Содержание
О том, что физик Никола Тесла был гениальным изобретателем и значительно опередил свое время, слышали многие. К сожалению, по ряду причин большинство его изобретений так и не увидели свет. Но одно из самых неоднозначных – катушка Тесла, сохранилось до наших времен и нашло применение в медицине, военной отрасли и световых шоу.
Описание прибора
Если очень коротко, то катушка Тесла (КТ) – это резонансный трансформатор, создающий высокочастотный ток. Есть информация, что в своих экспериментах военные довели катушку до мощности в 1 Тгц.
Тут стоит затронуть такой вопрос – зачем Тесла ее изобрел? Согласно записям ученый работал над технологией беспроводной передачи электроэнергии. Вопрос крайне актуальный для всего человечества. В теории с помощью эфира две мощные КТ, размещенные в паре километров друг от друга, смогут передавать электричество. Для этого они должны быть настроены на одинаковую частоту. Также есть мнение, что КТ может стать своего рода вечным двигателем.
Внедрение данной технологии сделает все имеющиеся сегодня АЭС, ТЭС, ГЭС и прочие просто ненужными. Человечеству не придется сжигать твердые ископаемые, подвергаться риску радиационного заражения, перекрывать русла рек. Но ответ на вопрос, почему никто не развивает данную технологию, остается за конспирологами.
Принцип работы
Сегодня многие домашние электрики пытаются собрать КТ, при этом не всегда понимая принцип работы трансформатора Тесла, из-за чего терпят фиаско. На самом деле КТ недалеко ушла от обычного трансформатора.
Есть две обмотки – первичная и вторичная. Когда к первичной обмотке подводят переменное напряжение от внешнего источника, вокруг нее создается магнитное поле или, как его еще называют, колебательный контур. Когда заряд пробьет разрядник, через магнитное поле энергия начнет перетекать к вторичной обмотке, где будет образовываться второй колебательный контур. Часть накапливаемой в контуре энергии будет представлена напряжением. Ее величина будет прямо пропорциональна времени образования контура.
Таким образом, в КТ имеется два связанных между собой колебательных контура, что и является определяющей характеристикой при сравнении с обычными трансформаторами. Их взаимодействие создает ионизирующий эффект, из-за чего мы видим стримеры (разряды молний).
Устройство катушки
Трансформатор Тесла, схема которого будет представлена ниже, состоит из двух катушек, тороида, защитного кольца и, конечно, заземления.
Необходимо рассмотреть каждый элемент в отдельности:
- первичная катушка располагается в самом низу. К ней подводится питание. Она обязательно заземляется. Делается из металла с малым сопротивлением;
- вторичная катушка. Для обмотки используют эмалированную медную проволоку примерно на 800 витков. Таким образом витки не расплетутся и не поцарапаются;
- тороид. Данный элемент уменьшает резонансную частоту, накапливает энергию и увеличивает рабочее поле.
- защитное кольцо. Представляет из себя незамкнутый виток медного провода. Устанавливается, если длина стримера больше длины вторичной обмотки;
- заземление. Если включить незаземленную катушку, стримеры (разряды тока) не будут бить в воздух, а создадут замкнутое кольцо.
Самостоятельное изготовление
Итак, простейший способ изготовления катушки Теслы для чайников своими руками. Часто в интернете можно увидеть суммы, превышающие стоимость неплохого смартфона, но на деле трансформатор на 12V, который даст возможность насладиться включением светильника без использования розетки, можно собрать из кучи гаражного хлама.
Понадобится медная эмалированная проволока. Если эмалированной не найти, тогда дополнительно понадобится обычный лак для ногтей. Диаметр провода может быть от 0.1 до 0.3 мм. Чтобы соблюсти количество витков понадобиться около 200 метров. Намотать можно на обычную ПВХ-трубу диаметром от 4 до 7 см. Высота от 15 до 30 см. Также придется прикупить транзистор, например, D13007, пара резисторов и проводов. Неплохо было бы обзавестись кулером от компьютера, который будет охлаждать транзистор.
Теперь можно приступить к сборке:
- отрезать 30 см трубы;
- намотать на нее проволоку. Витки должны быть как можно плотнее друг к другу. Если проволока не покрыта эмалью, покрыть в конце лаком. Сверху трубы конец провода продеть через стенку и вывести наверх так, чтобы он торчал на 2 см выше поставленной трубы.;
- изготовить платформу. Подойдет обычная плита из ДСП;
- можно делать первую катушку. Нужно взять медную трубу 6 мм, выгнуть ее в три с половиной витка и закрепить на каркасе. Если диаметр трубки меньше, то витков должно быть больше. Ее диаметр должен быть на 3 см больше второй катушки. Закрепить на каркасе. Тут же закрепить вторую катушку;
- способов изготовления тороида довольно много. Можно использовать медные трубки. Но проще взять обычную алюминиевую гофру и металлическую перекладину для крепления на выпирающем конце проволоки. Если проволока слишком хлипкая, чтобы удержать тороид, можно использовать гвоздь, как на картинке ниже;
- не стоит забывать про защитное кольцо. Хотя если один конец первичного контура заземлить, от него можно отказаться;
- когда конструкция готова, транзистор соединяется по схеме, крепится к радиатору или кулеру, далее нужно подвести питание и монтаж окончен.
В качестве питания установки многие используют обычную крону Дюрасель.
Расчет катушки
Расчет КТ обычно производится при изготовлении трансформатора промышленной величины. Для домашних экспериментов достаточно использовать приведенные выше рекомендации.
Сам расчет подскажет оптимальное количество витков для вторичной катушки в зависимости от витков первой, индуктивность каждой катушки, емкость контуров и, самое важное, необходимую рабочую частоту трансформатора и емкость конденсатора.
Меры безопасности
Собрав КТ, перед запуском нужно принять некоторые меры предосторожности. Во-первых, нужно проверить проводку в помещении, где планируется подключение трансформатора. Во-вторых, проверить изоляцию обмоток.
Также стоит помнить, о простейших мерах предосторожности. Напряжение вторичной обмотки в среднем равняется 700А, 15А для человека уже смертельно. Дополнительно стоит подальше убрать все электроприборы, попав в зону работы катушки, они с большой вероятностью сгорят.
КТ – это революционное открытие своего времени, недооцененное в наши дни. Сегодня трансформатор Тесла служит лишь для развлечения домашних электриков и в световых представлениях. Сделать катушку можно самостоятельно из подручных средств. Понадобятся ПВХ труба, несколько сотен метров медного провода, пара метров медных труб, транзистор и пара резисторов.
Никола Тесла – легендарная личность, причем о смысле некоторых его изобретений спорят и по сей день. В мистику мы вдаваться не будем, а поговорим лучше о том, как сделать кое-что эффектное по «рецептам» Теслы. Это катушка Тесла. Увидев ее один раз, вы никогда не забудете это невероятное и удивительное зрелище!
Общие сведения
Если говорить о простейшем таком трансформаторе (катушке), то он состоит из двух катушек, у которых нет общего сердечника. На первичной обмотке должно быть не менее десятка витков толстой проволоки. На вторичную наматывают уже минимум 1000 витков. Учтите, что катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на второй обмотке к первой.
На выходе напряжение такого трансформатора может превышать несколько миллионов вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров.
Когда возможности трансформатора были впервые продемонстрированы публике?
В городке Колорадо Спрингс однажды полностью сгорел генератор на местной электростанции. Причина была в том, что ток от него шел на питание первичной обмотки изобретения Николы Тесла. В ходе этого гениального эксперимента ученый впервые доказал сообществу, что существование стоячей электромагнитной волны — реальность. Если вашей мечтой является катушка Тесла, своими руками сложнее всего сделать именно первичную обмотку.
Вообще, смастерить ее самому не так уж и сложно, но куда труднее придать готовому изделию визуально привлекательный облик.
Простейший трансформатор
Сперва вам придется где-то отыскать источник высокого напряжения, причем минимум на 1,5 кВ. Впрочем, лучше всего сразу рассчитывать на 5 кВ. Затем крепим все это к подходящему конденсатору. Ежсли его емкость будет излишне велика, можно немного поэкспериментировать с диодными мостами. После этого делаете так называемый искровой промежуток, ради эффекта от которого и создается вся катушка Тесла.
Сделать его просто: берем пару проводов, а затем так скручиваем их изолентой, чтобы заголенные концы смотрели в одну сторону. Очень аккуратно регулируем зазор между ними, чтобы пробой был при напряжении чуть выше такового для источника питания. Не беспокойтесь: так как ток переменный, то на пике напряжение всегда будет немного выше заявленного. После этого всю конструкцию можно подключать к первичной обмотке.
В этом случае для изготовления вторичной можно намотать всего 150-200 витков на любую картонную втулку. Если все сделаете правильно, то получится неплохой разряд, а также заметная его ветвистость. Очень важно хорошо заземлить вывод со второй катушки.
Вот такая получилась простейшая катушка Тесла. Своими руками сделать ее сможет каждый, кто имеет хотя бы минимальные познания в электрике.
Конструируем более «серьезное» устройство
Все это хорошо, но как устроен трансформатор, который не стыдно показать даже на какой-нибудь выставке? Сделать более мощное устройство вполне реально, но для этого нужно будет намного больше поработать. Сперва предупредим, что для проведения таких опытов у вас должна быть очень надежная проводка, иначе беды не избежать! Итак, что нужно брать в расчет? Катушки Тесла, как мы уже и говорили, нуждаются в действительно высоком напряжении.
Оно должно быть минимум 6 кВ, иначе красивых разрядов вам не видать, да и настройки будут постоянно сбиваться. Кроме того, искровик нужно делать только из цельнолитых кусков меди, причем ради вашей же собственной безопасности их следует максимально прочно зафиксировать в одном положении. Мощность всего «хозяйства» должна быть минимум 60 Вт, но лучше брать 100 и больше. Если это значение ниже, то у вас точно не получится действительно зрелищная катушка Тесла.
Очень важно! И конденсатор, и первичная обмотка обязательно должны в конечном счете образовать специфический колебательный контур, входящий в состояние резонанса со вторичной обмоткой.
Имейте в виду, что обмотка может резонировать сразу в нескольких различных диапазонах. Опыты показали, что имеет место частота 200, 400, 800 или 1200 кГц. Как правило, все это зависит от состояния и месторасположения первичной обмотки. Если у вас нет генератора частот, то придется экспериментировать с емкостью конденсатора, а также менять количество витков на обмотке.
Еще раз напоминаем, что нами обсуждается бифилярная катушка Тесла (с двумя катушками). Так что к вопросу намотки следует подходить серьезно, ведь иначе ничего толкового из затеи не выйдет.
Некоторые сведения о конденсаторах
Заметим, что катушка Тесла на транзисторе нами не рассматривается. Ведь вы попросту не найдете транзисторов с нужными характеристиками.
Важно!
Вообще, еще раз напоминаем: перед тем как собрать катушку Тесла, проверьте состояние всей проводки в доме или квартире, позаботьтесь о наличии качественного заземления! Это может показаться занудным увещеванием, но с таким напряжением не шутят!
Обязательно нужно очень надежно изолировать обмотки друг от друга, так как в противном случае пробитие вам будет гарантировано. На вторичной обмотке желательно делать изоляцию между слоями витков, так как любая более-менее глубокая царапина на проволоке будет украшена небольшой, но чрезвычайно опасной короной разряда. А сейчас – за дело!
Приступаем к работе
Как можно заметить, элементов для сборки вам потребуется не так уж и много. Вот только нужно помнить, что для правильной работы устройства нужно не только правильно собрать, но и правильно настроить! Однако обо всем по порядку.
Трансформаторы (МОТы) можно демонтировать из любой старой микроволновки. Это практически стандартный силовой трансформатор, но у него есть одно важное отличие: его сердечник практически всегда работает в режиме насыщения. Таким образом, весьма компактное и простое устройство вполне может выдавать вплоть до 1,5 кВ. К сожалению, есть у них и специфические недостатки.
Так, величина тока холостого хода равна приблизительно трем-четырем амперам, да и нагрев даже в простое очень велик. У среднестатистической микроволновки МОТ выдает порядка 2-2,3 кВ, а сила тока равна приблизительно 500-850 мА.
Характеристики МОТов
Внимание! У этих трансформаторов первичная обмотка начинается снизу, тогда как вторичная расположена наверху. Такая конструкция обеспечивает лучшую изоляцию всех обмоток. Как правило, на «вторичке» находится накальная обмотка от магнетрона (приблизительно 3,6 Вольт). Между двумя слоями металла внимательный мастер может заметить пару каких-то металлических перемычек. Это магнитные шунты. Для чего они нужны?
Дело в том, что они замыкают на себе некоторую часть того магнитного поля, которое создает первичная обмотка. Это сделано для стабилизации поля и самого тока на второй обмотке. Если их нет, то при малейшем замыкании вся нагрузка идет на «первичку», а ее сопротивление совсем невелико. Таким образом, эти небольшие детали защищают трансформатор и вас, так как предотвращают многие неприятные последствия. Как ни странно, их все же лучше удалить? Почему?
Помните, что в микроволновой печи проблема с перегревом сего важного устройства решается путем установки мощных вентиляторов. Если же у вас трансформатор, в котором нет шунтов, то его мощность и тепловыделение значительно выше. У всех импортных микроволновых печей они чаще всего обстоятельно залиты эпоксидной смолой. Так почему же их нужно удалить? Дело в том, что в этом случае значительно снижается «просадка» тока под нагрузкой, что для наших целей очень важно. Как же быть с перегревом? Рекомендуем поместить МОТ в трансформаторное масло.
Кстати, плоская катушка Тесла вообще обходится без ферромагнитного сердечника и трансформатора, но нуждается в подаче тока еще большего напряжения. Из-за этого испытывать что-то подобное в домашних условиях настоятельно не рекомендуется.
Еще раз о технике безопасности
Маленькое дополнение: на вторичной обмотке напряжение такое, что поражение током при ее пробое приведет к гарантированной смерти. Помните, что схема катушки Тесла предполагает силу тока 500-850 А. Максимальное значение этой величины, которое еще оставляет шанс на выживание, равно… 10 А. Так что при работе ни на секунду не забывайте о простейших мерах предосторожности!
Где и за сколько купить комплектующие?
Увы, но есть и некоторые плохие новости: во-первых, приличный МОТ стоит минимум две тысячи рублей. Во-вторых, отыскать его на прилавках даже специализированных магазинов практически нереально. Есть надежда разве что на развалы и «блошиные рынки», по которым придется немало побегать в поисках искомого.
Если есть возможность, обязательно используйте МОТ от старой советской микроволновой печи «Электроника». Он не так компактен, как импортные аналоги, но зато и работает в режиме обычного трансформатора. Его промышленное обозначение — ТВ-11-3-220-50. Мощность он имеет приблизительно 1,5 кВт, на выходе выдает около 2200 Вольт, сила же тока равна 800 мА. Короче говоря, параметры весьма приличные даже для нашего времени. Кроме того, у него есть дополнительная обмотка на 12 В, идеальная в качестве источника питания для вентилятора, который будет охлаждать искровик Теслы.
Что еще нужно использовать?
Качественные высоковольтные конденсаторы из керамики серий К15У1, К15У2, ТГК, КТК, К15-11, К15-14. Отыскать их сложно, так что лучше иметь в хороших друзьях профессиональных электриков. Как же быть с фильтром ВЧ? Понадобятся две катушки, которые могут надежно отфильтровать высокие частоты. В каждой из них должно быть не менее 140 витков качественного медного провода (в лаке).
Некоторые сведения об искровике
Искровик предназначен для возбуждения колебаний в контуре. Если его в схеме не будет, то питание пойдет, а вот резонанс — нет. Кроме того, блок питания начинает «пробивать» через первичную обмотку, что практически гарантированно приводит к короткому замыканию! Если искровик не замкнут, высоковольтные конденсаторы не могут заряжаться. Как только происходит его замыкание, в контуре начинаются колебания. Именно для предотвращения некоторых проблем используют дросселя. Когда искровик замыкается, дроссель предотвращает утечку тока от блока питания, а уж потом, когда контур будет разомкнут, начинается ускоренная зарядка конденсаторов.
Характеристика устройства
Напоследок мы скажем еще несколько слов о самом трансформаторе Теслы: для первичной обмотки вы вряд ли сможете отыскать медный провод нужного диаметра, так что проще использовать медные трубки от холодильного оборудования. Число витков – от семи до девяти. На «вторичку» нужно намотать не менее 400 (до 800) витков. Точное количество определить невозможно, так что придется ставить опыты. Один выход подключается к ТОРу (излучателю молний), а второй очень (!) надежно заземляется.
Из чего сделать излучатель? Используйте для этого обыкновенную вентиляционную гофру. Перед тем как сделать катушку Тесла, фото которой есть здесь же, обязательно подумайте, как сконструировать ее более оригинальной. Ниже есть несколько советов.
В завершение…
Увы, но никакого практического применения у этого эффектного устройства нет и по сию пору. Кто-то показывает опыты в институтах, кто-то зарабатывает на этом, устраивая парки «чудес электричества». В Америке один весьма чудной товарищ пару лет назад так и вовсе соорудил из катушки Тесла… рождественскую елку!
Чтобы сделать ее красивее, он наносил различные вещества на излучатель молний. Имейте в виду: борная кислота дает зеленый цвет, марганец делает «елку» синей, а литий придает ей малиновый окрас. До сих пор идут споры об истинном назначении изобретения гениального ученого, но сегодня это – обычный аттракцион.
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.
- Вторичный 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:
- Для питания потребуется 12 – 19 В постоянного напряжения. Подойдёт машинный аккумулятор, зарядное устройство от ноутбука или понижающий трансформатор с диодным мостом, для получения постоянного тока.
- Найдём детали для первичного контура:
— Переменный резистор R1 с номиналом 50 кОм. Для удачной сборки не забудьте соединить два контакта этого резистора согласно схеме.
— Резистор R2 с номиналом 75 Ом.
— Транзистор VT1 D13007 или советский аналог с n-p-n структурой.
— Радиатор для охлаждения транзистора можно поискать на мощных транзисторах в неисправной технике. Размер напрямую влияет на качество охлаждения.
— Первичная обмотка трансформатора Тесла. Проводником может быть простая медная трубка или провод диаметром 0,5–1 см. Обмотка делается плоской, цилиндрической или конической (рис. 2).
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.
Мощная катушка Тесла
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.
