Forklaring: hvad er en Tesla coil?
Forestil dig en tilbagevendende mand, der drypper af sved hele natten i et mørkt laboratorium, kun oplyst af knitrende gnister, der med jævne mellemrum springer fra enorme maskiner og kaster en lilla glød over hans ansigt. Dette var Nikola Tesla, arketypen af den gale videnskabsmand. Hans opfindelser fylder verden omkring os; de er medvirkende til vores moderne elnet. De er stille, pålidelige, usynlige maskiner.
måske er hans mest berømte opfindelse Tesla – spolen-en kontrast, der producerer smukke flyvende buer af elektrisk energi. Det blev opfundet af Tesla i et forsøg på at transmittere elektricitet trådløst.
Transformer i aktion
principperne bag Tesla-spolen er relativt enkle. Bare husk, at elektrisk strøm er strømmen af elektroner, mens forskellen i elektrisk potentiale (spænding) mellem to steder er det, der skubber den strøm. Strøm er som vand, og spænding er som en bakke. En stor spænding er en stejl bakke, ned hvilken en strøm af elektroner hurtigt kan strømme. En lille spænding er som en næsten flad slette med næsten ingen vandstrøm.
kraften i Tesla-spolen ligger i en proces kaldet elektromagnetisk induktion. Det er her et skiftende magnetfelt skaber en spænding, der tvinger strøm til at strømme. Til gengæld genererer den flydende elektriske strøm et magnetfelt. Når elektricitet strømmer gennem en afviklet trådspole, genererer den et magnetfelt, der fylder området omkring spolen i et bestemt mønster.
tilsvarende, hvis et magnetfelt strømmer gennem midten af en oprullet ledning, genereres en spænding i ledningen, som får en elektrisk strøm til at strømme.
spændingen (“bakke”) genereret i en trådspole af et magnetfelt gennem dets centrum øges med antallet af ledninger. Et skiftende magnetfelt inden for en spole på 50 omdrejninger vil generere ti gange spændingen af en spole på kun fem omdrejninger. (Dog kan mindre strøm faktisk strømme gennem det højere potentiale for at spare energi.)
Sådan fungerer en almindelig vekselstrøm (AC) elektrisk transformer, der findes i hvert hjem. Den konstant svingende elektriske strøm, der strømmer ind fra elnettet, vikles gennem en række drejninger omkring en jernring for at generere et magnetfelt. Jern er magnetisk gennemtrængeligt, så magnetfeltet er næsten udelukkende indeholdt i jernet. Ringen fører magnetfeltet (i grønt til højre) rundt og gennem midten af den modsatte trådspole.
forholdet mellem spoler på den ene side og den anden bestemmer spændingsændringen. 20V til brug i en bærbar strømadapter, vil udgangssiden af spolen have seks gange færre omdrejninger for at skære spændingen til en sjettedel af dets oprindelige niveau.
hvordan spolen ruller
Tesla-spoler gør det samme, men med en meget mere dramatisk spændingsændring. For det første anvender de en præfabrikeret højspændingsjernkernetransformator til at gå fra 120V vægstrøm til omkring 10.000 V. Ledningen med 10.000 volt er pakket ind i en stor (primær) spole med kun en håndfuld sving. Den sekundære spole indeholder tusindvis af omdrejninger af tynd ledning. Dette øger spændingen til mellem 100.000 og 1.000.000 volt. Dette potentiale er så stærkt, at jernkernen i en normal transformer ikke kan indeholde den. I stedet er der kun luft mellem spolerne.Tesla-spolen kræver endnu en ting: en kondensator til at opbevare opladning og affyre det hele i en enorm gnist. Spolens kredsløb indeholder en kondensator og et lille hul kaldet et gnistgab. Når spolen er tændt, strømmer elektricitet gennem kredsløbet og fylder kondensatoren med elektroner, som et batteri. Denne ladning skaber sit eget elektriske potentiale i kredsløbet, som forsøger at bygge bro over gnistgabet. Dette kan kun ske, når en stor mængde opladning er opbygget i kondensatoren.
til sidst er der akkumuleret så meget ladning, at det nedbryder luftens elektriske neutralitet midt i gnistgabet. Kredsløbet lukker i et flygtigt sekund, og en enorm mængde strøm blaster ud af kondensatoren og gennem spolerne. Dette producerer et meget stærkt magnetfelt i den primære spole.
den sekundære trådspole bruger elektromagnetisk induktion til at konvertere dette magnetfelt til et elektrisk potentiale, der er så højt, at det let kan bryde luftmolekylerne i dens ender og skubbe deres elektroner i vilde buer og producere enorme lilla gnister. Kuppelen på toppen af enheden virker for at få den sekundære spole af ledninger til at modtage energi mere fuldt ud fra den første spole. Med nogle omhyggelige matematiske beregninger kan mængden af overført elektrisk energi maksimeres.
flyvende blå streamere af elektroner strømmer ud af spolen og gennem den varme luft, der søger efter et ledende landingssted. De opvarmer luften og bryder den ind i et plasma af glødende ionfilamenter, før de spredes i luften eller strømmer ind i en nærliggende leder.
der genereres et enormt lysudstilling samt en høj summende, knitrende lyd, som kan bruges til at afspille musik. De elektriske teatre er så fantastiske, at Tesla var kendt for at bruge sin enhed til at skræmme og fascinere besøgende på hans laboratorium.