Tesla-Spule

Sigibert Kopp Kann 13, 2016 T 153 0
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Ein Tesla-Spule ist ein elektrisches Resonanzwandlerschaltung von Nikola Tesla in der Umgebung von 1891 erfunden Es wird verwendet, um Hochspannungs-Niederstrom, Hochfrequenz-Wechselstrom-Strom zu produzieren. Tesla experimentierten mit einer Anzahl von verschiedenen Konfigurationen, die aus zwei oder manchmal drei gekoppelten Resonanzstromkreise.

Tesla verwendet diese Spulen, innovative Experimente in elektrische Beleuchtung, Phosphoreszenz, Röntgenstrahlerzeugung, Hochfrequenz-Wechselstrom Phänomene, Elektrotherapie, und die Übertragung von elektrischer Energie ohne Kabel durchzuführen. Tesla-Spule Schaltungen wurden kommerziell in sparkgap Funksender zur drahtlosen Telegraphie benutzt, bis die 1920er Jahre, und in medizinischen Geräten wie Elektrotherapie und violett ray-Geräte. Heute ist ihr Hauptzweck ist für Unterhaltungs- und Bildungs ​​Displays, obwohl kleine Spulen sind auch heute noch als Leckdetektoren für Hochvakuumsystemen eingesetzt.

Theorie

Ein Tesla-Transformator ist in einem deutlich anderen Weise von einem konventionellen Transformator. In einem herkömmlichen Transformator sind die Wicklungen sehr fest verbunden ist und die Spannungsverstärkung durch das Verhältnis der Anzahl der Windungen in den Wicklungen bestimmt. Dies funktioniert gut bei Normalspannungen, aber bei hohen Spannungen, die Isolierung zwischen den zwei Sätzen von Wicklungen wird leicht abgebaut und dies verhindert Eisenkerntransformatoren ausgeführt zu extrem hohen Spannungen ohne Schaden.

Im Unterschied zu einem herkömmlichen Transformator ein Tesla-Spule Wicklungen "lose" gekoppelt ist, mit einem großen Luftspalt und somit die primären und sekundären Teilen in der Regel nur 10-20% der jeweiligen Magnetfelder. Anstelle einer engen Kopplung der Spule überträgt Energie von einer schwingenden Schwingkreis mit dem anderen über eine Anzahl von Funkfrequenzzyklen.

Als Primärenergietransfers zum sekundären hat die Sekundär die Ausgangsspannung steigt an, bis die gesamte verfügbare Primärenergie in die Sekundär übertragen. Selbst bei einem hohen Funkenspaltverluste können ein gut konzipiertes Tesla-Spule über 85% der Energie zunächst in der Primärkondensator mit dem Sekundärkreis gespeicherten übertragen. Die erzielbare von einem Tesla Spulenspannung kann wesentlich größer als bei einem herkömmlichen Transformator sein, weil die Sekundärwicklung ist eine lange Einzelschicht-Magnet weitgehend von der Umgebung getrennt und somit gut isoliert. Auch ist die Spannung pro Windung in jedem Spulen höher, da die Änderungsrate des magnetischen Flusses bei hohen Frequenzen.

Mit der losen Kopplung der Spannungsverstärkung statt proportional zur Quadratwurzel des Verhältnisses der primären und sekundären Induktionsspulen. Denn die Sekundärwicklung gewickelt resonant mit der gleichen Frequenz wie die primären zu sein, ist dieses Spannungsverstärkung ebenfalls proportional zu der Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Primärkondensator zur Streukapazität der Sekundär.

Geschichte

Die Tesla-Transformator verwendet einen Kondensator, der beim Abbau eines kurzen Funkenstrecke wurde mit einer Spule von wenigen Wicklungen verbunden sind, bilden einen Resonanzkreis mit der Frequenz der Schwingung, in der Regel durch die Kapazität des Kondensators und die fest Induktivität der Spule. Der Kondensator wurde auf die erforderliche Spannung, um die Luft des Spaltes Bruch, etwa durch einen netzgespeisten Transformator über den Spalt geschaltet belastet. Der Leitungstransformator könnte den Kurzschluss auftritt, zu tolerieren, während die Lücke blieb ionisierten oder für die wenigen Millisekunden, bis der Hochfrequenzstrom verklungen war. Eine prominente Sekundärwicklung aufweist, mit wesentlich mehr Windungen dünner Draht als der primäre, wurde aufgestellt, um einen Teil des Magnetfeldes der primären abzufangen. Die Sekundär wurde entwickelt, um die gleiche Resonanzfrequenz als die primäre Verwendung nur der Streukapazität haben die Wicklung selbst und, dass jeder "top hat" am oberen Ende gesetzt.

Der spätere und höherer Leistung Spulendesign hat eine Single-Layer-primäre und sekundäre. Diese Tesla-Spulen werden häufig von Hobbyisten und an Veranstaltungsorten wie Wissenschaftsmuseen verwendet werden, um lange Funken erzeugen. Die American Elektriker gibt eine Beschreibung eines frühen Tesla-Spule, bei dem eine Glasbatterieglas, ist 15 x 20 cm mit 60 bis 80 Umdrehungen der AWG No. 18 B & amp gewickelt ist; S Magnetdraht. In diese aufgeschoben wird eine primäre, bestehend aus acht bis zehn Windungen AWG No. 6 B & amp; S Draht und die gesamte Kombination in einem Gefäß Leinöl oder Mineralöl eingetaucht.

1902 Design

Teslas 1902 Design für sein hohes Vergrößerungs Sender verwendet ein Top-Terminal, bestehend aus einem Metallrahmen in der Form eines Torus, mit Halbkugelplatten abgedeckt. Das Aufsatz-Endgerät weist eine relativ kleine Kapazität, auf eine so hohe Spannung wie möglich belastet. Die äußere Oberfläche des erhöhten Leiter ist, wo die elektrische Ladung hauptsächlich ansammelt. Es hat einen großen Krümmungsradius aufweist, oder aus einzelnen Elementen, die, unabhängig von ihrer eigenen Krümmungsradien sind, die nahe zueinander, so dass die Außen idealen Oberfläche umhüllt sie einen großen Radius zusammengesetzt ist. Diese Konstruktion erlaubt das Terminal, um sehr hohe Spannungen, ohne Erzeugung von stillen oder Funken zu unterstützen. Tesla, während seiner Patentanmeldung Prozess, beschrieben eine Vielzahl von Resonator-Terminals am Anfang der späteren Spule.

Moderne Tesla-Spulen

Moderne Hochspannungs-Enthusiasten in der Regel bauen Tesla-Spulen ähnlich wie einige der "später" Luftkern-Designs Teslas. Diese bestehen typischerweise aus einem primären Schwingkreis einen LC-Reihenschaltung aus einem Hochspannungskondensator, Funkenstrecke und der Primärspule und der Sekundär LC Schaltkreis, einen Serienresonanzkreis bestehend aus der Sekundärspule sowie ein Anschluss-Kapazität oder "top zusammen Belastung". In Teslas fortgeschrittenen Design, wird die Sekundär LC-Schaltung eines Luftkerntransformator Sekundärspule in Reihe mit einem spiralförmigen Resonators platziert zusammen. Die meisten modernen Spulen verwenden nur eine einzige spiralförmige Spule, die sowohl den sekundären und primären Resonators. Die spiralförmige Spule wird dann an das Endgerät, die eine "Platte" des Kondensators, die andere "Platte" als die Erde bildet. Der primäre LC-Schaltung so abgestimmt ist, sie auf der gleichen Frequenz wie die sekundäre LC Kreis schwingt. Die Primär- und Sekundärspulen magnetisch gekoppelt sind, wodurch ein Dual-abgestimmten Resonanzluftkerntransformator. Frühere ölisolierten Tesla-Spulen benötigt große und lange Isolatoren an ihren Hochspannungsanschlüssen, um eine Entladung in der Luft zu verhindern. Später Tesla-Spulen breiteten ihre elektrischen Felder über große Entfernungen zu hohe elektrische Spannungen in erster Linie zu verhindern, wodurch Betrieb in freier Luft.

Die meisten modernen Tesla-Spulen verwenden einfache Ringkerne, typischerweise von gesponnenen Metall oder flexible Aluminiumrohrleitungen hergestellt, um den hohen elektrischen Feld in der Nähe der Spitze des Sekundär steuern und Funken nach außen und weg von den Primär- und Sekundärwicklungen zu leiten.

Fortgeschrittenere Tesla-Spule Sendern beinhalten eine eng gekoppelte Luftkernresonanztransformator Netzwerk oder "Master-Oszillator" dessen Ausgang wird dann auf einen anderen Resonator eingespeist, manchmal auch als das "extra Spule". Das Prinzip ist, dass die Energie sammelt sich in der Zusatzspule und die Rolle der Transformator-Sekundär wird durch den separaten Master-Oszillator Sekundär spielte; die Rollen sind nicht durch eine einzige Sekundär geteilt. In einigen modernen Dreispulen Magnifying Transmitter-Systemen wird die zusätzliche Spule des Transformators platziert in einiger Entfernung. Direkte magnetische Kopplung mit dem Sekundar ist nicht wünschenswert, da die dritte Spule ist so ausgelegt, um durch Injektion von Hochfrequenzstrom direkt in das untere Ende angetrieben werden.

Dieses spezielle Tesla Spulenkonfiguration besteht aus einer Sekundärspule in enger induktiven Beziehung mit einem primären und dessen eines Ende ist mit einer Masseplatte {die Erde} verbunden ist, während sein anderes Ende durch einen separaten Selbstinduktionsspule geführt und einer metallischen tragenden Zylinders des Stroms zu dem Terminal. Die Primärspule kann von jeder gewünschten Quelle für Hochfrequenzstrom angeregt werden. Die wichtigste Anforderung ist, daß die Primär- und Sekundärseite sind auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt werden, um eine effiziente Energieübertragung zwischen der primären und sekundären Resonanzkreise ermöglichen. Der Leiter der Welle mit dem Anschluß in Form eines Zylinders mit glatten Oberfläche eines Radius viel größer als die der sphärischen Metallplatten und weitet sich am Boden in eine Haube. Die Sekundärspule ist auf einer Trommel aus Isoliermaterial gewickelt, wobei seine Windungen eng beieinander. Wenn die Wirkung des kleinen Krümmungsradius des Drahtes selbst überwunden wird, verhält sich die untere Sekundärspule als ein Leiter mit einem großen Radius der Krümmung, die derjenigen der Trommel. Die Oberseite des Zusatzspule kann bis zu dem Endgerät US Patent 1.119.732 verlängert und der Boden soll etwas unterhalb der obersten Windung der Primärspule ist. Dies verringert die Tendenz der Ladung von der Draht ausbrechen verbindet beide und entlang der Stützgeben.

Primärschalt

Moderne Transistor oder Vakuumröhren Tesla-Spulen nicht mit einem primären Funkenstrecke. Stattdessen wird der Transistor oder Vakuumröhre der Schalt- oder Verstärkungsfunktion erforderlichen HF-Leistung für den Primärkreis zu erzeugen. Solid-State-Tesla-Spulen verwenden Sie den niedrigsten Primärbetriebsspannung, typischerweise zwischen 155 bis 800 Volt, und fahren die Primärwicklung entweder mit einem einzigen, Halbbrücke oder Vollbrücken-Anordnung von bipolaren Transistoren, MOSFETs oder IGBTs, um den Primärstrom schalten . Vakuumröhrenspulen arbeiten typischerweise mit Plattenspannungen zwischen 1500 und 6000 Volt, während die meisten Funkenstrecke Spulen arbeiten mit Primärspannungen von 6.000 bis 25.000 Volt. Die Primärwicklung eines herkömmlichen Transistors Tesla Spule um nur den unteren Teil der Sekundär gewickelt. Dies hilft, den Betrieb der Sekundär als Pump Resonators veranschaulichen. Der primäre Wechselspannung "induziert" in den untersten Teil der Sekundär, regelmäßige 'drückt'. Zusätzliche Energie wird von der primären auf die sekundäre Induktivität und Kapazität Topload während jeder "Push" übertragen, und sekundären Ausgangsspannung aufbaut. Eine elektronische Rückkopplungsschaltung wird normalerweise verwendet, um adaptiv synchronisieren den Primärschwinger auf die wachsende Resonanz im Sekundär, und dies ist die einzige Überlegung Abstimmung über die anfängliche Wahl eines angemessenen topload.

In einer Doppelresonanzfestkörper-Tesla-Spule ist die elektronische Schaltung des Festkörper-Tesla-Spule mit dem Resonanzprimärkreislauf eines Funkenstrecken-Tesla-Spule kombiniert. Sich die primäre Resonanzschaltung durch Verbinden eines Kondensators in Reihe mit der Primärwicklung der Spule ausgebildet ist, so dass die Kombination bildet einen Reihentankschaltkreis mit einer Resonanzfrequenz nahe der von dem Sekundärkreis. Wegen des zusätzlichen Schwingkreises sind, eine manuelle und eine adaptive Abstimmung erforderlich. Außerdem ist ein Unterbrecher in der Regel verwendet, um das Tastverhältnis des Schaltbrücke zu reduzieren, die Spitzenleistungsfähigkeit zu verbessern; In ähnlicher Weise werden IGBTs beliebter in dieser Anwendung als Bipolartransistoren oder MOSFETs, die aufgrund ihrer überlegenen Macht Fahreigenschaften. Leistung eines DRSSTC kann vergleichbar mit einem mittleren Leistungsfunkenstrecke Tesla-Spule sein, und die Effizienz wesentlich größer ist als eine Funkenstrecke Tesla-Spule, die bei der gleichen Eingangsleistung sein.

Praktische Aspekte des Design

Hochspannungsproduktion

Eine große Tesla-Spule von moderneres Design arbeitet oft mit sehr hohen Spitzenleistungspegel, bis zu vielen Megawatt. Es wird deshalb eingestellt und sorgfältig bedient, nicht nur für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit, sondern auch aus Sicherheitsgründen. Wenn, durch unsachgemäße Tuning, unter dem Terminal tritt der maximale Spannungspunkt, entlang der Sekundärspule kann ein Entladungs ​​ausbrechen und Beschädigung oder Zerstörung der Spulendraht, unterstützt oder in der Nähe von Objekten.

Typische Schaltungskonfiguration
Hier, Shorts die Funkenstrecke der Hochfrequenz über den ersten Transformator, der mit Wechselstrom versorgt wird. Eine Induktivität, die nicht gezeigt, schützt den Transformator. Dieser Entwurf wird begünstigt, wenn eine relativ fragile Neonzeichen Transformator verwendet. Alternative Schaltungskonfiguration
Mit dem Kondensator, der parallel zu dem ersten Transformator und dem Funkenspalt in Reihe mit der Tesla-Spule Primär muss der AC Versorgungstransformator der Lage ist bei hohen Frequenzen zu widerstehen hohen Spannungen sein.

Tesla experimentierte mit diesen und vielen anderen, Schaltungskonfigurationen. Die Tesla-Spule Primärwicklung, Funkenstrecke und Tankkondensator in Reihe geschaltet sind. In jedem Kreislauf, lädt der Netzversorgungstransformators den Tankkondensator, bis seine Spannung reicht aus, um die Funkenstrecke zu brechen. Der Spalt plötzlich löst, so dass der geladene Speicher-Kondensator, um in die Primärwicklung zu entladen. Sobald die Lücke Bränden ist das elektrische Verhalten der beiden Schaltung identisch. Experimente haben gezeigt, dass weder Rennstrecke bietet keine deutlichen Leistungsvorteil gegenüber den anderen.

, In der typischen Schaltung, verhindert jedoch Kurzschlüsse Klage der Funkenstrecke der hochfrequenten Schwingungen von 'Sichern' in den Versorgungstransformator. In der alternativen Schaltung mit hoher Amplitude hochfrequente Schwingungen, die über den Kondensator auftreten, werden ebenfalls an die Versorgungstransformatorwicklung angelegt. Dies kann Koronaentladungen zwischen den Windungen, die zu schwächen und schließlich Isolierung des Transformators zu zerstören induzieren. Erfahrene Tesla-Spule Bauer verwenden fast ausschließlich die Top-Schaltung, die häufig vermehren sie mit Tiefpassfilter-Netze) zwischen der Versorgungstransformator und Funkenstrecke zum Schutz der Versorgungstransformator. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung von Transformatoren mit fragilen Hochspannungswicklungen, wie Leuchtreklame Transformatoren. Unabhängig davon, welche Konfiguration verwendet wird, muss der Hochspannungstransformator von einer Art, dass die Selbst begrenzt dessen Sekundärstrom durch interne Streuinduktivität sein. Ein normaler Hochspannungstransformator muss eine externe Begrenzer verwenden den Strom zu begrenzen. NSTs sind entworfen, um hohe Streuinduktivität, ihre Kurzschlussstrom auf ein sicheres Niveau zu begrenzen.

Tuning Vorsichtsmaßnahmen

Die Primärspule der Resonanzfrequenz zu jener der Sekundär mit niedriger Leistung Schwingungen abgestimmt ist, dann Erhöhen der Leistung, bis das Gerät unter Kontrolle gebracht wurde. Während Tuning, ein kleiner Vorsprung wird oft bis zur Bergstation, um Corona stimulieren und Funkenentladungen in die Umgebungsluft aufgenommen. Abstimmung kann dann eingestellt werden, um so die längste Ausläufer bei einem gegebenen Leistungspegel zu erreichen, entsprechend einer Frequenz Spiel zwischen der Primär- und Sekundärspule. Kapazitive 'Laden' die Streamer neigt dazu, die Resonanzfrequenz einer Tesla-Spule, die unter voller Leistung zu senken. Für eine Vielzahl von technischen Gründen bereitzustellen Toroide einem der wirksamsten Formen für den oberen Anschlüssen der Teslaspulen.

Air Entladungen

Bei der Generierung Entladungen, elektrische Energie von der sekundären und Toroid wird an die Umgebungsluft als elektrische Ladung, Wärme, Licht und Ton übertragen werden. Das Verfahren ist ähnlich dem Laden oder Entladen eines Kondensators. Der Strom, der ein Verschieben Ladungen innerhalb eines Kondensators entsteht, wird als Verschiebungsstrom. Tesla Entladungen als Ergebnis der Verschiebungsströme gebildet als Impulse elektrischer Ladung rasch zwischen der Hochspannungs Toroid und benachbarten Regionen innerhalb der Luft übertragen. Obwohl die Raumladungszonen rund um den Ringkern unsichtbar sind, spielen sie eine tiefgreifende Rolle in der Erscheinung und Lage der Tesla-Spule entlädt.

Wenn die Funkenstrecke zündet, wird die geladene Kondensatorentladungen in die Primärwicklung, wodurch der Primärkreis zu schwingen. Die oszillierende Primärstrom erzeugt ein Magnetfeld, die Paare mit der Sekundärwicklung, Übertragen von Energie in die Sekundärseite des Transformators und so dass es mit dem toroid Kapazität schwingt. Die Energieübertragung erfolgt über eine Anzahl von Zyklen, und die meiste Energie, die ursprünglich in der Primärseite war in die Sekundärseite übertragen. Desto größer ist die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen, desto kürzer ist die erforderliche Zeit, um die Energieübertragung zu vervollständigen. Energie baut innerhalb des oszillierenden Sekundärkreis die Amplitude der RF-Spannung des toroid rapide zu, und der Umgebungsluft des toroid beginnt, einen dielektrischen Durchschlag zu unterziehen, wodurch eine Koronaentladung.

Als Energie der Sekundärspule weiter zunehmen, größere Impulse der Verschiebungsstrom weiter zu ionisieren und erwärmen die Luft an der Stelle der ursprünglichen Aufteilung. Dies bildet eine sehr leitfähig "root" von heißer Plasma, genannt ein Führer, dass Projekte nach außen von dem Ringkern. Das Plasma innerhalb der Führer ist erheblich heißer als einer Koronaentladung, und ist wesentlich leitend. In der Tat sind sich ähnlich einem elektrischen Lichtbogen. Die Führer Kerzen und Zweigen in Tausende von dünneren, Kühler, haarähnlichen Entladungen. Die Luftschlangen aussehen wie ein bläuliches 'Haze' an den Enden der heller Führer und Übertragungsladung zwischen den Führern und zu den nahe gelegenen Ringraumladungszonen. Die Verschiebungsströme aus unzähligen Luftschlangen alle fließen in die Marktführer und hilft, es ist heiß und elektrisch leitfähig zu halten.

Der primäre Bruchrate der Funkenteslaspulen ist langsam im Vergleich zu der Resonanzfrequenz des Resonators topload Montage. Wenn der Schalter schließt, wird Energie von der Primär LC-Kreis an den Resonator überführt, wo die Spannungsringe bis über einen kurzen Zeitraum von bis gipfelte in der elektrischen Entladung. In einer Funkenstrecke Tesla-Spule, passiert das primäre-to-Sekundärenergietransferprozess wiederholt bei typischen Impulsraten von 50 bis 500 Mal pro Sekunde, und vorher gebildeten Führer Kanälen keine Chance vollständig abkühlen zwischen den Impulsen zu erhalten. Also, auf aufeinanderfolgenden Impulsen, neuere Entladungen können auf den heißen Wege von ihren Vorgängern links zu bauen. Dies bewirkt, stufenweises Wachstum des Leiters von einem Impuls zum nächsten, eine Verlängerung der gesamten Entladung bei jedem folgenden Impuls. Repetitive Pulsen bewirkt, dass die Einleitungen in das, bis die durchschnittliche Energie von der Tesla-Spule zur Verfügung zu wachsen während jeder Impuls gleicht wobei die mittlere Energie der Entladungen verloren. An dieser Stelle wird ein dynamisches Gleichgewicht erreicht hat und die Entladungen haben ihre maximale Länge der Tesla-Spule Ausgangsleistungsniveau erreicht. Die einzigartige Kombination aus einer ansteigenden Hochspannungshochfrequenz Umschlag und repetitiven Pulsen erscheinen sie ideal geeignet für die Schaffung langer Verzweigung Entladungen, die wesentlich länger als dies durch die Ausgabespannungs Überlegungen allein ansonsten erwartet werden sollen. Hochspannungsentladungen erzeugen mehrfach verzweigten fadenförmigen Entladungen, die violett-blaue Farbe gibt. Hochenergieentladungen erzeugen dickere Entladungen mit weniger Filialen, sind blass und hell, fast weiß, und sind viel länger als Niedrigenergieentladungen, wegen der erhöhten Ionisation. Ein starker Geruch von Ozon und Stickoxiden wird in der Gegend vorkommen. Die wichtigsten Faktoren für die maximale Förderlänge scheinen Spannung, Energie und Luft noch von geringer bis moderater Luftfeuchtigkeit. Sogar mehr als 100 Jahre nach der ersten Verwendung der Tesla-Spulen, sind viele Aspekte der Tesla-Spule entlädt und dem Energieübertragungsprozess jedoch noch nicht vollständig verstanden.

Anwendungen

Tesla-Spule Schaltungen wurden kommerziell in sparkgap Funksender für drahtlose Telegraphie, bis die 1920er Jahre, und in der Elektrotherapie und pseudo Geräte wie violetten Strahl verwendet. Heute ist ihre hauptsächliche Verwendung Unterhaltungs- und Bildungs ​​angezeigt. Tesla-Spulen werden von vielen Hochspannungs-Enthusiasten, Forschungseinrichtungen, Wissenschaftsmuseen und unabhängige Experimentatoren gebaut. Elektronische Schaltung Steuerungen haben zwar entwickelt worden, ist Teslas Originalfunkenstrecke Design weniger teuer und hat sich als äußerst zuverlässig erwiesen.

Drahtlose Übertragung und Empfang

Die Tesla-Spule kann auch für die drahtlose Übertragung verwendet werden. Zusätzlich zu der Positionierung der erhöhten terminalen deutlich über der oberen Windung des wendelförmigen Resonator, ein weiterer Unterschied gegenüber der Funkenteslaspule ist die primäre Bruchrate. Die optimierte Tesla-Spule Transmitter ist ein Dauerstrich-Oszillator mit einer Bruchrate gleich der Betriebsfrequenz. Die Kombination aus einer wendelförmigen Resonator mit einem erhöhten Klemme ist auch für den drahtlosen Empfang verwendet. Die Tesla-Spule Empfänger zum Empfang des von der Tesla-Spule Sender erzeugten nonradiating elektromagnetischen Feld Energie bestimmt. Die Tesla-Spule-Empfänger ist auch für die Nutzung des allgegenwärtigen vertikale Spannungsgefälle in der Atmosphäre der Erde anpassbar. Tesla gebaut und verwendet verschiedene Geräte zur Erfassung elektromagnetischer Feldenergie. Seine frühen drahtlosen Vorrichtung betrieben auf der Grundlage der Hertzsche Wellen oder gewöhnliche Funkwellen, elektromagnetischen Wellen, die sich im Raum fortpflanzen, ohne Beteiligung eines leitenden Führungsfläche. Während seiner Arbeit in Colorado Springs, glaubte er Tesla elektrische Resonanz der gesamten Erde gegründet hatte mit der Tesla-Spule Sender an seiner "Versuchsstation".

Tesla angegeben eine der Anforderungen der Welt Wireless System war der Bau von Resonanz Empfängern. Die damit verbundenen Konzepte und Methoden sind Teil seiner Funkübertragungssystem. Tesla machte einen Vorschlag, dass es notwendig für viele mehr als 30 Sende-Empfangs-Stationen weltweit zu sein. In einer Form der Empfangsschaltung werden die beiden Eingangsklemmen jeweils mit einer mechanischen Impulsbreitenmodulationseinrichtung angepasst ist, um Polarität an vorbestimmten Zeitintervallen umzukehren und laden einen Kondensator verbunden ist. Diese Form der Tesla Systemempfänger Mittel aufweist zum Kommutieren der Stromimpulse in der Ladeschaltung, um sie zum Laden der Speichereinrichtung, eine Einrichtung zum Schließen der Empfangsschaltungs geeignet zu machen, und eine Einrichtung zum Veranlassen des Empfängers durch die Energie betrieben werden, akkumuliert.

A als Empfänger verwendet Tesla-Spule wird als "Tesla Empfangstransformator" bezeichnet. Die Tesla-Spule Empfänger fungiert als Abwärtstransformator mit hoher Stromausgang. Die Parameter einer Tesla-Spule Sender sind identisch für wobei ein Empfänger auf Grund der Gegenseitigkeit. Impedanz, in der Regel aber nicht in naheliegender Weise angewendet; für elektrische Impedanz ist die Impedanz auf der Last kritischsten und bei einer Tesla-Spule Empfänger ist an dem Punkt der Verwertung anstatt am Empfangsknoten dafür. Komplexe Impedanz einer Antenne an die elektrische Länge der Antenne bei der Wellenlänge in Verwendung. Üblicherweise wird Impedanz an der Last mit einem Tuner oder einem passenden Netzwerke von Induktoren und Kondensatoren zusammengesetzt eingestellt.

Ein Tesla-Spule kann elektromagnetische Impulse aus atmosphärischer Elektrizität und Strahlungsenergie, neben normalen drahtlosen Übertragungen zu empfangen. Strahlungsenergie wirft mit großer Geschwindigkeit winzigen Teilchen, die stark elektrifiziert sind und andere Strahlen fallen auf isoliertem Leiter mit einem Kondensator verbunden ist, kann der Kondensator auf unbestimmte Zeit elektrisch zu laden führen. Die spiralförmige Resonator kann "Schock angeregt" aufgrund von Strahlungsenergie Störungen nicht nur bei der Grundwelle bei einem Viertel der Wellenlänge, sondern auch an seinem Oberschwingungen angeregt werden. Hertzschen Verfahren können verwendet werden, um die Tesla-Spule-Empfänger mit Einschränkungen, die in große Nachteile für die Nutzung führen zu erregen, obwohl werden. Die Methoden der Masseleitung und der verschiedenen Induktionsverfahren kann auch verwendet werden, um die Tesla-Spule Empfänger anregen, sind aber wieder Nachteile für die Verwendung. Der Ladeschluss kann geeignet ist, durch die Wirkung von verschiedenen anderen Störungen und Effekten in einem Abstand erregt werden. Willkürliche und intermittierende Schwingungen, die durch Leitung an die Empfangs Resonator ausbreiten wird Kondensator des Empfängers zu laden und nutzen die potentielle Energie, um größere Wirkung. Verschiedene Strahlungen verwendet werden, um aufzuladen und zu entladen Dirigenten, mit den Strahlungen als elektromagnetische Schwingungen der verschiedenen Wellenlängen und ionisierender Potenzial werden. Die Tesla-Empfänger nutzt die Wirkung oder die Störungen ein Speichergerät mit Energie aus einer externen Quelle zu laden, und steuert das Laden der Vorrichtung durch die Wirkung der Effekte oder Störungen. Die gespeicherte Energie kann auch verwendet werden, um die Empfangsvorrichtung zu betätigen. Die akkumulierte Energie kann beispielsweise Betrieb eines Transformators durch Ausstoßen durch eine Primärschaltung zu vorbestimmten Zeitpunkten, die von den Sekundärströmen arbeiten im Empfangsgerät.

Während Tesla-Spulen kann für diese Zwecke verwendet werden kann, wird ein großer Teil der Öffentlichkeit und den Medien die Aufmerksamkeit weg von Sende-Empfangs-Anwendungen der Tesla-Spule gerichtet, da elektrische Funkenentladungen sind faszinierend für viele Menschen. Unabhängig davon, Tesla hat vorschlagen, dieses Variation der Tesla-Spule könnte die Phantom Loop-Effekt verwenden, um einen Schaltkreis, um Energie aus dem Magnetfeld der Erde und anderen Strahlungsenergiequellen einführen zu bilden. Im Hinblick auf Teslas Aussagen über die Nutzbarmachung der natürlichen Phänomene, um elektrische Energie zu erhalten, erklärte er:

Tesla festgestellt, dass die Ausgangsleistung von diesen Geräten aus Hertzsche Verfahren der Aufladung erreicht war gering, aber alternative Lademittel vorhanden sind. Tesla Empfängern betrieben richtig, wirken als ein Abwärtstransformator mit hoher Stromausgang. Bisher wurden keine kommerziellen Stromerzeugung Unternehmen oder Geschäfts diese Technologie, um volle Wirkung verwendet. Die Leistungspegel von Tesla-Spule Empfänger erreicht haben, so weit, ein Bruchteil der Ausgangsleistung der Sender.

Hochfrequente elektrische Sicherheit

Die "Skin-Effekt"

Die Gefahren der Berührung mit der elektrischen Hochfrequenzstrom, werden manchmal als geringer als bei niedrigeren Frequenzen empfunden, weil der Gegenstand der Regel keine Schmerzen oder ein "Schock". Dies wird oft irrtümlich Skineffekt, ein Phänomen, das Wechselstrom von innen leitenden Medien fließen zu inhibieren neigt zurückzuführen. Man dachte, dass im Körper, Paar in der Nähe der Hautoberfläche Tesla Ströme, wodurch sie sicherer als die niederfrequenten elektrischen Strömen.

Obwohl Skin-Effekt begrenzt Tesla Ströme auf die äußere Bruchteil eines Zolls in metallischen Leitern, ist die "Eindringtiefe" des menschlichen Fleisches bei typischen Tesla-Spule Frequenzen noch in der Größenordnung von 60 Zoll oder mehr. Dies bedeutet, Hochfrequenzströme werden weiterhin vorzugsweise durch tiefer, besser leitende fließen Abschnitte des Körpers eines Experimentators wie Kreislauf- und Nervensystem. Der Grund für das Fehlen von Schmerzen ist, dass ein Mensch das Nervensystem nicht den Fluss von potentiell gefährlichen elektrischen Strömen über 15-20 kHz zu erfassen; im wesentlichen für die Nerven zu aktivieren ist, eine signifikante Anzahl von Ionen müssen die Membranen vor der aktuellen umkehrt kreuzen. Da der Körper nicht mehr eine Warnung "Schock", können Anfänger die Ausgangsschlangen der kleinen Tesla-Spulen, ohne das Gefühl schmerzhafte Schocks zu berühren. Doch vereinzelte Hinweise unter Tesla-Spule Experimentatoren zeigt temporäre Gewebeschäden immer noch auftreten und wie Muskelschmerzen, Gelenkschmerzen, oder Kribbeln für Stunden oder sogar Tage danach beobachtet werden. Dies wird angenommen, dass von den schädlichen Auswirkungen der internen Stromfluss hervorgerufen werden, und ist besonders häufig mit Dauerstrich-Festkörper oder Vakuumröhren Tesla-Spulen, die bei relativ niedrigen Frequenzen. Es ist möglich, sehr hohe Ströme, die tun haben einen geringeren Eindringtiefe in Fleisch zu erzeugen. Diese werden häufig für medizinische und therapeutische Zwecke wie Elektrokauterisation und Diathermie verwendet. Die Designs von Anfang Diathermie Maschinen wurden auf Tesla-Spulen oder Oudin Spulen basiert.

Große Tesla-Spulen und Lupen können gefährliche Mengen an Hochfrequenzstrom zu liefern, und sie können auch wesentlich höhere Spannungen zu entwickeln. Wegen der höheren Spannungen können große Systeme höherer Energie, potenziell tödliche, sich wiederholenden Hochspannungskondensatorentladungen von ihrer Top-Endgeräte zu liefern. Eine Verdoppelung der Ausgangsspannung vervierfacht die elektrostatische Energie in einem bestimmten Top-Endgerät-Kapazität gespeichert. Wenn eine unvorsichtige Experimentator stellt sich versehentlich im Pfad des Hochspannungs-Kondensatorentladung mit Masse kann der geringe Strom elektrischen Schlag unwillkürliche Spasmen der großen Muskelgruppen führen und lebensbedrohlichen Kammerflimmern und Herzstillstand herbeizuführen. Noch niedrigere Stromvakuumröhre oder Solid-State-Tesla-Spulen können HF-Ströme verursachen kann vorübergehende innere Gewebe, Nerven oder Gelenkschäden durch Joule-Wärme zu liefern. Darüber hinaus kann ein HF-Lichtbogen Fleisch verkohlen, was zu einem schmerzhaft und gefährlich Knochen tiefe HF-Verbrennungen, die Monate in Anspruch nehmen kann, um zu heilen. Aufgrund dieser Risiken, kenntnis Experimentatoren sollte der Kontakt mit Luftschlangen von allen, aber den kleinsten Systemen. Professionals in der Regel verwenden andere Mittel zum Schutz, wie Faraday-Käfig oder einem metallischen Mail-Anzug zu gefährlichen Strömungen Eindringen von ihrem Körper zu verhindern.

Die größten Gefahren mit Tesla-Spule Vorgang zugeordnet sind mit dem Primärkreis verbunden. Es ist in der Lage eine ausreichende Strom mit einem erheblichen Spannung an das Herz eines sorglosen Experimentator zu stoppen. Da diese Komponenten sind nicht die Quelle der Marke visuelle oder auditive Spule Wirkungen, können sie leicht als Hauptgefahrenquelle übersehen werden. Sollte ein Hochfrequenz-Lichtbogen zu zünden die freiliegende Primärspule, während zur gleichen Zeit hat eine andere Lichtbogen auch erlaubt worden, zu einer Person zu schlagen, das ionisierte Gas von zwei Bögen eine Schaltung, die tödlich, niederfrequenten Strom aus durchführen kann bildet die primäre in die Person.

Ferner muß darauf geachtet werden, wenn WOorking auf dem Primärteil einer Spule, auch wenn es von der Stromversorgung für einige Zeit getrennt wurde. Die Tank Kondensatoren für Tage mit genug Energie geladen, um einen tödlichen Schock abzug bleiben. Proper-Designs immer auch 'Ableitwiderstände', um aus den Kondensatoren gespeicherte Ladung ablassen. Zusätzlich wird eine Sicherheitsoperation auf Kurzschließen jedes Kondensators durchgeführt, bevor jeder interne Arbeit ausgeführt wird.

Instanzen und Geräte

Teslas Colorado Springs Labor besaß eine der größten Tesla-Spulen jemals gebaut wurde, als "Magnifying Transmitter" bekannt. Der Vergrößerungs Transmitter ist etwas anders als klassische Zweispulen Tesla-Spulen. Ein Vergrößerungsglas verwendet eine Zwei-Spule "Fahrer", um die Basis eines dritten Spule in einiger Entfernung von dem Fahrer begeistern. Die Arbeitsprinzipien für beide Systeme ähnlich sind. Die weltweit größte derzeit existierende Zweispulen Tesla-Spule ist ein 130.000-Watt-Gerät Teil eines 38-Meter hohe Skulptur von Alan Gibbs im Besitz und lebt derzeit in einer privaten Skulpturenpark am Kakanui Punkt in der Nähe von Auckland, Neuseeland.

Die Tesla-Spule ist ein früher Vorläufer der ein moderneres Gerät namens Rücklauftransformator, der die Spannung benötigt, um die Kathodenstrahlröhre in einigen Fernsehgeräten und Computermonitoren verwendet Power bietet. Der Durchschlag Spule bleibt im allgemeinen Gebrauch als "Zündspule" oder "Zündspule" in der Zündanlage eines Verbrennungsmotors. Diese beiden Geräte nicht benutzen, um Energie zu akkumulieren Resonanz jedoch, die die Unterscheidungsmerkmal einer Tesla-Spule ist. Sie verwenden induktiven "Kick", die gedrückt wird, abrupte Abfall des Magnetfeldes, so daß die Spannung von der Spule zu seiner primären Anschlüssen versehen ist viel größer als die Spannung angelegt, um das Magnetfeld aufzubauen und diese höhere Spannung wird dann multipliziert durch den Transformator Windungsverhältnis. So haben sie Energie speichern, und eine Tesla-Resonator speichert Energie. Eine moderne, Low-Power-Variante der Tesla-Spule wird auch an die Macht Plasmalampe Skulpturen und ähnliche Geräte verwendet.

Wissenschaftler arbeiten mit einem Glas Vakuumleitung Test auf das Vorhandensein von winzigen Nadellöcher in der Vorrichtung mit Hochspannungsentladungen, wie beispielsweise eine Tesla-Spule erzeugt. Wenn das System evakuiert und das Abgabeende der Spule verschoben über das Glas bewegt sich die Entladung durch Lochblende unmittelbar darunter und somit beleuchtet das Loch, was anzeigt, Punkte, die getempert oder reblown werden müssen, bevor sie in einem Experiment verwendet werden, .

Beliebtheit

Tesla-Spulen sind sehr beliebt Geräte unter bestimmten Elektroingenieure und Elektronik-Enthusiasten. Erbauer der Tesla-Spulen als Hobby werden als "Wickelmaschinen". Eine sehr große Tesla-Spule, entworfen und von Syd Klinge gebaut, wird jedes Jahr am Coachella-Festival gezeigt wird, in Coachella, Indio, Kalifornien, USA. Menschen besuchen "Wickeln" Konventionen, wo sie ihre hausgemachten Tesla-Spulen und andere elektrische Geräte in der Nähe anzuzeigen. Austin Richards, ein Physiker in Kalifornien, hat ein Metall Faraday-Klage im Jahr 1997, die ihn von Tesla Entladungen schützt. Im Jahr 1998 nannte er den Charakter in dem Anzug Arzt Megavolt und der ganzen Welt und bei Burning Man 9 verschiedenen Jahren durchgeführt hat.

Low-Power-Tesla-Spulen werden manchmal auch als Hochspannungsquelle für die Kirlian-Fotografie eingesetzt.

Tesla-Spulen kann auch verwendet werden, um Musik durch Modulation wirksam "Bruchrate" des Systems via MIDI-Daten und eine Steuereinheit zu schaffen. Die MIDI-Daten durch einen Mikrocontroller, der die MIDI-Daten in ein PWM-Ausgangssignal, das an die Tesla-Spule über eine Glasfaser-Schnittstelle gesendet werden können, umwandelt interpretiert. Das YouTube-Video Super Mario Brothers Thema in Stereo und Harmonie auf zwei Spulen eine Leistung auf passenden Festkörperspulen, die bei 41 kHz. Die Spulen wurden gebaut und von Designer Hobbyisten Jeff Larson und Steve Ward betrieben. Das Gerät wurde dem Namen der Zeusaphone nach Zeus, griechischer Gott des Blitzes, und als ein Wortspiel Referenzierung der Sousaphon. Die Idee, die Musik auf dem Gesang Tesla-Spulen fliegt um die Welt und ein paar Anhänger weiterhin die Arbeit der Initiatoren. Eine umfangreiche Außen musikalischen Konzert mit Tesla-Spulen während der Engineering Open House an der University of Illinois in Urbana-Champaign demonstriert. Die isländische Künstlerin Björk verwendet eine Tesla-Spule in ihrem Song "Thunderbolt" als wichtigstes Instrument im Song. Die musikalische Gruppe ArcAttack Verwendungen moduliert Tesla-Spulen und einen Mann in einem Maschendraht Anzug, Musik zu spielen.

Der mächtigste konischen Tesla-Spule wurde im Jahr 2002 an der Mid-America Science Museum in Hot Springs, Arkansas installiert. Dies ist eine Nachbildung des Griffith Observatory konischen Spule im Jahr 1936 installiert.

Patente

  • "Elektrischer Transformator oder Induktions-Gerät". US-A-433702, 5. August 1890
  • "Mittel zur Erzeugung von elektrischem Strom", der US-PS 514.168, 6. Februar 1894
  • "Elektrische Transformer", PS 593.138, 2. November 1897
  • "Verfahren zur Verwendung Radiant-Energy", PS 685.958 5. November 1901
  • "Method of Signaling", US-Patent Nr 723188, 17. März 1903
  • "System aus Signaling", US-Patentschrift 725.605 vom 14. April 1903
  • "Vorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie", 18. Januar 1902, dem US-Patent 1.119.732, 1. Dezember 1914
  • A. Nickel, dem US-Patent 2.125.804, "Antenne".
  • William W. Brown, US-Patent 2.059.186, "Antennenstruktur" ..
  • Robert B. Dome, dem US-Patent 2.101.674, "Antenne".
  • Armstrong, EH, US-Patent 1.113.149, "Wireless Empfangsanlage". 1914.
  • Armstrong, EH, US-Patent 1.342.885, "Method of Empfangshochfrequenzschwingung". 1922.
  • Armstrong, EH, US-Patent 1.424.065, "Meldeanlage". 1922.
  • Gerhard Freiherr du Prel, US-Patent 1.675.882, "Hochfrequenzschaltkreis".
  • Leydorf, GF, US-Patent 3.278.937, "Antenne Nahfeld Kupplungssystem". 1966.
  • Van Voorhies, US-Patent 6.218.998, "Toroidal Wendelantenne"
  • Gene Koonce, US-Patent 6.933.819, "Multifrequenz-Elektromagnetfeldgenerator".
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