Explainer: co to jest cewka Tesli?

wyobraź sobie samotnika, kapiącego potem całą noc w ciemnym laboratorium, oświetlonego jedynie trzaskającymi iskrami, które okresowo skaczą z ogromnych maszyn i rzucają fioletowy blask na jego twarz. To był Nikola Tesla, archetyp szalonego naukowca. Jego wynalazki wypełniają otaczający nas świat; są one podstawą naszej nowoczesnej sieci elektrycznej. Są to ciche, niezawodne, niewidoczne maszyny.

prawdopodobnie jego najsłynniejszym wynalazkiem jest cewka Tesli – urządzenie, które wytwarza piękne łuki latające energii elektrycznej. Został wynaleziony przez Teslę w celu bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej.

transformator w działaniu

Zasady stojące za cewką Tesli są stosunkowo proste. Należy tylko pamiętać, że prąd elektryczny jest przepływem elektronów, podczas gdy różnica potencjału elektrycznego (napięcia) między dwoma miejscami jest tym, co popycha ten prąd. Prąd jest jak woda, a napięcie jak Wzgórze. Duże napięcie jest stromym wzgórzem, w dół którego strumień elektronów może szybko płynąć. Małe napięcie jest jak prawie płaska równina z prawie bez przepływu wody.

moc cewki Tesli leży w procesie zwanym indukcją elektromagnetyczną. To tutaj zmieniające się pole magnetyczne tworzy napięcie, które zmusza prąd do przepływu. Z kolei przepływający prąd elektryczny generuje pole magnetyczne. Kiedy energia elektryczna przepływa przez zwiniętą cewkę drutu, wytwarza pole magnetyczne, które wypełnia obszar wokół cewki w określonym wzorze.

Podobnie, jeśli pole magnetyczne przepływa przez środek zwiniętego przewodu, w przewodzie generowane jest napięcie, które powoduje przepływ prądu elektrycznego.

napięcie („hill”) generowane w zwoju drutu przez pole magnetyczne przechodzące przez jego środek wzrasta wraz z liczbą zwojów drutu. Zmieniające się pole magnetyczne w cewce o zwojach 50 generuje dziesięciokrotne Napięcie cewki o zaledwie pięciu zwojach. (Jednak mniej prądu może faktycznie przepływać przez wyższy potencjał, aby oszczędzać energię.)

tak właśnie działa wspólny transformator elektryczny prądu zmiennego (AC), który znajduje się w każdym domu. Stale wahający się prąd elektryczny płynący z sieci energetycznej jest nawijany przez szereg obrotów wokół żelaznego pierścienia, aby wytworzyć pole magnetyczne. Żelazo jest magnetycznie przepuszczalne, więc pole magnetyczne jest prawie w całości zawarte w żelazie. Pierścień prowadzi pole magnetyczne (na Zielono w prawo) wokół i przez środek przeciwległej cewki drutu.

stosunek cewek z jednej strony do drugiej determinuje zmianę napięcia. Aby przejść od napięcia ściennego 120V do, powiedzmy, 20V do użytku w zasilaczu laptopa, strona wyjściowa cewki będzie miała sześć razy mniej obrotów, aby obniżyć napięcie do jednej szóstej pierwotnego poziomu.

jak zwoje cewki

cewki Tesli robią to samo, ale ze znacznie bardziej dramatyczną zmianą napięcia. Po pierwsze, wykorzystują prefabrykowany transformator z żelaznym rdzeniem wysokiego napięcia, aby przejść od prądu ściennego 120 V do około 10 000 V. Przewód o napięciu 10 000 woltów jest owinięty w dużą (pierwotną) cewkę z zaledwie kilkoma zwojami. Cewka wtórna zawiera tysiące zwojów cienkiego drutu. Zwiększa to napięcie do 100 000-1 000 000 woltów. Potencjał ten jest tak silny, że żelazny rdzeń zwykłego transformatora nie może go pomieścić. Zamiast tego pomiędzy cewkami jest tylko powietrze.

cewka Tesli wymaga jeszcze jednej rzeczy: kondensatora do przechowywania ładunku i odpalania go w jednej ogromnej Iskrze. Obwód cewki zawiera kondensator i mały otwór zwany iskrownikiem. Gdy cewka jest włączona, prąd przepływa przez obwód i wypełnia Kondensator elektronami, jak bateria. Ładunek ten tworzy własny potencjał elektryczny w obwodzie, który próbuje przebić się przez iskrownik. Może się to zdarzyć tylko wtedy, gdy duża ilość ładunku zgromadziła się w kondensatorze.

W końcu nagromadziło się tyle ładunku, że rozkłada on neutralność elektryczną powietrza w środku iskierki. Obwód zamyka się na chwilową sekundę i ogromną ilość prądowych wybuchów z kondensatora i przez cewki. Wytwarza to bardzo silne pole magnetyczne w cewce pierwotnej.

cewka drutu wtórnego wykorzystuje indukcję elektromagnetyczną do przekształcenia tego pola magnetycznego w potencjał elektryczny tak wysoki, że może łatwo rozbić cząsteczki powietrza na końcach i popchnąć ich elektrony w dzikie łuki, wytwarzając ogromne fioletowe iskry. Kopuła na górze urządzenia działa tak, aby wtórna cewka przewodów odbierała energię pełniej z pierwszej cewki. Dzięki dokładnym obliczeniom matematycznym można zmaksymalizować ilość przekazywanej energii elektrycznej.

latające niebieskie serpentyny elektronów wypływają z cewki i przez gorące powietrze w poszukiwaniu przewodzącego miejsca lądowania. Ogrzewają powietrze i rozbijają je w plazmę jarzących się włókien jonowych, a następnie rozpraszają się w powietrzu lub wpadają do pobliskiego przewodnika.

generowany jest ogromny pokaz świetlny, a także głośny brzęczący, trzaskający dźwięk, który można wykorzystać do odtwarzania muzyki. Teatr Elektryczny jest tak oszałamiający, że Tesla był znany z tego, że używał swojego urządzenia, aby przestraszyć i zahipnotyzować odwiedzających jego laboratorium.