Explicateur: qu’est-ce qu’une bobine Tesla?

Imaginez un homme reclus, dégoulinant de sueur toute la nuit dans un laboratoire sombre, éclairé uniquement par des étincelles crépitantes qui sautent périodiquement d’énormes machines et projettent une lueur violette sur son visage. C’était Nikola Tesla, l’archétype du savant fou. Ses inventions remplissent le monde qui nous entoure; elles sont essentielles à notre réseau électrique moderne. Ce sont des machines silencieuses, fiables et invisibles.

Son invention la plus célèbre est peut–être la bobine Tesla – un engin qui produit de beaux arcs volants d’énergie électrique. Il a été inventé par Tesla dans le but de transmettre de l’électricité sans fil.

Transformateur en action

Les principes derrière la bobine Tesla sont relativement simples. Gardez simplement à l’esprit que le courant électrique est le flux d’électrons, tandis que la différence de potentiel électrique (tension) entre deux endroits est ce qui pousse ce courant. Le courant est comme l’eau et la tension est comme une colline. Une grande tension est une colline escarpée, en bas de laquelle un flux d’électrons peut rapidement s’écouler. Une petite tension est comme une plaine presque plate avec presque aucun débit d’eau.

La puissance de la bobine Tesla réside dans un processus appelé induction électromagnétique. C’est là qu’un champ magnétique changeant crée une tension qui oblige le courant à circuler. À son tour, le courant électrique circulant génère un champ magnétique. Lorsque l’électricité circule à travers une bobine de fil enroulée, elle génère un champ magnétique qui remplit la zone autour de la bobine selon un motif particulier.

De même, si un champ magnétique traverse le centre d’un fil enroulé, une tension est générée dans le fil, ce qui provoque la circulation d’un courant électrique.

La tension (« hill”) générée dans une bobine de fil par un champ magnétique passant par son centre augmente avec le nombre de tours de fil. Un champ magnétique changeant dans une bobine de 50 tours générera dix fois la tension d’une bobine de seulement cinq tours. (Cependant, moins de courant peut effectivement circuler à travers le potentiel plus élevé, pour économiser de l’énergie.)

C’est exactement ainsi que fonctionne un transformateur électrique courant alternatif (AC) commun, présent dans chaque maison. Le courant électrique en constante fluctuation qui s’écoule du réseau électrique est enroulé à travers une série de tours autour d’un anneau de fer pour générer un champ magnétique. Le fer est perméable magnétiquement, de sorte que le champ magnétique est presque entièrement contenu dans le fer. L’anneau guide le champ magnétique (en vert à droite) autour et à travers le centre de la bobine de fil opposée.

Le rapport des bobines d’un côté à l’autre détermine le changement de tension. Pour passer d’une tension murale domestique de 120 V à, disons, 20 V pour une utilisation dans un adaptateur secteur pour ordinateur portable, le côté de sortie de la bobine aura six fois moins de tours pour réduire la tension à un sixième de son niveau d’origine.

Comment la bobine roule

Les bobines Tesla font la même chose, mais avec un changement de tension beaucoup plus spectaculaire. Tout d’abord, ils utilisent un transformateur à noyau de fer haute tension pré-fabriqué pour passer d’un courant mural de 120 V à environ 10 000 V. Le fil de 10 000 volts est enveloppé dans une grande bobine (primaire) avec seulement une poignée de tours. La bobine secondaire contient des milliers de tours de fil mince. Cela augmente la tension entre 100 000 et 1 000 000 volts. Ce potentiel est si fort que le noyau de fer d’un transformateur normal ne peut pas le contenir. Au lieu de cela, il n’y a que de l’air entre les bobines.

La bobine Tesla nécessite une chose de plus: un condensateur pour stocker la charge et tout déclencher en une seule étincelle énorme. Le circuit de la bobine contient un condensateur et un petit trou appelé éclateur. Lorsque la bobine est allumée, l’électricité circule dans le circuit et remplit le condensateur d’électrons, comme une batterie. Cette charge crée son propre potentiel électrique dans le circuit, qui tente de traverser l’éclateur. Cela ne peut se produire que lorsqu’une grande quantité de charge s’est accumulée dans le condensateur.

Finalement, une telle charge s’est accumulée qu’elle brise la neutralité électrique de l’air au milieu de l’éclateur. Le circuit se ferme pendant une seconde fugace et une énorme quantité de courant sort du condensateur et traverse les bobines. Cela produit un champ magnétique très fort dans la bobine primaire.

La bobine de fil secondaire utilise l’induction électromagnétique pour convertir ce champ magnétique en un potentiel électrique si élevé qu’il peut facilement briser les molécules d’air à ses extrémités et pousser leurs électrons dans des arcs sauvages, produisant d’énormes étincelles violettes. Le dôme sur le dessus du dispositif agit pour que la bobine secondaire de fils reçoive plus complètement l’énergie de la première bobine. Avec des calculs mathématiques minutieux, la quantité d’énergie électrique transférée peut être maximisée.

Des banderoles bleues volantes d’électrons s’écoulent de la bobine et traversent l’air chaud à la recherche d’un lieu d’atterrissage conducteur. Ils chauffent l’air et le divisent en un plasma de filaments d’ions brillants avant de se dissiper dans l’air ou de se diriger vers un conducteur à proximité.

Un spectacle de lumière formidable est généré, ainsi qu’un son bruyant et crépitant, qui peut être utilisé pour jouer de la musique. La théâtralité électrique est si étonnante que Tesla était connu pour utiliser son appareil pour effrayer et hypnotiser les visiteurs de son laboratoire.