Magyarázat: Mi az a Tesla tekercs?
képzelj el egy visszahúzódó embert, aki egész éjjel izzadtságban csöpög egy sötét laborban, és csak a hatalmas gépekről időnként ugráló szikrák világítják meg, és lila fényt vetnek az arcára. Ez volt Nikola Tesla, az őrült tudós archetípusa. Találmányai kitöltik a körülöttünk lévő világot; ezek a modern elektromos hálózatunk eszközei. Csendes, megbízható, láthatatlan gépek.
talán leghíresebb találmánya a Tesla tekercs – egy olyan szerkezet, amely gyönyörű repülő íveket termel elektromos energia. Tesla találta ki, hogy megpróbálja vezeték nélkül továbbítani az áramot.
transzformátor működés közben
a Tesla tekercs mögött meghúzódó elvek viszonylag egyszerűek. Ne feledje, hogy az elektromos áram az elektronok áramlása, míg a két hely közötti elektromos potenciál (feszültség) különbsége nyomja ezt az áramot. Az áram olyan, mint a víz, a feszültség pedig olyan, mint egy domb. A nagy feszültség egy meredek domb, amelyen az elektronok áramlása gyorsan áramlik. A kis feszültség olyan, mint egy majdnem sík síkság, ahol szinte nincs vízáramlás.
a Tesla tekercs ereje az elektromágneses indukciónak nevezett folyamatban rejlik. Ez az, ahol a változó mágneses mező olyan feszültséget hoz létre, amely az áramot áramlásra kényszeríti. Az áramló elektromos áram viszont mágneses mezőt hoz létre. Amikor az áram egy feltekercselt huzaltekercsen keresztül áramlik, mágneses teret generál, amely egy adott mintában kitölti a tekercs körüli területet.
hasonlóképpen, ha egy tekercselt huzal közepén mágneses mező áramlik, feszültség keletkezik a vezetékben, ami elektromos áramot okoz.
a huzaltekercsben a mágneses mező által a közepén keresztül generált feszültség (“domb”) a huzalfordulatok számával növekszik. A változó mágneses mező egy tekercsben 50 fordulatok tízszerese lesz a mindössze öt fordulatú tekercs feszültségének. (Azonban kevesebb áram áramolhat át a nagyobb potenciálon, hogy energiát takarítson meg.)
pontosan így működik egy közös váltakozó áramú (AC) elektromos transzformátor, amely minden otthonban megtalálható. Az elektromos hálózatból beáramló folyamatosan ingadozó elektromos áramot egy vasgyűrű körüli fordulatok sorozatán keresztül tekercselik, hogy mágneses mezőt hozzanak létre. A vas mágnesesen áteresztő, így a mágneses mező szinte teljes egészében a vasban található. A gyűrű a mágneses mezőt (jobbra zöld színnel) a szemközti huzaltekercs közepén keresztül vezeti.
az egyik oldalon lévő tekercsek aránya határozza meg a feszültség változását. Ahhoz, hogy a 120 V-os háztartási fali feszültségről mondjuk 20 V-ra menjen egy laptop hálózati adapterhez, a tekercs kimeneti oldalának hatszor kevesebb fordulata lesz, hogy a feszültséget az eredeti szintjének hatodára csökkentse.
A tekercs tekercselése
a Tesla tekercsek ugyanezt teszik, de sokkal drámaibb feszültségváltozással. Először egy előre elkészített nagyfeszültségű vasmag-transzformátort alkalmaznak, hogy a 120 V-os faláramról nagyjából 10 000 V-ra menjenek. A 10 000 voltos huzalt egy nagy (elsődleges) tekercsbe csomagolják, csak néhány fordulattal. A másodlagos tekercs több ezer fordulatú vékony huzalt tartalmaz. Ez növeli a feszültséget 100 000 és 1 000 000 volt közé. Ez a potenciál olyan erős, hogy a normál transzformátor vasmagja nem tartalmazhatja azt. Ehelyett csak a tekercsek között van levegő.
a Tesla tekercsnek még egy dologra van szüksége: egy kondenzátorra, amely tárolja a töltést, és mindent egy hatalmas szikrában tüzel. A tekercs áramköre tartalmaz egy kondenzátort és egy kis lyukat, amelyet szikrarésnek neveznek. Amikor a tekercs be van kapcsolva, az áram átáramlik az áramkörön, és elektronokkal tölti meg a kondenzátort, mint egy akkumulátort. Ez a töltés létrehozza saját elektromos potenciálját az áramkörben, amely megpróbálja áthidalni a szikrarést. Ez csak akkor történhet meg, ha nagy mennyiségű töltés halmozódott fel a kondenzátorban.
végül annyi töltés halmozódott fel, hogy lebontja a levegő elektromos semlegességét a szikrarés közepén. Az áramkör egy röpke másodpercre bezárul, és hatalmas mennyiségű áram robbant ki a kondenzátorból és a tekercseken keresztül. Ez nagyon erős mágneses teret eredményez az elsődleges tekercsben.
a szekunder huzaltekercs elektromágneses indukcióval alakítja át ezt a mágneses mezőt olyan magas elektromos potenciálra, hogy könnyen szét tudja szakítani a végein lévő levegőmolekulákat, és elektronjaikat vad ívekbe tolja, hatalmas lila szikrákat hozva létre. A készülék tetején lévő kupola úgy működik, hogy a vezetékek másodlagos tekercse nagyobb energiát kapjon az első tekercsből. Néhány gondos matematikai számítás segítségével maximalizálható az átvitt elektromos energia mennyisége.
repülő kék elektroncsíkok áramlanak le a tekercsről és a forró levegőn keresztül vezető leszállási helyet keresve. Felmelegítik a levegőt, és izzó ionszálak plazmájává törik, mielőtt a levegőbe szétszóródnának, vagy egy közeli vezetőbe kerülnének.
hatalmas fénybemutató jön létre, valamint egy hangos zümmögő, pattogó hang, amelyet zenélésre lehet használni. Az elektromos színházak annyira lenyűgözőek, hogy Tesla ismert volt, hogy eszközével megijesztette és megbabonázta a labor látogatóit.