Explainer: co je Teslova cívka?

Obrázek, samotářský muž, kape pot celou noc v temné laboratoři, svítí jen praskající jiskry, které pravidelně skok z obrovské stroje a obsazení fialová záře přes jeho tvář. To byl Nikola Tesla, archetyp šíleného vědce. Jeho vynálezy zaplňují svět kolem nás; jsou nápomocné naší moderní elektrické síti. Jsou to tiché, spolehlivé, neviditelné stroje.

snad jeho nejslavnějším vynálezem je Teslova cívka-mašinka, která produkuje krásné létající oblouky elektrické energie. Byl vynalezen Teslou ve snaze bezdrátově přenášet elektřinu.

transformátor v akci

principy Teslovy cívky jsou relativně jednoduché. Mějte na paměti, že elektrický proud je tok elektronů, zatímco rozdíl v elektrickém potenciálu (napětí) mezi dvěma místy je to, co tlačí tento proud. Proud je jako voda a napětí je jako kopec. Velké napětí je strmý kopec, po kterém může proud elektronů rychle proudit. Malé napětí je jako téměř plochá pláň s téměř žádným průtokem vody.

síla Teslovy cívky spočívá v procesu zvaném elektromagnetická indukce. To je místo, kde měnící se magnetické pole vytváří napětí, které nutí proud proudit. Na druhé straně proudící elektrický proud vytváří magnetické pole. Když elektřina protéká navíjenou cívkou drátu, vytváří magnetické pole, které vyplňuje oblast kolem cívky v určitém vzoru.

Podobně, pokud se magnetické pole, protéká centrem stočený drát, napětí je generována v drátu, který způsobuje elektrický proud.

napětí („kopec“) generované v cívce drátu magnetickým polem přes jeho střed se zvyšuje s počtem závitů drátu. Měnící se magnetické pole v cívce 50 závitů vygeneruje desetinásobek napětí cívky pouhých pěti otáček. (Méně proudu však může ve skutečnosti protékat vyšším potenciálem, aby se šetřila energie.)

přesně tak funguje běžný elektrický transformátor střídavého proudu (AC), který se nachází v každé domácnosti. Neustále kolísající elektrický proud proudící z elektrické sítě je navinut řadou otáček kolem železného prstence, aby se vytvořilo magnetické pole. Železo je magneticky propustné, takže magnetické pole je téměř zcela obsaženo v železe. Kroužek vede magnetické pole (zeleně vpravo) kolem a středem protilehlé cívky drátu.

poměr cívek na jedné straně určuje změnu v napětí. Jít od 120V domácnosti zeď napětí, řekněme, 20V pro použití v notebooku napájecí adaptér, výstup straně cívky bude mít šest krát méně závitů snížit napětí na šestinu původní úroveň.

jak se cívka valí

Tesla cívky dělají totéž, ale s mnohem dramatičtější změnou napětí. Nejprve používají předem vyrobený vysokonapěťový transformátor železného jádra, který přechází ze 120V stěnového proudu na zhruba 10 000 v. Drát s 10 000 volty je zabalen do velké (primární) cívky pouze s hrstkou otáček. Sekundární cívka obsahuje tisíce závitů tenkého drátu. Tím se zvýší napětí na 100 000 až 1 000 000 voltů. Tento potenciál je tak silný, že železné jádro normálního transformátoru jej nemůže obsahovat. Místo toho je mezi cívkami pouze vzduch.

Teslova cívka vyžaduje ještě jednu věc: kondenzátor pro uložení náboje a oheň v jedné obrovské jiskře. Obvod cívky obsahuje kondenzátor a malý otvor nazývaný jiskřiště. Když je cívka zapnutá, elektřina protéká obvodem a naplní kondenzátor elektrony, jako baterie. Tento náboj vytváří svůj vlastní elektrický potenciál v obvodu,který se snaží překlenout jiskřiště. K tomu může dojít pouze tehdy, když se v kondenzátoru nahromadilo velké množství náboje.

nakonec se nahromadilo tolik náboje, že narušuje elektrickou neutralitu vzduchu uprostřed jiskřiště. Obvod se na prchavou sekundu uzavře a obrovské množství proudových výbuchů z kondenzátoru a cívek. To vytváří velmi silné magnetické pole v primární cívce.

sekundární cívky drátu využívá elektromagnetické indukce převést toto magnetické pole elektrického potenciálu tak vysoká, že ji lze snadno rozdělit molekuly vzduchu na svých koncích a tlačit své elektrony v divoké oblouky, produkují obrovské fialové jiskry. Kopule na horní straně zařízení působí tak, že sekundární cívka vodičů přijímá energii plněji z první cívky. S některými pečlivými matematickými výpočty lze maximalizovat množství přenesené elektrické energie.

létající modré proudy elektronů proudí z cívky a horkým vzduchem hledají vodivé místo přistání. Oni ohřívat vzduch a zlomit to do plazmy zářící ion vláken, než odvádí do vzduchu nebo stoupající do blízkosti vodiče.

je generována Obrovská světelná show, stejně jako hlasitý bzučivý, praskavý zvuk, který lze použít k přehrávání hudby. Elektrické divadlo je tak ohromující, že Tesla bylo známo, že pomocí svého zařízení vyděsit a uchvátit návštěvníky své laboratoře.