, поверх вторичной.
Верхний провод первичной обмотки припаивается к свободному контакту резистора, нижний конец провода ² к правому контакту транзистора. После чего концы проводов соединяются с выключателем и элементом питания.
Эта мини-катушка Тесла крайне маломощна – её поля хватит только на то, чтобы зажечь близко поднесённую лампу. Но в тоже время нужно отметить, что высокочастотные резонансные трансформаторы, особенно высокой мощности, являются достаточно опасными устройствами. Их работа может влиять как на незащищённые электроприборы, так и на состояние человека.
Законы электромагнитной индукции, исследованные Фарадеем и развитые Никола Теслой, по-прежнему нерушимы. Несмотря на флёр таинственности и загадочности, окружавший всю сознательную жизнь этого учёного, его опыты в большей степени привели к развитию физики и эволюции электросистем переменного тока.
Нужно отметить, что не будь Тесла столь настойчивым или уступи он Эдисону, сейчас на просторах мира работали бы не АЭС и ГЭС, а мини-электростанции, питавшие небольшие районы. Не нужно думаю напоминать, что дальняя передача постоянного тока крайне затруднена и требует большого сечения проводов.
Известен Тесла и участием в полумифическом Филадельфийском эксперименте, именно с его именем и исследованиями связывают исчезновение эсминца «Элдридж».
«Война токов», начатая в начале XX века между Эдисоном и Теслой, шла и после их смерти. Так, в некоторых европейских странах до 60-х годов использовался постоянный ток во внутренних сетях. Последний пользователь постоянного тока в США был отключён только в 2007 году. Нужно отметить, что именно благодаря этой борьбе появились поезда Вестингауза и казнь на электрическом стуле. Её пролоббировал Эдисон, чтобы показать опасность переменного электрического тока. Но, несмотря на опасность для человека, законы физики не обмануть, именно переменный ток обладает рядом преимуществ при передаче его на большие расстояния.
Что такое тесла? Это единица измерения электромагнитной индукции, получившее своё название в честь величайшего учёного-физика ХХ-века, посвятившего свою жизнь изучению явлений магнетизма.
Видео