Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Резонанс-трансформатор Теслы
Резонанс-трансформатор Теслы

Анимация

Описание

Резонанс-трансформатор Теслы (РТТ), известный также как трансформатор Теслы и катушка Теслы, является классическим резонансным трансформатором.
Трансформатор – это устройство, состоящее из двух цепей с током и двух катушек с различным числом витков. Трансформатор, используя принцип электромагнитной индукции, преобразует ток одной частоты и напряжения в первичном контуре в ток другой частоты и напряжения во вторичном. Дело в том, что для передачи электроэнергии на большие расстояния используют большое напряжение, так как оно уменьшает тепловые потери при транспортировке электроэнергии, а для потребления в бытовых целях удобнее использовать ток меньшего напряжения. Устройством, повышающим или понижающим напряжение, и является трансформатор.
В резонансном трансформаторе первичная и вторичная обмотки включены в колебательные контуры с близкими или равными (резонансными) частотами. Такой трансформатор позволяет производить высокое напряжение при высокой частоте.
Сербский учёный Никола Тесла 22 сентября 1896 года запатентовал свой резонанс-трансформатор под названием «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала». Этот день можно считать началом нового направления науки и техники – радиофизики, так как именно РТТ позволил передавать электромагнитные колебания без проводов.
Схема устройства РТТ
Рисунок 1
РТТ состоит из двух катушек (первичной и вторичной обмоток), разрядника (прерыватель или Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (выхода).
Первичная катушка построена из небольшого количества (5 - 30) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из большого количества витков провода меньшего диаметра. В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником.
Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён разрядник (разрыв цепи, через который по мере накопления заряда на конденсаторе проскакивает искра, таким образом разряжая его).
Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.
РТТ рассмотренной простейшей схемы работает в импульсном режиме. В первый этап происходит зарядка конденсатора до того момента, пока разность потенциалов на разряднике не достигнет напряжения пробоя. После достижения необходимого для пробоя напряжения в разряднике проскакивает искра, конденсатор разряжается. Из-за того, что частоты контуров близки или равны, во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения.
Выходное напряжение РТТ может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь длину многих метров.

 

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Применение эффекта

Тесла использовал своё изобретение для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии.
Когда Тесла изобрёл свой РТТ, он устроил следующую демонстрацию. В море вышли корабли на внушительное расстояние от берега и выполняли сложные манёвры, управляясь с помощью радиосигналов, генерируемых РТТ. Современники были сильно удивлены подобным явлением. РТТ, таким образом, можно считать прототипом радио.
В начале XX века РТТ также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняют вреда внутренним органам, оказывая при этом тонизирующее и оздоравливающее влияние. Однако последующие исследования показали негативность влияния таких токов на организм.
В наши дни РТТ не имеет широкого практического применения. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Реализации эффекта

В элементарной форме трансформатор Тесла состоит из двух катушек, первичной и вторичной, при «потере индуктивной связи». Первичная катушка построена из нескольких витков провода большого диаметра и вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. В отличие от других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного ядра и таким образом взаимоиндукция между двумя катушками маленькая.
В первичной катушке применяются электрические волны высокой интенсивности, разряжая соответствующий конденсор, первоначально заряженый до напряжения несколько киловольт. Процедура осуществляется посредством устройства искрового промежутка, как представлено в диаграмме. Искровой промежуток настроен так, чтобы стрелять, как только напряжение между конденсорными терминалами достигает определенной величины.
Трансформатор Тесла
Рисунок 1
Когда искровой промежуток находится в проводящем состоянии, конденсор и первичная катушка связаны последовательно, таким образом формируя RLC цепь, в которой произведены электрические колебания определенной частоты. Во вторичной катушке, которая также формирует другую RLC цепь, также производятся электрические колебания из-за индукции напряжения. Частоты колебания обоих цепей определены их структурными параметрами.
Для надлежащего действия трансформатора две RLC цепи (первичная и вторичная) должны быть в резонансе, то есть их частоты колебаний должны совпасть. Когда это случается, амплитуда колебания во вторичной катушке умножается, и трансформатор производит высокое напряжение на выходе.

Литература

1. Сивухин Д.В. "Общий курс физики". т.3. "Электричество", М.: Наука, 1983

2. Р.Фейнман, Р.Лейтон, М.Сэндс "Фейнмановские лекции по физике" Том 5: Электричество и магнетизм. 1980

3. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. 2-е издание. М.: Энергоатомиздат, 2003.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина