катушка Тесла. КАТУШКА ТЕСЛА- текст. Катушка Тесла. Актуальность темы
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Катушка Тесла. Актуальность темы: В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в конце 18 века и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор – катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты. Объект исследования- Катушка Тесла. Цель работы: - сделать прибор для передачи тока на расстоянии без проводов; - объяснить принцип действия данного прибора; - продемонстрировать работу данного прибора. Гипотеза: если электромагнитное поле, которое создает вокруг себя Катушка Тесла, обладает огромной напряженностью, в связи с этим можно утверждать, что с помощью данного приспособления можно осуществлять передачу электрического тока беспроводным способом. Задачи исследования: 1. Ознакомиться с принципом работы «Катушки Тесла». 2. Сконструировать самодельную «Катушку Тесла» из простых и доступных материалов. 3. Провести испытание модели в действии. 4. Высчитать площадь покрытия и коэффициент трансформации катушки. Новизна: данной работы состоит в том, что я с помощью полученных знаний, смог самостоятельно собрать Катушку Тесла, и провел несколько экспериментов, доказывающих значимость данного изобретения. Практическая значимость: результат моей работы носит просвещающий характер. Материалы можно использовать для проведения демонстрационных экспериментов на уроках физики, а также повысить интерес школьников к предмету. Теоретическая часть Электроэнергия играет важную роль в быту современного человека, сопровождая его повсюду. Каждый из нас пользуется бытовыми электроприборами, лифтами, банкоматами, компьютерами, мобильными телефонами и т. д. Все эти и многие другие, привычные каждому человеку электроприборы, служат одной цели - создание для человека более удобные и комфортные условия жизни. Но есть одно но: они не могут функционировать без постоянного электроснабжения. При этом количество электроприборов, окружающих нас, не становится меньше, оно постоянно увеличивается из года в год. Увеличивается и потребность в эффективной передаче электроэнергии. Все мы знаем, что при передаче электричества через провода часть его теряется из-за сопротивления самих проводов. Ученые заинтересованы решением вопроса передачи электричества без потерь. Но чтобы не было потерь, значит надо обойтись без проводов. Вот тогда и появилась идея о передачи электричества на расстоянии без проводов. Никола Тесла — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США. Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения магнитной индукции. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрѐл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла. Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретѐнное Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала». Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала. Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включѐн нелинейный элемент — разрядник. Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ѐмкость тороида и собственная межвитковая ѐмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя. Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нѐм возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаѐтся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения. Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию. Практическая часть Для создания катушки Тесла в домашних условиях потребуются: 1. Диэлектрическая основа (пластиковая труба) d=5 см. 2. Первичная катушка состоит 4 витков медной проволоки d=2,5 мм 3. Вторичная катушка – 800 витков медной проволоки d=0,5мм 4. Блок питания на 18 В 5. Конденсатор 10000 мкФ 6. Конденсатор тантановый 4700 нФ 7. Переменный резистор 33 КОм 8. Резистор 100КОм 9. Транзистор 2 sd1555. 10. Радиатор 11. Переключатель Схема установки катушки Тесла Рис. 1. Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис.1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 5 см. Первичная обмотка содержит всего 4 витка, провод диаметром 2,5 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 800 витков обмоточного провода диаметром 0,5 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте. Рис. 2. Экспериментальные опыты применения катушки Тесла Опыт №1. Демонстрация газовых разрядов. Стример. Стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример - это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора. Рис. 3. Рис. 4. Опыт №2. Демонстрация разряда в люминесцентной лампе. Оборудование: катушка Тесла, люминесцентная лампа Рис. 5. Рис. 6. Ссылка на видео: https://cloud.mail.ru/public/FdCt/dAsnQAUB3 Опыт №3. Демонстрация разряда в лампе дневного света. Оборудование: катушка Тесла, лампа дневного света. Рис. 7. Почему светятся люминесцентные и энергосберегающие лампы? Под воздействием высокочастотного электромагнитного поля в трубке лампы возникает тлеющий разряд в парах ртути. При этом атомы ртути излучают ультрафиолетовое излучение. Под действием ультрафиолета люминофор на стенках колбы излучает видимый свет. Это явление называется люминесценция. Опыт № 4. Демонстрация передачи электричества без проводов в светодиоде. Рис. 8. Также я сравнил яркость свечения равных видов ламп, минимальное и максимальное расстояние их свечения. Таблица 1. Лампа Катушка Тесла Яркость Расстояние миним., мм Расстояние максим., мм Накаливания min 0 мм 30 мм Люминесцентная (малая) > = max 5 мм 160 мм Светодиодная отсутствует – – Энергосберегающая = max 15 мм 215 мм Люминесцентная (большая) > = max 15 мм 240 мм Все эти опыты я ставил для того, чтобы понять какие лампы лучше использовать. Я сделал вывод, что домашняя люминесцентная лампа светит ярче и на более отдаленном расстоянии. Также я посчитал коэффициент трансформации своей катушки. Коэффициентом трансформации трансформатора k называется отношение числа витков вторичной обмотки n1 к числу витков первичной обмотки n2: k = U1/U2 = n1/n2 (1) Закон трансформации определяется следующей формулой: U1/U2 = n1/n2, (2) Где: U1 – напряжение на первичной обмотке; • U2 – напряжение на вторичной обмотке, • n1 – количество витков на первичной обмотке, • n2 – количество витков на вторичной обмотке. Отсюда найдем U2: • U2 = (U1· n2) / n1 (3) • U1 = 18 В; U2 = х; n1 = 4; n2 = 800, • U2 = (18·800):4 = 3600В Тогда из (1) следует, что k = 4:800 = 0,006 – коэффициент трансформации. Далее вычислил площадь покрытия моей катушки, которую определил как площадь круга: S = , (4) Где: S – площадь круга, R – радиус круга. Тогда S = = 3,14·0,2^2 = 3,14·0,04 = 0,1256 м^2 Я выяснил, что площадь «покрытия» моей катушки S = 0,1256 м^2, напряжение, при котором покрывается эта площадь равно U2 = 3600В. Современное применение идей Николы Тесла: - Использование в развлекательных целях и шоу. - В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх - В начале XX века трансформатор Тесла также нашѐл популярное использование в медицине. - Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. - В радиоуправляемой робототехнике (пульты, игрушки). |