Как сделать катушку тесла своими руками. бифилярная катушка тесла

1891 год. Начало

Ровно 130 лет назад еще никому не известный сербско-американский ученый Никола Тесла разработал устройство, генерирующее и передающее электричество без проводов. Так называемая катушка Тесла — электрический резонансный трансформатор. Радиочастотный генератор для получения высокого напряжения, при низких токах приводящий в действие трансформатор. Катушка работает по принципу электромагнитной индукции: проводник помещается в переменное магнитное поле и генерирует напряжение на проводнике. Тесла устраивал демонстрации, которые теперь можно увидеть на школьных уроках физики, показывающие, как можно использовать катушку для беспроводного зажигания газоразрядных ламп, расположенных на расстоянии до нескольких метров от источника электромагнитного поля.

По моему мнению, именно изобретение высокочастотного трансформатора и привело Теслу к многолетним мечтам о беспроводном электричестве. Ведь катушка Теслы действительно на это способна. Вот только есть ли в этом практический смысл?

Тесла намного опередил свое время. Так говорят многие. Но в целом складывается впечатление, что опережение это произошло в мечтах Теслы, а не в реальных достижениях. Его амбиции выходили за пределы катушки собственного изобретения. Он представлял мир, в котором все человечество могло бы иметь дешевое или даже бесплатное электричество.

Свет

Конечно, Тесла не придумал свет (немного абсурдно), но он сделал не менее важное, инженер нашел способ сохранять и передавать свет. Так, например, разработал флуоресцентные лампы у себя в лаборатории. Промышленность  «открыла» их спустя лишь  40 лет

Промышленность  «открыла» их спустя лишь  40 лет.

Кстати, интересный факт: на тематической всемирной выставке Никола сделал имена ученых  из стеклянных трубок, согнув их, тем самым первым в мире открыл способ неоновой рекламы.

Да, это интересно, но было и другое. Одно из известных и надо отметить  противоречивых изобретений была  знаменитая «катушка Теслы». так называемый резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение высокой частоты. Запатентовано устройство 22 сентября 1896 года, под названием  «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала». Суть работы резонансного трансформатора объясняется на примере качелей. Вы раскачиваете их, прикладывая постоянные усилия, происходят колебания. Из физики ясно, что максимальная амплитуда будет пропорциональна усилиям, приложенным к качелям.

Трансформатор Теслы — в качестве качелей используется вторичный колебательный контур, а воздействие оказывает генератор.

При работе катушка Тесла демонстрирует яркие эффекты, вызванные образованием различных видов газовых разрядов. Для большинства людей крайне интересно само красивое явление, многие, для этого их и создают.

Катушка может производить 4 вида разрядов:

1. Стримеры — видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
2. Спарк — искры. Разряд попадает в землю или в заземлённый предмет. Яркий, нитевидный пучок полосок, быстро сменяющих друг друга.
3. Коронный разряд — голубоватое свечение, ионы в электрическом поле.
4. Дуговой разряд — заметен при высокой мощности трансформатора, при  близком размещении заземлённого предмета, загорается дуга, она может увеличиваться, растягиваться, если изначально прикоснуться к терминалу и отводить предмет на расстояние. При недостаточной мощности катушки дуговой разряд повредит ее компоненты.

Изобретения Николы Тесла не признавали порой из-за не развитости науки на то время. Например, крупная промышленность ни коем образом не верила в идею, что Земля — это огромный магнит, способный генерировать электричество, используя частоты в качестве передатчика, и все что вам нужно на другом конце, чтобы ею воспользоваться — это приемник, как в случае радио.

Принцип работы

Трансформатор Теслы состоит из двух обмоток: первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их часто называют «первичной» и «вторичной»). На первичную обмотку подается переменное напряжение, которое создает магнитное поле. С помощью этого поля энергия от первичной обмотки передается вторичной. В этом трансформатор Тесла очень похож на более распространенный «железный» трансформатор.

Вторичная обмотка вместе со своей паразитной емкостью (Cs) образует колебательный контур, в котором накапливается переданная ей энергия. Часть времени вся энергия колебательного контура сохраняется в виде напряжения. Итак, чем больше энергии мы накачиваем в цепь, тем больше напряжения мы получаем.

Простая схема катушки Тесла.

Тесла имеет три основных характеристики: резонансную частоту вторичного контура, коэффициент связи первичной и вторичной обмоток и добротность вторичного контура.

Что такое резонансная частота колебательного контура, читатель должен знать. Более подробно остановлюсь на коэффициенте связи и добротности.

Коэффициент связи определяет, насколько быстро энергия от первичной обмотки передается вторичной, а коэффициент добротности определяет, как долго колебательный контур может сохранять энергию.

Аналогия с качелями

Чтобы лучше понять, как колебательный контур накапливает энергию и откуда такое большое напряжение в тесле, представьте себе колебание, которое раскачивает здоровый человек. Колебание – это колебательный контур, человек – первичная обмотка. Скорость поворота – это ток во вторичной обмотке, а высота подъема – это наше долгожданное напряжение.

Мужчина толкает качели, а затем передает им энергию. Итак, после нескольких толчков качели раскачивались и взлетали как можно выше – они накапливали много энергии. То же самое происходит с теслой, только когда энергии слишком много, происходит воздушный разрыв и мы видим нашу прекрасную косу.

Конечно, качать качели нужно не во всех случаях, а в точном соответствии с собственными колебаниями. Количество колебаний колебания в секунду называется «резонансной частотой”.

Отрезок траектории полета качелей, во время которого человек их толкает, определяет коэффициент сцепления. Если человек постоянно держит качели своей тяжелой рукой, он будет очень быстро замахиваться, но колебания могут отклоняться только на длину руки человека. В этом случае говорят, что коэффициент связи равен единице. Наши качели с высоким коэффициентом связи – аналог обычного трансформатора.

Давайте теперь рассмотрим ситуацию, когда мужчина немного толкает качели. В этом случае коэффициент связи невелик и колебания отклоняются гораздо дальше – человек их теперь не удерживает. Качели нужно будет раскачивать дольше, но даже очень слабый мужчина сможет их потянуть, слегка подталкивая их каждый период качания. Это колебание является аналогом трансформатора Теслы. Чем выше коэффициент связи, тем быстрее энергия закачивается во вторичный контур, но при этом выходное напряжение тесла ниже.

Теперь давайте посмотрим на коэффициент Q. Доброта – это противоположность трения вобуляции. Если трение будет очень большим (низкая добротность), человек своими слабыми рывками не сможет их раскачать. Следовательно, коэффициент связи и добротность кольца должны быть согласованы для получения максимальной высоты поворота (максимальной длины косы).

Поскольку добротность вторичной обмотки в трансформаторе Тесла не является постоянной величиной (она зависит от стримера), очень трудно согласовать эти два значения, и поэтому они просто выбираются эмпирически. Кратко о принципе работы трансформатора можно увидеть на видео.

Включение, проверка и регулировка

Первый запуск рекомендуется начинать на открытом воздухе, также стоит снять все самые дальние приборы, чтобы исключить выход из строя

Помните о мерах предосторожности! Для начала выполните следующие действия:

1. Они проходят по всей цепочке ниток и проверяют, чтобы оголенные контакты нигде не касались и все узлы были плотно закреплены. Между болтами в ловушке оставлен небольшой зазор.
2. Приложите напряжение и наблюдайте, как появляется стример. При ее отсутствии на вторичную обмотку подводят люминесцентную лампу или лампу накаливания. Рекомендуется закрепить их на диэлектрике; подойдет кусок трубы ПВХ. Появление свечения подтверждает, что трансформатор Тесла исправен.
3. При отсутствии люминесценции поменяйте местами выводы первичной обмотки.

Если не сработало с первого раза, не отчаивайтесь. Попробуйте изменить количество витков вторичной обмотки и расстояние между обмотками. Затяните болты в ловушке.

Устройство катушки Тесла

В настоящее время существует много схем, по которым изготовливают катушки Тесла. Наиболее простой трансформатор Тесла состоит и следующих элементов:

• Источник питания
• Трансформатор
• Конденсаторы
• Первичная и вторичная обмотки катушки
• Тороид
  Разрядник
• Заземление

Вторичная обмотка катушки

Наиболее значимым элементом в катушке Тесла является вторичная обмотка. Можно своими руками изготовить трансформатор Тесла. Сначала нам потребуется найти каркас-основу для вторичной обмотки. Для этого хорошо подойдет пластиковая канализационная труба. Соотношение длины к диаметру трубы должно быть от 4:1 до 5:1.Т.е. длина каркаса должна превышать диаметр в 4-5 раз.

На такую трубу надо намотать порядка 1000 витков проволоки. Для обмотки лучше брать медный провод в изоляции диаметром от 0,08 до 0,3 мм. Намотка должна быть аккуратной, плотной, без перехлёстов. После того, как обмотка закончена, следует покрыть её несколькими слоями лака. Это предохранит обмотку от физических повреждений и от пробоев электричества.

Первичная обмотка

Для первичной обмотки можно взять медную трубку толстого диаметра или толстый кабель. Для не слишком сильных трансформаторов Тесла подойдет медная трубка или провод диаметром 5-6 мм. Если планируется более мощная катушка, то диаметр трубы или провода для намотки увеличивают исходя из планируемой мощности.

Для первичной обмотки потребуется всего несколько витков провода или медной трубки. Обычно делают от 3-х до 10 витков. По своей форме первичную обмотку можно делать как цилиндрическую, так и в виде конуса или изготовить в одной плоскости.

Другие элементы трансформатора Тесла

Тороид создает поле статического электричества. Помогает накапливать энергию для разряда . А также применение тороида в конструкции катушки Тесла защищает вторичную обмотку. Статическое электричество, создаваемое тороидом, отталкивает ионизированные газовые каналы, возникающие на тороиде или разряднике — стримеры. Эти стримеры можно наблюдать в виде тонких светящихся нитей.

Можно вместо тороида поставить простой разрядник. Он изготавливается в виде заостренного металлического штырька. Для небольших трансформаторов Тесла хорошо подойдет шарик от пинг-понга, обмотанный фольгой. Один из концов проволоки от вторичной обмотки подсоединяют к фольге этого шарика.

Чтобы защитить от попадания стримеров на первичную обмотку можно поставить кольцо защиты. Такое защитное кольцо изготовляется из одного медного витка. Проволока должна быть потолще диаметром, чем материал первичной обмотки. А диаметр самого защитного кольца делают шире диаметра первичной обмотки катушки. Кольцо защиты надо заземлить.

Существует множество модификаций катушки Тесла. В продаже такие катушки стоят очень дорого и применяются для демонстрации дуговых разрядов, спарков (искровой разряд), коронных разрядов и светящихся ионизированных газовых каналов — стримеров. Любители своими руками изготавливают катушки Тесла. Существует множество схем и видео того, как это можно сделать в домашних условиях.

Но во всех схемах основа остается неизменной. Это сама катушка из 2-х обмоток, разрядник, источник питания и еще пара элементов. Это не сложно сделать, и каждый, кто умеет держать паяльник в руках, способен на это. А с помощью такой катушки можно удивлять друзей, показывая фокусы, зажигая лампочку без проводов в своих руках. В этой статье читайте о том, как изготовить простую катушку Тесла в домашних условиях.

Бифилярная катушка что это

Бифилярная катушка – это такая электромагнитная катушка, у которой есть в наличии две параллельных, близко расположенных обмотки. Также могут использоваться и три провода, изолированных друг от друга – такое устройство будет носить название «трифилярная катушка».

В электротехнике словом «бифиляр» описывают проводник или же провод, который изготовлен из нескольких (в частности, двух – от слова «би») жил, изолированных друг от друга. Этот термин часто используется для обозначения специальных типов проводов для обмоток трансформатора. Бифилярный провод в основном представляет собой два цветных соединенных вместе эмалированных и изолированных провода.

Бифилярная катушка- это устройство, которое нужно и можно классифицировать по способу применения. Всего существует четыре основных типа такого приспособления:

1. Катушка с последовательным соединением и параллельной намоткой.
2. Параллельные соединение и намотка.
3. Катушка намотана встречно, а соединение последовательное.
4. Обмотка катушки выполнена как и в предыдущем пункте (встречно), но соединение уже параллельное.

Бифилярная катушка обычно намотана так, что в обоих ее составляющих ток будет протекать по одному и тому же направлению. Создаваемое первой обмоткой магнитное поле будет складываться с полем, создаваемым другой катушкой. Этот эффект приводит к наложению полей и созданию общего большого магнитного потока.

Есть случаи, когда бифилярная катушка собирается чуть-чуть иначе. Например, когда витки обмоток расположены таким образом, чтобы электрический ток протекал в противоположных направлениях. Это так называемые катушки с нулевым коэффициентом самоиндукции (потому что магнитное поле, создаваемое одной обмоткой, будет по направлению противоположно полю, создаваемому второй обмоткой, однако будет равно ему по значению, что в случае наложения полей в сумме дает ноль).

Такие приспособления часто используют в современной электронной технике как один из способов создания резистора проволочного с маленькой индуктивностью.

Еще один тип таких устройств, как бифилярные катушки, можно увидеть в обмотках реле или трансформаторов. Их используют также в импульсных источниках электрического питания благодаря их способности подавлять обратную электродвижущую силу (ЭДС). Намотка катушек индуктивности в таком случае выполнена следующим образом. Две обмотки расположены очень близко друг к другу и намотаны параллельно друг другу, но эффективно изолированы. Основная обмотка будет управлять реле, а вот вспомогательная обмотка коротко замкнута внутри корпуса. Ток через первую обмотку прерывается (когда отключается реле), идет поглощение части магнитной энергии вспомогательной обмоткой. Такие бифилярные катушки, кроме того, вырабатывают тепло для повышения внутреннего сопротивления.

При применении такой катушки в импульсных трансформаторах одна обмотка используется в качестве рассеивателя энергии. Из-за близости намоток оба проводника улавливают один магнитный поток и компенсируют его.

Конструкция и сборка

Трансформатор Тесла был запатентован в 1896 г. и по своей конструкции прост для исполнения. Он включает в себя:

1. Первичную катушку с обмоткой из медной жилы сечением от 6 мм², в количестве достаточном для 5-7 витков.
2. Вторичную катушку из диэлектрического материала и провода диаметром до 0,5 мм и длиной достаточной для 800-1000 витков.
3. Полусферы разрядника.
4. Конденсаторов.
5. Защитного кольца из медной жилы, как на первичной обмотке трансформатора.

Особенность прибора заключается в том, что его мощность не зависит от мощности питающего источника. Важнее физические свойства воздуха. Устройство может создавать колебательные контуры различными методами:

• с использованием разрядника искрового промежутка;
• с помощью генератора колебания на транзисторах;
• на лампах.

Для изготовления трансформатора Тесла своими руками потребуется:

1. Для первичной обмотки — 3 м тонкой медной трубки диаметром 6 мм либо медная жила того же диаметра и длины.
2. Для сборки вторичной обмотки необходима ПВХ труба диаметром 5см и длиной около 50 см и резьбовой фитинг ПВХ к ней. Также необходим медный, покрытый лаком или эмалью, провод диаметром 0,5 мм и длиной 90 м.
3. Металлический фланец с внутренним диаметром 5 см.
4. Различные гайки, шайбы и болты.
5. Разрядник.
6. Гладкая полусфера для терминала.
7. Конденсатор можно изготовить самостоятельно. Для него потребуются 6 стеклянных бутылочек, поваренная соль, рапсовое или вазелиновое масло, алюминиевая фольга.
8. Потребуется источник питания, выдающий 9кВ при 30мА.

Watch this video on YouTube

Схема трансформатора Тесла проста в реализации. От трансформатора отходят 2 провода с подключенным разрядником. К одному из проводов подключаются последовательно соединенные конденсаторы. В конце расположена первичная обмотка. Отдельно располагается вторичная катушка с терминалом и заземленным кольцом защиты.

Описание того, как собрать катушку Тесла в домашних условиях:

1. Изготавливают вторичную обмотку, предварительно закрепив край провода на конце трубы. Наматывать следует равномерно, не допуская обрыва провода. Между витками не должны присутствовать зазоры.
2. Закончив, оберните обмотку в верхней и нижней частях малярной лентой. После этого покройте обмотку лаком или эпоксидной смолой.
3. Подготовьте 2 панели для нижнего и верхнего оснований. Подойдет любой диэлектрический материал, лист фанеры или пластика. Установите по центру нижнего основания металлический фланец и закрепите его болтами так, чтобы между нижним и верхним основаниями осталось место.
4. Подготовьте первичную обмотку, скрутив ее в спираль и закрепив на верхнем основании. Просверлив в нем 2 отверстия, выведите концы трубки в них. Закреплять ее следует так, чтобы исключить соприкосновение обмоток и при этом соблюсти расстояние между ними в 1 см.
5. Для изготовления разрядника потребуется поместить 2 болта напротив друг друга в деревянную рамку. Расчет сделан на то, что при движении они будут играть роль регулятора.
6. Конденсаторы изготавливаются следующим образом. Стеклянные бутылки обматывают фольгой и заливают в них соленую воду. Ее состав для всех бутылок должен быть одинаковым — 360 г на 1л воды. Пробивают крышки и вставляют в них провода. Конденсаторы готовы.
7. Соединяют все узлы по схеме, описанной выше. Обязательно заземляют вторичную обмотку.
8. Итоговое количество в первичной обмотке должно составить 6,5 витка, во вторичной — 600 витков.

Описанная последовательность действий дает представление о том, как сделать трансформатор Тесла самому.

Применение генератора

Генератор Тесла и трансформатор конструировались изобретателем как универсальные устройства для беспроводной передачи электрической энергии. Никола Тесла неоднократно проводил эксперименты, подтверждающие его теорию, но, к сожалению, следы отчетов по передаче энергии также оказались утеряны или надежно спрятаны, как и многие другие его конструкции. Разработчики только недавно начали конструировать устройства для передачи энергии, но и то на сравнительно малые расстояния (беспроводные зарядные устройства для телефонов – хороший пример).

В эпоху неотвратимого истощения запасов невосполняемых природных ресурсов (углеводородного топлива) разработка и конструирование устройств альтернативной энергетики, в том числе бестопливного генератора, имеет высокое значение. Электрогенератором на свободной энергии при его достаточной мощности можно пользоваться для освещения и отопления домов. Не следует отказываться от исследований, ссылаясь на отсутствие опыта и профильного образования. Многие важные изобретения сделаны людьми, которые были профессионалами в совершенно других областях.

Источники

• https://vodatyt.ru/moimi-rukami/katushku-tesla.html
• https://transformator220.ru/vidy/prostoj-generator-katushka-tesly-svoimi-rukami.html
• https://tytmaster.ru/katushka-tesla-svoimi-rukami/
• https://Zaochnik.ru/blog/katushka-tesla-chto-eto-dlya-chego-ona-nuzhna-i-kak-sozdat-ee-svoimi-rukami-v-domashnix-usloviyax/
• https://nashprorab.com/transformator-tesla-svoimi-rukami-pr/
• https://ElectroInfo.net/praktika/katushka-tesla-transformator-samostojatelnaja-sborka-sobstvennymi-silami.html
• https://odinelectric.ru/knowledgebase/katushka-tesla-svoimi-rukami
• https://www.asutpp.ru/generator-svobodnoj-energii.html
• https://amperof.ru/elektropribory/generator-tesla.html

Версия с полупроводниковым приводом

Между 1970 и 1980 годами экспериментаторы-любители пытались использовать полупроводники для замены искрового разрядника с перегоревшей дугой. При малой мощности, используя схему очень высокого напряжения черно-белых телевизоров, они смогли запитать резонаторы Тесла в неимпульсном состоянии со скромными результатами. Затем силовые полупроводники стали дешевле и прочнее (тогда полевые МОП-транзисторы изолировали биполярные транзисторы с двойным затвором или IGBT ), и эта новая технология смогла продвинуть полупроводниковую версию, не претендуя на производительность электромеханических систем. Устройства питали напрямую только базу вторичной обмотки (резонатор). В 2002 году американский студент по имени Джимми Хайнс развил эту идею, создав генератор, который генерирует импульсы в первичной обмотке трансформатора Тесла. В 2004 году Дэниел МакКоли довел эту концепцию до совершенства, выпустив новое поколение DRSSTC ( Double Resonant Solid Tesla Coil ). Поэтому гонка за самой длинной молнией может продолжаться без тяжелого высоковольтного трансформатора, и искровой разрядник больше не нужен. Электроника может модулироваться источником музыки и позволяет создавать поющие катушки Тесла .

Альтернативная энергетика

Сторонники традиционной физики и энергетики отрицают возможность создания работоспособного генератора, оперируя существующими понятиями, законами и определениями. Приводится масса доказательств, что подобные устройства не могут существовать на практике, поскольку противоречат закону сохранения энергии.

Сторонники «теории заговора» убеждены, что расчеты генератора существуют, как и его работающие прототипы, но они не предъявляются науке и широкой общественности, поскольку не выгодны современным энергетическим компаниям и могут вызвать кризис экономики.

Энтузиасты неоднократно делали попытки создания генератора, ими построены немало прототипов, но отчеты о работе почему-то регулярно пропадают или исчезают. Отмечено, что периодически закрываются сетевые ресурсы, посвященные альтернативной энергетике.

Это может свидетельствовать о том, что конструкция в действительности работоспособна, и создать генератор своими руками возможно даже в домашних условиях.

Применение

Помимо декоративного применения представленного устройства существует и практическая польза от его эксплуатации. Коронный разряд заряжает воздух озоном. Это освежает атмосферу в помещении. При этом не стоит допускать длительное воздействие прибора. Большое содержание озона приводит к плохому самочувствию.

Также применение представленного устройства позволяет реанимировать работу вышедшей из строя люминесцентной лампы. Если приблизить прибор к осветительному прибору, последний снова будет функционировать. Однако не стоит подносить близко к излучателю мобильные устройства. Это может вывести гаджет из строя.

Это уникальное, до конца не изведанное изобретение

Его применение должно выполняться с осторожностью. Простота конструкции позволяет собрать прибор самостоятельно

Работа победителя Городской открытой научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика, энергетика, биофизика, бионика» среди учащихся 7–9 классов

Цель Изготовить катушку Тесла, которую можно использовать как наглядное пособие на уроках физики для демонстрации электромагнитных явлений.

Задачи: 1. Исследовать материал по данной теме. 2. Познакомиться с принципом работы катушки Тесла. 3. Создать действующую модель катушки Тесла 4. Провести опыты, демонстрирующие работу катушки Тесла.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы 1. Изолированный эмалированный медный провод диаметра 1,2 мм 2. Изолированный медный эмалированный провод диаметром 0,2 мм 3. Резистор 15 Ом 4. Переменный резистор B50K 5. Транзистор 13007A 6. Радиатор 7. 10 батареек типа «Крона» 8. Клеевой пистолет 9. Паяльник 10. Люминесцентная лампа 11. Газоразрядные трубки

Работа была представлена: — Конкурс исследовательских работ и творческих проектов обучающихся колледжей и старших школьников «Искусство познания» – 1 место. — Московский городской конкурс научно-исследовательских и проектных работ обучающихся – призер финала. — Научно-практическая конференции «Инженеры будущего» – победитель. — 21-я Региональная научно-практическая конференция школьников «Творчество юных» – 3 место.

Перспективы развития результатов работы Собранную модель можно использовать как наглядное пособие на уроках физики для демонстрации электромагнитных явлений. С помощью данного устройства можно проводить эффектные эксперименты, которые вызовут интерес обучающихся, повысят их познавательную активность, позволят обучение сделать наглядным, понятным, интересным.

Особое мнение

«Участие в конференции «Инженеры будущего» стало очень значимым для меня, я получил опыт выступления, опыт стендовой защиты, опыт участия в мероприятии такого высокого уровня», – говорит автор работы.