Uitleg: Wat is een Tesla spoel?
stel je een teruggetrokken man voor, die de hele nacht van zweet druipt in een donker lab, alleen verlicht door knisperende vonken die periodiek uit enorme machines springen en een paarse gloed over zijn gezicht werpen. Dit was Nikola Tesla, het archetype van de gekke wetenschapper. Zijn uitvindingen vullen de wereld om ons heen; Ze zijn instrumenteel voor ons moderne elektriciteitsnet. Het zijn stille, betrouwbare, onzichtbare machines.misschien wel zijn beroemdste uitvinding is de tesla-spoel – een apparaat dat prachtige vliegende bogen van elektrische energie produceert. Het werd uitgevonden door Tesla in een poging om elektriciteit draadloos over te dragen.
transformator in actie
de principes achter de tesla-spoel zijn relatief eenvoudig. Houd in gedachten dat elektrische stroom de stroom van elektronen is, terwijl het verschil in elektrische potentiaal (spanning) tussen twee plaatsen is wat die stroom duwt. Stroom is als water, en spanning is als een heuvel. Een grote spanning is een steile heuvel, naar beneden waar een stroom van elektronen snel kan stromen. Een kleine spanning is als een bijna vlakke vlakte met bijna geen waterstroom.
het vermogen van de tesla-spoel ligt in een proces dat elektromagnetische inductie wordt genoemd. Dit is waar een veranderend magnetisch veld een spanning creëert die stroom dwingt te stromen. Op zijn beurt genereert de stromende elektrische stroom een magnetisch veld. Wanneer elektriciteit door een opgerolde spoel van draad stroomt, genereert het een magnetisch veld dat het gebied rond de spoel in een bepaald patroon vult.
ook als een magnetisch veld door het centrum van een opgerolde draad stroomt, wordt er een spanning in de draad gegenereerd, waardoor een elektrische stroom stroomt.
de spanning (“hill”) die in een draadspoel wordt gegenereerd door een magnetisch veld door het midden ervan neemt toe met het aantal windingen van de draad. Een wisselend magnetisch veld binnen een spoel van 50 toeren genereert tien keer de spanning van een spoel van slechts vijf toeren. (Echter, minder stroom kan eigenlijk stromen door het hogere potentieel, om energie te besparen.)
Dit is precies hoe een gewone wisselstroom (AC) elektrische transformator, die in elk huis voorkomt, werkt. De constant fluctuerende elektrische stroom die vanuit het elektriciteitsnet binnenkomt, wordt door een reeks bochten om een ijzeren ring gewikkeld om een magnetisch veld te genereren. Ijzer is magnetisch doorlaatbaar, dus het magnetische veld zit bijna volledig in het ijzer. De ring leidt het magneetveld (in het groen naar rechts) rond en door het midden van de tegenoverliggende draadspoel.
de verhouding van de spoelen aan de ene kant tot de andere bepaalt de verandering in spanning. Om van 120V huishoudelijke muurspanning naar bijvoorbeeld 20V te gaan voor gebruik in een laptop-voedingsadapter, zal de uitgangszijde van de spoel zes keer minder bochten hebben om de spanning tot een zesde van het oorspronkelijke niveau te snijden.
hoe de spoel rolt
Tesla spoelen doen hetzelfde, maar met een veel dramatischer verandering in spanning. Ten eerste gebruiken ze een vooraf gemaakte hoogspanningstransformator van ijzerkern om van 120V muurstroom naar ruwweg 10.000 V te gaan. De draad met 10.000 volt is verpakt in een grote (primaire) spoel met slechts een handvol bochten. De secundaire spoel bevat duizenden windingen van dunne draad. Dit verhoogt de spanning tot tussen de 100.000 en 1.000.000 volt. Dit potentieel is zo sterk dat de ijzeren kern van een normale transformator het niet kan bevatten. In plaats daarvan is er alleen lucht tussen de spoelen.
de tesla spoel heeft nog een ding nodig: een condensator om lading op te slaan en het allemaal in één grote vonk af te vuren. Het circuit van de spoel bevat een condensator en een klein gaatje genaamd een spark gap. Wanneer de spoel wordt ingeschakeld, stroomt elektriciteit door het circuit en vult de condensator met elektronen, zoals een batterij. Deze lading creëert zijn eigen elektrische potentiaal in het circuit, die probeert te overbruggen over de vonk kloof. Dit kan alleen gebeuren als er een grote hoeveelheid lading is opgebouwd in de condensator.
Uiteindelijk is er zoveel lading opgehoopt dat het de elektrische neutraliteit van de lucht in het midden van de vonkspleet afbreekt. Het circuit sluit voor een vluchtige seconde en een enorme hoeveelheid stroom schiet uit de condensator en door de spoelen. Hierdoor ontstaat een zeer sterk magnetisch veld in de primaire spoel.
de secundaire draadspoel gebruikt elektromagnetische inductie om dit magnetisch veld om te zetten in een elektrisch potentiaal dat zo hoog is dat het gemakkelijk de luchtmoleculen aan de uiteinden kan breken en hun elektronen in wilde bogen kan duwen, waardoor enorme paarse vonken ontstaan. De koepel op de top van het apparaat werkt om de secundaire spoel van draden krijgen energie vollediger van de eerste spoel. Met enkele zorgvuldige wiskundige berekeningen kan de hoeveelheid overgedragen elektrische energie worden gemaximaliseerd.
Flying blue streamers van elektronen stromen van de spoel en door de hete lucht op zoek naar een geleidende landingsplaats. Ze verwarmen de lucht en breken het in een plasma van gloeiende ion filamenten voordat ze verdwijnen in de lucht of stijgen in een nabijgelegen geleider.
Er wordt een geweldige lichtshow gegenereerd, evenals een luid zoemend, knisperend geluid, dat kan worden gebruikt om muziek af te spelen. Het elektrische Theater is zo verbluffend dat Tesla bekend stond om zijn apparaat te gebruiken om bezoekers van zijn lab bang te maken en te betoveren.