Nikola Teslan vuonna 1891 kehittämä Tesla-kela luotiin suorittamaan kokeita suurjännitepurkausten luomiseksi. Se koostuu virtalähteestä, kondensaattorista ja käämimuuntajasarjasta niin, että jännitehuiput vuorottelevat näiden kahden välillä, ja elektrodit asetetaan siten, että kipinöitä hyppää niiden väliin ilman läpi. Tesla -kela, jota käytetään sovelluksissa hiukkaskiihdyttimistä televisioihin ja leluihin, voidaan valmistaa elektroniikkaliikkeiden laitteista tai ylimääräisistä materiaaleista. Tässä artikkelissa kuvataan, kuinka rakentaa kipinäväli Tesla-kela, joka on erilainen kuin solid-state-Tesla-kela eikä voi toistaa musiikkia.
Askeleet
Osa 1/2: Tesla -kelan suunnittelu
Vaihe 1. Mieti Tesla -kelan kokoa, sijoittelua ja tehovaatimuksia ennen sen rakentamista
Voit rakentaa niin suuren Tesla -kelan kuin budjettisi sallii; kuitenkin salaman kaltaiset kipinät Tesla-kelat tuottavat lämpöä ja laajentavat ilmaa ympärilleen (pohjimmiltaan luoden ukkosen). Heidän sähkökentänsä voivat myös tuhota elektronisia laitteita, joten luultavasti haluat rakentaa ja käyttää Tesla-kelaasi epätavallisessa paikassa, kuten autotallissa tai muussa korjaamossa. Haluat myös miettiä, onko järkevämpää rakentaa Tesla -kela sarjasta vai kerätä materiaaleja tyhjästä. Molemmilla on etuja ja haittoja kustannusten, rakentamisajan, apuvälineiden ja luotettavuuden aloilla.
Jos haluat selvittää, kuinka suuri kipinäväli mahtuu tai kuinka paljon tehoa tarvitset sen toimimiseksi, jaa kipinävälin pituus tuumina 1,7: llä ja neliöi se syöttötehon määrittämiseksi watteina. (Sitä vastoin, löytääksesi kipinävälin pituuden, kerro tehon neliöjuuri watteina 1,7: llä.) Tesla -kela, joka luo 150 metrin (1,5 tuuman) kipinävälin, vaatisi 1,246 wattia. (1 kilowatin virtalähdettä käyttävä Tesla-kela synnyttäisi lähes 54 tuuman eli 1,37 metrin kipinävälin.)
Vaihe 2. Opi terminologia
Tesla -kelan suunnittelu ja rakentaminen edellyttää tiettyjen tieteellisten termien ja mittayksiköiden ymmärtämistä. Sinun on ymmärrettävä niiden tarkoitus ja toiminta Tesla -kelan valmistamiseksi oikein. Tässä on joitain termejä, jotka sinun on tiedettävä:
- Kapasitanssi on kyky pitää sähkövarausta tai tietylle jännitteelle varastoitua sähkövarausta. (Sähkövarauksen pitämiseen tarkoitettua laitetta kutsutaan kondensaattoriksi.) Kapasitanssin mittayksikkö on farad (lyhenne "F"). Farad määritellään 1 ampeerisekunniksi (tai coulombiksi) volttia kohden. Yleensä kapasitanssi mitataan pienemmissä yksiköissä, kuten mikrofaradissa (lyhenne "uF"), miljoonasosassa faradia tai pikofaradissa (lyhennettynä pF ja joskus luettuna "puff"), biljoonasosassa faradia.
- Induktanssi tai itseinduktanssi on kuinka paljon jännitettä sähköpiiri kantaa piirin virran määrää kohti. (Suurjännitejohdoissa, joissa on korkea jännite, mutta pieni virta, on korkea induktanssi.) Induktanssin mittayksikkö on henry (lyhenne "H"). Henryksi määritellään 1 voltin sekunti virran ampeeria kohti. Yleensä induktanssi mitataan pienemmissä yksiköissä, kuten millihenry (lyhenne "mH"), tuhannesosa henrystä tai mikrohenry (lyhenne "uH"), miljoonasosa henrystä.
- Resonanssitaajuus eli resonanssitaajuus on taajuus, jolla energiansiirron vastus on minimissä. (Tesla -kelalla tämä on optimaalinen toimintapiste sähköenergian siirtämiselle ensiö- ja toisiokäämien välillä.) Resonanssitaajuuden mittayksikkö on hertsi (lyhenne "Hz"), joka määritellään 1 sykliä sekunnissa. Yleisemmin resonanssitaajuus mitataan kilohertseinä (lyhenne "kHz"), ja kilohertsi on yhtä suuri kuin 1000 hertsiä.
Vaihe 3. Kerää tarvitsemasi osat
Tarvitset virtalähdemuuntajan, suurikapasitanssisen primäärikondensaattorin, kipinävälikokoonpanon, matalan induktanssin ensisijaisen induktorikäämin, suuren induktanssin toissijaisen induktorikäämin, matalakapasitanssisen toissijaisen kondensaattorin ja jotain tukahduttavaa tai kuristavaa., Tesla-kelan toimiessa syntyvät korkeataajuiset kohinapulssit. Lisätietoja osista on seuraavassa osiossa "Tesla -kelan valmistaminen".
Virtalähteesi/muuntajasi syöttää virtaa kuristimien kautta ensiö- tai säiliöpiiriin, joka yhdistää ensisijaisen kondensaattorin, ensisijaisen induktorikäämin ja kipinävälikokoonpanon. Ensisijainen induktorikäämi on sijoitettu toisiopiirin induktorikäämin viereen, mutta ei kytketty siihen, joka on kytketty toissijaiseen kondensaattoriin. Kun toissijainen kondensaattori on kerännyt riittävästi sähkövarausta, siitä purkautuu sähkönsuojia (salamoita)
Osa 2/2: Tesla -kelan valmistus
Vaihe 1. Valitse virtalähteen muuntaja
Virtalähdemuuntajasi määrittää, kuinka suureksi voit tehdä Tesla -kelan. Useimmat Tesla -käämit toimivat muuntajalla, joka antaa jännitteen 5 000–15 000 volttia 30–100 milliampeerin virralla. Voit hankkia muuntajan yliopiston ylijäämäkaupasta tai Internetistä tai kannibalisoida muuntajan neonkyltistä.
Vaihe 2. Tee ensisijainen kondensaattori
Paras tapa luoda tämä kondensaattori on kytkeä sarja pieniä kondensaattoreita sarjaan siten, että jokainen kondensaattori käsittelee yhtä suuren osan primääripiirin kokonaisjännitteestä. (Tämä edellyttää, että jokaisella yksittäisellä kondensaattorilla on sama kapasitanssi kuin muilla sarjan kondensaattoreilla.) Tällaista kondensaattoria kutsutaan moni-minikondensaattoriksi tai MMC: ksi.
- Pieniä kondensaattoreita ja niihin liittyviä ilmausvastuksia voi hankkia elektroniikkatuotteiden myymälöistä tai voit etsiä vanhojen televisioiden keraamisia kondensaattoreita. Voit myös valmistaa kondensaattoreita polyeteeni- ja alumiinifoliolevyistä.
- Tehon maksimoimiseksi primäärikondensaattorin pitäisi pystyä saavuttamaan täyden kapasitanssinsa jokaisen sille syötetyn tehon taajuuden puolijakson aikana. (60 Hz: n virtalähteellä tämä tarkoittaa 120 kertaa sekunnissa.)
Vaihe 3. Suunnittele kipinävälikokoonpano
Jos suunnittelet yksittäistä kipinäväliä, tarvitset vähintään 6 millimetrin paksuisia metallipultteja, jotka toimivat kipinöivänä ja jotka kestävät kipinöiden välisen sähkön purkautumisen aiheuttaman lämmön. Voit myös langata useita kipinävälejä sarjassa, käyttää pyörivää kipinöiväliä tai puhaltaa paineilmaa kipinöiden väliin lämpötilan säätämiseksi. (Vanhaa pölynimuria voidaan käyttää ilman puhaltamiseen.)
Vaihe 4. Rakenna ensisijainen induktorikäämi
Itse kela on valmistettu langasta, mutta tarvitset jotain, joka kääri langan kierre muotoon. Johdon tulee olla emaloitu kuparilanka, jonka voit hankkia sähköliikkeestä tai kannibalisoimalla hävitetyn laitteen pistorasian. Esine, jonka ympärille kierrät langan, voi olla joko lieriömäinen, kuten pahvi- tai muoviputki, tai kartiomainen, kuten vanha lampunvarjostin.
Johdon pituus määrittää ensisijaisen kelan induktanssin. Ensisijaisen kelan induktanssin pitäisi olla alhainen, joten käytät sitä suhteellisen vähän kierroksia. Voit käyttää ei-jatkuvia lankaosia ensisijaiselle kelalle, jotta voit kytkeä osat yhteen tarpeen mukaan säätääksesi induktanssin lennossa
Vaihe 5. Liitä ensiökondensaattori, kipinäväli ja ensiöinduktorikäämi yhteen
Tämä viimeistelee ensiöpiirin.
Vaihe 6. Rakenna toissijainen induktorikäämi
Kuten ensisijaisen kelan tapauksessa, käärit lankaa lieriömäisen muodon ympärille. Toisiokäämin resonanssitaajuuden on oltava sama kuin ensisijaisen kelan, jotta Tesla -kela toimisi tehokkaasti. Toisiokäämin on kuitenkin oltava korkeampi/pidempi kuin ensisijainen kela, koska sen induktanssin on oltava suurempi kuin ensisijaisen kelan, ja sen on myös estettävä sekundääripiirin sähköpurkaukset iskemään ja paisuttamaan ensiöpiiri.
Jos puuttuu materiaaleja, joiden avulla toisiokäämi on riittävän korkea, voit kompensoida sen rakentamalla iskukiskon (lähinnä salaman) varmistaaksesi ensiöpiirin, mutta tämä tarkoittaa, että suurin osa Tesla -kelan purkauksista osuu iskukiskoon ja ei tanssi ilmassa
Vaihe 7. Tee toissijainen kondensaattori
Toissijainen kondensaattori tai purkausliitin voi olla mikä tahansa pyöreä muoto, joista kaksi suosituinta ovat torus (renkaan tai munkin muoto) ja pallo.
Vaihe 8. Kiinnitä toissijainen kondensaattori toissijaiseen induktorikäämiin
Tämä täydentää toisiopiirin.
Toisiopiirin tulee olla maadoitettu muuntajalle virtaa tuottavien kotitalouspiirien maadoituksesta erillään, jotta estetään sähkövirran kulkeutuminen Tesla -kelasta maahan kotitalouspiirejä varten ja mahdollisesti paistamasta mitään näihin pistorasioihin kytkettyä. Metallipiikin ajaminen maahan on hyvä tapa tehdä tämä
Vaihe 9. Rakenna pulssikuristimet
Kuristimet ovat yksinkertaisia, pieniä kuristimia, jotka estävät kipinöivälirakenteen luomat pulssit tuhoamasta virtalähdemuuntajaa. Voit tehdä sellaisen kiertämällä ohuen kuparilangan kapean putken, kuten kertakäyttöisen kuulakärkikynän, ympärille.
Vaihe 10. Kokoa osat
Aseta ensiö- ja toisiopiirit vierekkäin ja kytke virtalähteen muuntaja ensiöpiiriin kuristimien kautta. Kun olet kytkenyt muuntajan pistorasiaan, Tesla -kela on käyttövalmis.
Jos ensiökäämin halkaisija on riittävän suuri, toisiokäämi voidaan asettaa sen sisään
Vinkkejä
- Jos haluat hallita toissijaisesta kondensaattorista puhkeavien streamien suuntaa, aseta metalliesineitä kondensaattorin lähelle, mutta älä kosketa sitä. Streamer kaartaa kondensaattorista kohteeseen. Jos esine sisältää valon, kuten hehkulampun tai loisteputken, Tesla -kelasta tuleva sähkö saa sen syttymään.
- Tehokkaan Tesla -kelan suunnittelu ja rakentaminen edellyttää melko monimutkaisten matemaattisten yhtälöiden käyttöä. Onneksi löydät helposti tarvittavat yhtälöt ja online -laskimet matematiikan suorittamiseen.
Varoitukset
- Kiinteät neonmerkkimuuntajat, kuten äskettäin valmistetut, sisältävät yleensä maasulkupiirin katkaisijan; siksi he eivät voi käyttää kelaa.
- Tesla -kelan valmistaminen ei ole helppo tehtävä, ellei sinulla ole jo jonkin verran tekniikan ja elektroniikan tietämystä.
- Kondensaattori, jota käytetään Tesla -käämeihin ja muihin korkeajännite- ja ionigeneraattoreihin tai laitteisiin, kuten Lifter, voi kerätä ja säilyttää valtavia määriä sähköenergiaa ja purkaa kaiken energian hetkessä. Ole erittäin varovainen ja älä anna lasten tai kenenkään, jolla ei ole asianmukaista turvallisuuskoulutusta, koskea tai työskennellä sen kanssa.
