Αναπτύχθηκε το 1891 από τον Νίκολα Τέσλα, το πηνίο Tesla δημιουργήθηκε για να πραγματοποιήσει πειράματα στη δημιουργία ηλεκτρικών εκκενώσεων υψηλής τάσης. Αποτελείται από ένα τροφοδοτικό, έναν πυκνωτή και έναν μετασχηματιστή πηνίου, έτσι ώστε οι αιχμές τάσης να εναλλάσσονται μεταξύ των δύο και τα ηλεκτρόδια να ρυθμίζονται έτσι ώστε οι σπινθήρες να πηδούν μεταξύ τους στον αέρα. Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές από επιταχυντές σωματιδίων έως τηλεοράσεις και παιχνίδια, ένα πηνίο Tesla μπορεί να κατασκευαστεί από εξοπλισμό καταστημάτων ηλεκτρονικών ειδών ή από πλεονάζοντα υλικά. Αυτό το άρθρο περιγράφει τον τρόπο κατασκευής ενός πηνίου Tesla με κενό σπινθήρα, το οποίο είναι διαφορετικό από το πηνίο Tesla στερεάς κατάστασης και δεν μπορεί να παίξει μουσική.
Βήματα
Μέρος 1 από 2: Σχεδιασμός πηνίου Tesla
Βήμα 1. Εξετάστε το μέγεθος, την τοποθέτηση και τις απαιτήσεις ισχύος του πηνίου Tesla πριν το κατασκευάσετε
Μπορείτε να κατασκευάσετε τόσο μεγάλο πηνίο Tesla όσο σας επιτρέπει ο προϋπολογισμός σας. Ωστόσο, οι σπινθήρες που μοιάζουν με κεραυνό, τα πηνία Tesla παράγουν θερμότητα και επεκτείνουν τον αέρα γύρω τους (στην ουσία, δημιουργούν βροντές). Τα ηλεκτρικά τους πεδία μπορούν επίσης να καταστρέψουν τις ηλεκτρονικές συσκευές, οπότε πιθανότατα θα θελήσετε να κατασκευάσετε και να χρησιμοποιήσετε το πηνίο Tesla σε ένα απροσδόκητο μέρος, όπως ένα γκαράζ ή άλλο εργαστήριο. Θα θελήσετε επίσης να εξετάσετε εάν είναι πιο λογικό να κατασκευάσετε ένα πηνίο Tesla από ένα κιτ ή να συλλέξετε υλικά από την αρχή. Και τα δύο έχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα στους τομείς του κόστους, του χρόνου κατασκευής, των πόρων για βοήθεια και της αξιοπιστίας.
Για να καταλάβετε πόσο μεγάλο κενό σπινθήρα μπορείτε να φιλοξενήσετε ή πόση δύναμη χρειάζεστε για να λειτουργήσει, διαιρέστε το μήκος του διαστήματος σπινθήρα σε ίντσες κατά 1,7 και τετραγωνίστε το για να προσδιορίσετε την ισχύ εισόδου σε watt. (Αντίστροφα, για να βρείτε το μήκος του σπινθήρα, πολλαπλασιάστε την τετραγωνική ρίζα της ισχύος σε watt με 1,7.) Ένα πηνίο Tesla που δημιουργεί ένα κενό σπινθήρα 150 εκατοστών (1,5 μέτρα) θα απαιτούσε 1, 246 watt. (Ένα πηνίο Tesla που χρησιμοποιεί πηγή ισχύος 1 κιλοβάτ θα δημιουργούσε ένα κενό σπινθήρα σχεδόν 54 ίντσες, ή 1,37 μέτρα.)
Βήμα 2. Μάθετε την ορολογία
Ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός πηνίου Tesla απαιτεί κατανόηση ορισμένων επιστημονικών όρων και μονάδων μέτρησης. Θα πρέπει να καταλάβετε το σκοπό και τη λειτουργία τους για να φτιάξετε σωστά ένα πηνίο Tesla. Ακολουθούν ορισμένοι από τους όρους που πρέπει να γνωρίζετε:
- Η χωρητικότητα είναι η ικανότητα συγκράτησης ενός ηλεκτρικού φορτίου ή η ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου που αποθηκεύεται για μια δεδομένη τάση. (Μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να συγκρατεί ένα ηλεκτρικό φορτίο ονομάζεται πυκνωτής.) Η μονάδα μέτρησης της χωρητικότητας είναι το farad (συντομογραφία "F"). Το farad ορίζεται ως 1 αμπέρ-δευτερόλεπτο (ή κουλόμπ) ανά βολτ. Συνήθως, η χωρητικότητα μετριέται σε μικρότερες μονάδες, όπως το microfarad (συντομογραφία "uF"), το εκατομμυριοστό του farad ή το picofarad (συντομογραφία pF και μερικές φορές διαβάζεται ως "puff"), το τρισεκατομμυριοστό του farad.
- Η επαγωγή, ή αυτο-επαγωγή, είναι πόση τάση μεταφέρει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ανά ποσό ρεύματος στο κύκλωμα. (Οι γραμμές ισχύος υψηλής τάσης, οι οποίες μεταφέρουν υψηλή τάση αλλά χαμηλό ρεύμα, έχουν υψηλή επαγωγή.) Η μονάδα μέτρησης της επαγωγής είναι το henry (συντομογραφία "Η"). Ένα henry ορίζεται ως 1 βολτ-δευτερόλεπτο ανά αμπέρ ρεύματος. Συνήθως, η επαγωγή μετριέται σε μικρότερες μονάδες, όπως το millihenry (συντομογραφία "mH"), το ένα χιλιοστό του henry ή το microhenry (συντομογραφία "uH"), ένα εκατομμυριοστό του henry.
- Η συχνότητα συντονισμού, ή η συχνότητα συντονισμού, είναι η συχνότητα στην οποία η αντίσταση στη μεταφορά ενέργειας είναι στο ελάχιστο. (Για ένα πηνίο Tesla, αυτό είναι το βέλτιστο σημείο λειτουργίας για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος πηνίου.) Η μονάδα μέτρησης για τη συχνότητα συντονισμού είναι το hertz (συντομογραφία "Hz"), που ορίζεται ως 1 κύκλος ανά δευτερόλεπτο. Συνηθέστερα, η συχνότητα συντονισμού μετράται σε kilohertz (συντομογραφία "kHz"), με ένα kilohertz να είναι ίσο με 1000 hertz.
Βήμα 3. Συγκεντρώστε τα μέρη που θα χρειαστείτε
Θα χρειαστείτε έναν μετασχηματιστή τροφοδοσίας, έναν πρωτεύον πυκνωτή υψηλής χωρητικότητας, ένα συγκρότημα διακένου σπινθήρα, ένα κύριο πηνίο επαγωγέα χαμηλής επαγωγής, ένα δευτερεύον πηνίο επαγωγέα υψηλής επαγωγής, έναν δευτερεύοντα πυκνωτή χαμηλής χωρητικότητας και κάτι για καταστολή ή πνιγμό, οι παλμοί θορύβου υψηλής συχνότητας που δημιουργούνται όταν λειτουργεί το πηνίο Tesla. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα μέρη, ανατρέξτε στην επόμενη ενότητα, "Κάνοντας ένα πηνίο Tesla."
Η πηγή ισχύος/ο μετασχηματιστής τροφοδοτεί την ισχύ μέσω των τσοκ στο πρωτεύον κύκλωμα ή το κύκλωμα της δεξαμενής, το οποίο συνδέει τον κύριο πυκνωτή, το κύριο πηνίο επαγωγέα και το συγκρότημα διακένου σπινθήρα. Το κύριο πηνίο επαγωγέα τοποθετείται δίπλα, αλλά δεν συνδέεται με το πηνίο επαγωγέα του δευτερεύοντος κυκλώματος, το οποίο συνδέεται με τον δευτερεύοντα πυκνωτή. Μόλις ο δευτερεύων πυκνωτής συσσωρεύσει επαρκές ηλεκτρικό φορτίο, τα ρεύματα ηλεκτρικής ενέργειας (κεραυνοί) εκκενώνονται από αυτόν
Μέρος 2 από 2: Κάνοντας ένα πηνίο Tesla
Βήμα 1. Επιλέξτε τον μετασχηματιστή τροφοδοσίας
Ο μετασχηματιστής τροφοδοσίας καθορίζει πόσο μεγάλο μπορείτε να κάνετε το πηνίο Tesla. Τα περισσότερα πηνία Tesla λειτουργούν με μετασχηματιστή που εκπέμπει τάση μεταξύ 5, 000 έως 15, 000 βολτ σε ρεύμα μεταξύ 30 και 100 milliamperes. Μπορείτε να προμηθευτείτε έναν μετασχηματιστή από ένα κατάστημα πλεονασμάτων κολλεγίων ή από το Διαδίκτυο ή να κανιβαλίσετε τον μετασχηματιστή από μια πινακίδα νέον.
Βήμα 2. Φτιάξτε τον κύριο πυκνωτή
Ο καλύτερος τρόπος για να δημιουργήσετε αυτόν τον πυκνωτή είναι να συνδέσετε έναν αριθμό μικρών πυκνωτών σε σειρά, έτσι ώστε κάθε πυκνωτής να χειρίζεται το ίδιο μερίδιο της συνολικής τάσης του πρωτεύοντος κυκλώματος. (Αυτό απαιτεί κάθε μεμονωμένος πυκνωτής να έχει την ίδια χωρητικότητα με τους άλλους πυκνωτές της σειράς.) Αυτό το είδος πυκνωτή ονομάζεται πολυ-μίνι πυκνωτής ή MMC.
- Οι μικροί πυκνωτές και οι αντίστοιχες αντιστάσεις αιμορραγίας τους μπορούν να ληφθούν από καταστήματα ηλεκτρονικών ειδών ή μπορείτε να αναζητήσετε κεραμικούς πυκνωτές από παλιές τηλεοράσεις. Μπορείτε επίσης να φτιάξετε τους πυκνωτές από φύλλα πολυαιθυλενίου και αλουμινόχαρτου.
- Για να μεγιστοποιήσει την ισχύ εξόδου, ο κύριος πυκνωτής πρέπει να είναι σε θέση να φτάσει την πλήρη χωρητικότητά του κάθε μισό κύκλο της συχνότητας της ισχύος που του παρέχεται. (Για τροφοδοτικό 60 Hz, αυτό σημαίνει 120 φορές το δευτερόλεπτο.)
Βήμα 3. Σχεδιάστε τη διάταξη του διακένου σπινθήρα
Εάν σχεδιάζετε ένα μόνο κενό σπινθήρα, θα χρειαστείτε μεταλλικά μπουλόνια πάχους τουλάχιστον ενός τέταρτου ίντσας (6 χιλιοστών) για να χρησιμεύσουν ως το κενό σπινθήρα για να αντέξετε τη θερμότητα που παράγεται από την εκκένωση ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ των σπινθήρων. Μπορείτε επίσης να συνδέσετε πολλαπλά κενά σπινθήρων σε σειρά, να χρησιμοποιήσετε ένα περιστροφικό κενό σπινθήρα ή να φυσήξετε πεπιεσμένο αέρα μεταξύ των σπινθήρων για να μετριάσετε τη θερμοκρασία. (Μια παλιά ηλεκτρική σκούπα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να φυσήξει τον αέρα.)
Βήμα 4. Δημιουργήστε το κύριο πηνίο επαγωγέα
Το ίδιο το πηνίο θα είναι κατασκευασμένο από σύρμα, αλλά θα χρειαστείτε κάτι για να τυλίξετε το σύρμα σε σπειροειδή μορφή. Το σύρμα πρέπει να είναι εμαγιέ σύρμα χαλκού, το οποίο μπορείτε να προμηθευτείτε από ένα κατάστημα ηλεκτρικών συσκευών ή κανιβαλίζοντας το καλώδιο εξόδου από μια απορριφθείσα συσκευή. Το αντικείμενο που τυλίγετε το σύρμα μπορεί να είναι είτε κυλινδρικό, όπως ένα χαρτόνι ή πλαστικό σωλήνα, είτε κωνικό, όπως ένα παλιό αμπαζούρ.
Το μήκος του καλωδίου καθορίζει την επαγωγή του πρωτεύοντος πηνίου. Το κύριο πηνίο πρέπει να έχει χαμηλή επαγωγή, οπότε θα χρησιμοποιήσετε σχετικά λίγες στροφές για να το κάνετε. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μη συνεχή τμήματα σύρματος για το κύριο πηνίο, έτσι ώστε να μπορείτε να συνδέσετε τμήματα μεταξύ τους ανάλογα με τις ανάγκες για να ρυθμίσετε την επαγωγή εν πτήσει
Βήμα 5. Συνδέστε τον πρωτεύοντα πυκνωτή, το συγκρότημα διακένου σπινθήρα και το κύριο πηνίο επαγωγέα μαζί
Αυτό ολοκληρώνει το πρωτεύον κύκλωμα.
Βήμα 6. Δημιουργήστε το δευτερεύον πηνίο επαγωγέα
Όπως και με το κύριο πηνίο, τυλίγετε σύρμα γύρω από ένα κυλινδρικό σχήμα. Το δευτερεύον πηνίο πρέπει να έχει την ίδια συχνότητα συντονισμού με το πρωτεύον πηνίο για να λειτουργεί αποτελεσματικά το πηνίο Tesla. Ωστόσο, το δευτερεύον πηνίο πρέπει να είναι ψηλότερο/μακρύτερο από το πρωτεύον πηνίο διότι πρέπει να έχει μεγαλύτερη επαγωγή από το πρωτεύον πηνίο και επίσης να αποτρέπει οποιαδήποτε ηλεκτρική εκκένωση από το δευτερεύον κύκλωμα για να χτυπήσει και να τηγανίσει το πρωτεύον κύκλωμα.
Εάν σας λείπουν τα υλικά για να κάνετε το δευτερεύον πηνίο αρκετά ψηλό, μπορείτε να αντισταθμίσετε χτίζοντας μια ράγα κρούσης (ουσιαστικά έναν αλεξικέραυνο) για την προστασία του πρωτεύοντος κυκλώματος, αλλά αυτό θα σημαίνει ότι οι περισσότερες εκφορτίσεις του πηνίου Tesla θα χτυπήσουν την κρουστική ράγα και μην χορεύεις στον αέρα
Βήμα 7. Φτιάξτε τον δευτερεύοντα πυκνωτή
Ο δευτερεύων πυκνωτής ή ο ακροδέκτης εκκένωσης μπορεί να έχει οποιοδήποτε στρογγυλό σχήμα, με τους 2 πιο δημοφιλείς να είναι ο τόρος (σχήμα δακτυλίου ή ντόνατ) και η σφαίρα.
Βήμα 8. Συνδέστε τον δευτερεύοντα πυκνωτή στο πηνίο δευτερεύοντος επαγωγέα
Αυτό ολοκληρώνει το δευτερεύον κύκλωμα.
Το δευτερεύον κύκλωμά σας πρέπει να είναι γειωμένο χωριστά από τη γείωση για τα οικιακά σας κυκλώματα που τροφοδοτούν τον μετασχηματιστή για να αποτρέψει τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος από το πηνίο Tesla στη γείωση για τα οικιακά σας κυκλώματα και ενδεχομένως το τηγάνισμα οτιδήποτε είναι συνδεδεμένο σε αυτές τις πρίζες. Η οδήγηση μιας μεταλλικής ακίδας στο έδαφος είναι ένας καλός τρόπος για να το κάνετε αυτό
Βήμα 9. Φτιάξτε τους παλμούς τσοκ
Τα τσοκ είναι απλά, μικρά επαγωγικά που εμποδίζουν τους παλμούς που δημιουργούνται από το συγκρότημα του σπινθήρα να καταστρέψουν τον μετασχηματιστή τροφοδοσίας. Μπορείτε να το φτιάξετε τυλίγοντας λεπτό σύρμα χαλκού γύρω από ένα στενό σωλήνα, όπως ένα στυλό μίας χρήσης.
Βήμα 10. Συναρμολογήστε τα εξαρτήματα
Τοποθετήστε το πρωτεύον και το δευτερεύον κύκλωμα το ένα δίπλα στο άλλο και συνδέστε τον μετασχηματιστή τροφοδοσίας στο πρωτεύον κύκλωμα μέσω των τσοκ. Μόλις συνδέσετε τον μετασχηματιστή, το πηνίο Tesla είναι έτοιμο για λειτουργία.
Εάν το πρωτεύον πηνίο έχει αρκετά μεγάλη διάμετρο, το δευτερεύον πηνίο μπορεί να τοποθετηθεί στο εσωτερικό του
Συμβουλές
- Για να ελέγξετε την κατεύθυνση των σωλήνων που εκρήγνυνται από τον δευτερεύοντα πυκνωτή, τοποθετήστε μεταλλικά αντικείμενα κοντά, αλλά μην αγγίζετε, τον πυκνωτή. Το streamer θα μετατοπιστεί με τόξο από τον πυκνωτή στο αντικείμενο. Εάν το αντικείμενο περιλαμβάνει ένα φως, όπως έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως ή ένα σωλήνα φθορισμού, ο ηλεκτρισμός που προέρχεται από το πηνίο Tesla θα το κάνει να ανάψει.
- Ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός αποτελεσματικού πηνίου Tesla απαιτεί εργασία με αρκετά περίπλοκες μαθηματικές εξισώσεις. Ευτυχώς, μπορείτε εύκολα να βρείτε τις σχετικές εξισώσεις και τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές για να κάνετε τα σχετικά μαθηματικά.
Προειδοποιήσεις
- Οι μετασχηματιστές συμπαγούς νέον, όπως οι πρόσφατα κατασκευασμένοι, τείνουν να περιλαμβάνουν διακόπτη κυκλώματος βλάβης γείωσης. Επομένως, δεν θα είναι σε θέση να λειτουργήσουν το πηνίο.
- Η κατασκευή ενός πηνίου Tesla δεν είναι εύκολη υπόθεση αν δεν έχετε ήδη κάποιες γνώσεις μηχανικής και ηλεκτρονικής.
- Ένας πυκνωτής που χρησιμοποιείται για πηνία Tesla και άλλες γεννήτριες υψηλής τάσης και ιόντων ή συσκευές όπως το Lifter μπορεί να συσσωρεύει και να συγκρατεί τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας και να αποφορτίζει όλη την ενέργεια σε μια στιγμή. Να είστε εξαιρετικά προσεκτικοί και μην αφήνετε τα παιδιά ή οποιονδήποτε δεν έχει κατάλληλη εκπαίδευση ασφάλειας να αγγίξει ή να εργαστεί με αυτό.
