Емкость конденсатора и индуктивность обмотки подбираются так, чтобы частота колебаний в этом контуре совпадала с необходимой. Коммутация осуществляется с помощью искрового промежутка: как только напряжение на конденсаторе достигает определенного значения, в промежутке возникает искра, замыкающая контур. Часто можно увидеть утверждения, что «искра содержит полный спектр частот, так что там всегда есть и резонансная, за счет чего и работает трансформатор». Но это не так — без правильного подбора емкости и индуктивности действительно высокого напряжения на выходе не получить.

Решив сделать свой трансформатор Теслы, мы остановились на более прогрессивной схеме — транзисторной. Транзисторные генераторы потенциально позволяют получить любую форму и частоту сигнала в первичной обмотке.

Выбранная нами схема состоит из микросхемы драйвера силовых транзисторов, маленького трансформатора для развязки этого драйвера от питающего напряжения 220 В и полумоста из двух силовых транзисторов и двух пленочных конденсаторов. Трансформатор мотается на кольце из феррита с рабочей частотой не менее 500 кГц, на нем делается три обмотки по 10−15 витков провода. Очень важно подключить транзисторы к обмоткам трансформатора так, чтобы они работали в противофазе: когда один открыт, другой закрыт.

Нужная частота возникает за счет обратной связи со вторичной обмоткой (схема основана на автоколебаниях). Обратная связь может осуществляться двумя способами: с помощью или трансформатора тока из 50−80 витков провода на таком же ферритовом кольце, как и разделительный трансформатор, через которое проходит провод заземления нижней части вторичной обмотки, или… просто кусочка проволоки, которая выполняет роль антенны, улавливающей испускаемые вторичной обмоткой радиоволны.

Мотаем на ус

В качестве каркаса первичной обмотки мы взяли канализационную трубу из ПВХ диаметром 9 см и длиной 50 см. Для намотки используем эмалированный медный провод диаметром 0,45 мм. Каркас и катушку обмоточного провода размещаем на двух параллельных осях. В качестве оси каркаса выступал кусок ПВХ-трубы меньшего диаметра, а роль оси катушки с проводом выполнила завалявшаяся в редакции стрела от лука.

Намотка должна быть очень плотной, виток к витку. Витки не должны накладываться друг на друга. Только придерживаясь этих правил, можно получить качественную вторичную обмотку, в которой не будет пробоев между витками и паразитных коронных разрядов. Длина собственно обмотки получилась равной 45 см, а число витков — 810. Изготовленную обмотку нужно покрыть лаком, эпоксидной смолой или еще чем-нибудь подобным.

Существуют три варианта первичной обмотки: плоская спираль, короткая винтовая и коническая обмотка. Первая обеспечивает максимальную электрическую прочность, но в ущерб силе индуктивной связи. Вторая, напротив, создает наилучшую связь, но чем она выше — тем больше шансов, что произойдет пробой между нею и вторичной обмоткой. Коническая обмотка — промежуточный вариант, позволяющий получить наилучший баланс между индуктивной связью и электрической прочностью. Рекордные напряжения мы получить не рассчитывали, так что выбор пал на винтовую обмотку: она позволяет добиться максимального КПД и проста в изготовлении.

В качестве проводника взяли провод питания аудиоаппаратуры с сечением 6 мм², восемь витков которого намотали на отрезок ПВХ-трубы большего диаметра, чем у каркаса вторичной обмотки, и закрепили обычной изолентой. Такой вариант нельзя считать идеальным, ведь ток высокой частоты течет лишь по поверхности проводников (скин-эффект), так что правильнее делать первичную обмотку из медной трубы. Но наш способ прост в изготовлении и при не слишком больших мощностях вполне работает.

Управление

Для обратной связи мы изначально планировали использовать трансформатор тока. Но он оказался неэффективным при малых мощностях катушки. А в случае антенны сложнее обеспечить первоначальный импульс, который запустит колебания (в случае трансформатора через его кольцо можно пропустить еще один провод, на который на долю секунды замыкать обычную батарейку). В итоге у нас получилась смешанная система: один выход трансформатора был подключен к входу микросхемы, а провод второго не был ни к чему подключен и служил антенной.

Короткие замыкания, пробитие транзисторов и прочие неприятности изначально предполагались очень даже возможными, так что дополнительно был изготовлен пульт управления с амперметром переменного тока на 10 А, автоматическим предохранителем на 10 А и парой «неонок»: одна показывает, есть ли напряжение на входе в пульт, а другая — идет ли ток к катушке. Такой пульт позволяет удобно включать и выключать катушку, отслеживать основные параметры, а также дает возможность многократно снизить частоту походов к щитку для включения «выбитых» автоматов.

Последняя опциональная деталь трансформатора — дополнительная емкость в виде проводящего шара или тора на высоковольтном выходе вторичной обмотки. Во многих статьях можно прочесть, что она способна существенно удлинить разряд (кстати, это широкое поле для экспериментов). Мы сделали такую емкость на 7 пФ, собрав вместе две стальные чашки-полусферы (из магазина IKEA).

Сборка

Когда все компоненты изготовлены, конечная сборка трансформатора не составляет никакой проблемы. Единственная тонкость — заземление нижнего конца вторичной обмотки. Увы, не во всех отечественных домах есть розетки с отдельными контактами земли. А там, где есть, эти контакты не всегда реально подключены (проверить это можно с помощью мультиметра: между контактом и проводом фазы должно быть около 220 В, а между ним и нулевым проводом — почти нуль).

Если у вас такие розетки есть (у нас в редакции нашлись), то заземлять нужно именно с их помощью, используя для подключения катушки соответствующую вилку. Часто советуют заземлять на батарею центрального отопления, но это категорически не рекомендуется, поскольку в некоторых случаях может привести к тому, что батареи в доме будут бить током ни о чем не подозревающих соседей.

Но вот наступает ответственный момент включения… И сразу же появляется первая жертва молнии — транзистор схемы питания. После замены выясняется, что схема в принципе вполне работоспособна, хотя и на небольших мощностях (200−500 Вт). При выходе на проектную мощность (порядка 1−2 кВт) транзисторы взрываются с эффектной вспышкой. И хотя эти взрывы не представляют опасности, режим «секунда работы — 15 минут замены транзистора» не является удовлетворительным. Тем не менее с помощью этого трансформатора вполне можно почувствовать себя в роли Зевса-громовержца.

Благородные цели

Хотя в наше время трансформатор Теслы, по крайней мере в его исходном виде, чаще всего находит применение в разнообразных шоу, сам Никола Тесла создавал его для куда более важных целей. Трансформатор является мощным источником радиоволн с частотой от сотни килогерц до нескольких мегагерц. На основе мощных трансформаторов Теслы планировалось создание системы радиовещания, беспроводного телеграфа и беспроводной телефонии.

Но наиболее грандиозный проект Теслы, связанный с использованием его трансформатора, — создание глобальной системы беспроводного энергоснабжения. Как он считал, достаточно мощный трансформатор или система трансформаторов сможет в глобальном масштабе менять заряд Земли и верхних слоев атмосферы.

В такой ситуации установленный в любой точке планеты трансформатор, имеющий такую же резонансную частоту, как и передающий, будет источником тока, и линии электропередач станут не нужны.

Именно стремление создать систему беспроводной передачи энергии погубило знаменитый проект Wardenclyff. Инвесторы были заинтересованы в появлении только окупаемой системы связи. А передатчик энергии, которую мог бы неконтролируемо принимать любой желающий по всему миру, напротив, грозил убытками электрическим компаниям и производителям проводов. А один из основных инвесторов был акционером Ниагарской ГЭС и заводов по производству меди…

Трансформатор Теслы — это… Что такое Трансформатор Теслы?

Трансформа́тор Те́сла, также катушка Теслы (англ. Tesla coil) — единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5—30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис, явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияют на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения (50 или 60 Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения.

Модификации

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как IGBT транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.

Использование трансформатора Теслы

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи якобы не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния. Так же он использовался как орудие пыток. Мощные разряды высокой частоты почти всегда приводили к смерти.

Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

1. Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
2. Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Многие люди считают, что катушки Теслы — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесла за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Теслы, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию.

Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно «заряжать» башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Теслы для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «Установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в Half-Life 2). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В игре Fallout присутствует броня Теслы, также она есть и в игре Arcanum

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре «Вивисектор» присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

Сравнительные особенности

Напряжение на выходе данного трансформатора является переменным, а ток чрезвычайно мал. Это приводит к тому, что, несмотря на потенциал в миллионы вольт, прикосновение и разряд в тело человека может быть безопасным. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — «всего» порядка 25 кВ — являются смертельно опасными. Их выходные выпрямительные ёмкости могут дать при прикосновении импульс тока величины, несовместимой с жизнью. В люстре Чижевского должны быть предусмотрены токоограничительные резисторы. Но в телевизоре их установить невозможно.

См. также

Ссылки

история создания, основные составляющие, принцип действия и схема

ХХ век, электротехника развивается огромными темпами, учёные разрабатывают всё новые и новые изобретения, которые внедряются как в промышленность, так и в быт. Никола Тесла — один из выдающихся ученых того времени. Этот человек опередил свою эпоху на столетие, а его открытиями до сих пор пользуются передовые компании всего мира. Некоторые из его изобретений начали вводиться в общее пользование только в начале XXI века.

Экскурс в историю

Изобретение трансформатора в 1896 году принадлежит именно тому самому Николе Тесла. Основная активность изобретателя пришлась на конец IX — начало XX века. Приоритетными направлениями, которыми он занимался, были физика и инженерия. Он опережал своё время на столетия, даже современные учёные поражаются тем высотам, которых смог достичь изобретатель. Тесла мог превратить ночь над Нью-Йорком в день, у людей от этого вставали волосы дыбом, а из-под лошадиных подков вылетали метровые искры.

Путь, который он выбрал для себя, был полон трудностей, связанных в основном с постоянным​ поиском инвесторов. Те, в свою очередь, не желали вкладывать в его «сумасшедшие» идеи деньги. Немногие, решившиеся на финансирование его изобретений, в итоге либо пытались присвоить себе право собственности на его изобретения, либо прекращали финансирование. Влиятельным промышленникам того времени, таким как Рокфеллер, не было на руку, чтобы электричество стало бесплатным.

Одним из последних проектов, который проводил Тесла, было строительство огромной башни «Уорденклифф». В основу этой работы легла ранее изобретённая им катушка. Основным назначением этого объекта была передача электричества через океан — на другой континент такой же башне. При этом обе башни должны были работать в одинаковом резонансе. Но этот эксперимент был обречён на крах. Финансирование проекта прекратилось и Тесла снова ударился в поиски денег для построения своих детищ.

Ученый умер в 1943 году на 87-м году жизни при загадочных обстоятельствах в одном из номеров Нью-йоркского отеля. В последний год жизни он сильно болел и практически не выходил из отеля.

Компоненты трансформатора Тесла

Основными компонентами являются первичная и вторичная обмотка, защитное кольцо и тороид. Тороид, находящийся в конструкции, может выполнять несколько функций:

1. Уменьшает резонансную частоту.
2. Накапливает энергию до получения её стримером. При этом учитывается размер тороида — чем он больше, тем больше в нём копится энергии. Для получения большей выгоды в тороиде используется прерыватель.
3. В этом приборе образуется электростатическое поле, которое отталкивается стримером. Заменить в этой функции тороид может вторичная обмотка.
4. В роли основной детали трансформатора Тесла выступает вторичная обмотка. Защитное кольцо используется в защитных целях, чтобы не повредить электрические приборы. Изготавливается эта деталь из медного провода в форме специального кольца. Но также неотъемлемой частью защиты является заземление. Чтобы первичная обмотка могла обеспечивать надёжную передачу тока, её сопротивление не должно быть большим, а точка подключения должна иметь подвижный принцип. В этом случае становится возможным изменение резонансной частоты.

Принцип действия

Катушка Тесла представляет собой трансформатор, способный вырабатывать энергию высокой амплитуды и мощности. Прибор приводится в действие двумя катушками с первичной обмоткой и вторичной. К первичной обмотке подсоединяется переменное напряжение, образующее магнитное поле, которое будет передавать энергию на вторичную обмотку. На вторичной образуется колебательный контур, накапливающий энергию определённое время.

При помощи вторичного колебательного контура раскачивается амплитуда колебаний, которая в своём максимальном значении становится равной прилагаемому усилию. При свободном раскачивании максимальное значение амплитуды возрастает при тех же усилиях, что приводит к её многократному увеличению. На выходе получается напряжение, превосходящее в сотни раз входящую энергию. Таков основной принцип работы трансформатора Тесла. Схема выглядит следующим образом:

Мифы об изобретателе

Основным эффектом, производимым катушкой Тесла, является передача электричества на расстояние. На этой основе было поставлено множество экспериментов как самим учёным при жизни, так и многими компаниями и учёными после его смерти.

Но есть несколько случаев и необъяснимых фактов в мировой науке, которые косвенно ведут к Тесле, например:

1. Филадельфийский эксперимент, произошедший почти через 10 месяцев после смерти учёного, в котором просматриваются следы опытов Теслы.
2. Электромобиль, который Тесла якобы продемонстрировал публике в 1931 году. Какие-либо свидетельства отсутствуют.
3. Лучевое оружие. С 1958 по 1982 года одно из американских агентств уже предпринимало ряд попыток создать оружие, но вынуждено было закрыт проект в связи с рядом неудач со значительным превышением бюджета.
4. Тунгусский метеорит. 30 июня 1908 года Никола Тесла проводил эксперимент по передаче энергии по воздуху, в этот же день наблюдался Тунгусский феномен.

Незадолго до смерти Никола Тесла попал под колеса автомобиля и получил перелом ребер. На фоне осложнений началось воспаление легких, и он слег в постель. Ученый глубоко переживал за судьбу родины, оккупированной в годы II мировой фашистами, и пытался поддерживать тех, кто вел борьбу за ее независимость. Даже будучи глубоко больным, Тесла никого к себе не пускал и находился в своем гостиничном номере один. Так он и умер в одиночестве от сердечной недостаточности в ночь на 8 января 1943 года. Обнаружили тело лишь спустя двое суток после смерти.

Трансформатор Тесла — это… Что такое Трансформатор Тесла?

Трансформа́тор Те́сла, также катушка Тесла^[1] (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Теслой 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».^[2]

Суть

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных, резонансных колебаний, то при усилиях равных с принудительными колебаниями, максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).

Описание простейшей конструкции

Схема простейшего трансформатора Тесла

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Функционирование

Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник включенный параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определенные потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме трансформатора Тесла разрядник всегда ставится параллельно источнику питания.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса равной ВВ контуру. Однако емкость будет отличаться от расчетной т.к. часть энергии тратится на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2-20 киловольт. Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он не должен сильно «закорачивать» конденсатор на котором напряжение постоянно меняет знак — Колебательный контур

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, и продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Модификации трансформаторов Тесла

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.

На данный момент существуют:

SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — классическая катушка Тесла — генератор колебаний выполнен на искровом промежутке (разряднике).

Для мощных трансформаторов Тесла наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.
Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В этом случае часто работы промежутка целесообразно выбирать синхроннно частоте подзарядки конденсатора и схема в этом случае ближе к картинке, а не тому как она здесь описана. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) — почти то же что и SGTC, только здесь отсутствует разрядник, а для накачки первичного контура используется генератор на полупроводниковых ключах — IGBT транзисторах или тиристорах. Более продвинутый вариант КТ.

VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) (рус. ЛКТ) — ламповая катушка Тесла. В ней в качестве генератора ВЧ колебаний используются электронные лампы. Обычно это мощные генераторные лампы, такие как ГУ-81, однако встречаются и маломощные конструкции. Одна из особенностей — отсутствие необходимости в высоком напряжении. Для получения сравнительно небольших разрядов достаточно 300-600 Вольт. Также VTTC практически не издает шума, появляющегося при работе катушки Тесла на искровом промежутке.

SSTC (Solid State Tesla Coil) — генератор выполнен на полупроводниках. Самая сложная из всех конструкций. Она включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFET транзисторы). Однако данный вид катушек Тесла является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промодулировать звуковым сигналом, например музыкой — звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудиомодуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам можно отнести те же низкое питающее напряжение и отсутствие шума при работе.

В аббревиатурах названий катушек Тесла, питаемых постоянным током, часто присутствуют буквы DC, например DCSGTC.

В отдельную категорию также относят магниферные катушки Тесла.

Использование трансформатора Тесла

Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в частоте минимальной электрической прочности воздуха способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Тесла используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине.^[3][4] Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект, Дарсонвализация), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Неверно считать, что трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Катушка зажигания в ДВС является вариантом трансформатора Тесла. Также, он изготавливается многими любителями высоковольтной техники ради сопровождающих её работу эффектов.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Тесла

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Тесла ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Тесла производит 4 вида разрядов:

1. Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
2. Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Тесла. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что некоторые ионные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, ионы натрия меняют обычный окрас спарка на оранжевый, а бора — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющейся в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Тесла

Нейтральность этого раздела статьи поставлена под сомнение. На странице обсуждения должны быть подробности.

Многие люди считают, что катушки Тесла — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Тесла может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи, в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Тесла» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов (хотя в передаче энергии «виновато» высокочастотное поле индуктора).

Однако следует подчеркнуть, что в многочисленной практике ни один из перечисленных эффектов не наблюдается. Хотя передача энергии без проводов имеет место, КПД подобного способа транспортировки энергии крайне низок, как и сравнительно мало максимальное расстояние между передающей катушкой и приемной, на котором передача энергии более-менее эффективна (см. Беспроводная передача электричества).

Также стоит отметить, что катушка Тесла — это обыкновенный резонансный трансформатор. Его принцип работы легко описывается и рассчитывается по классическим формулам, а результат работы на практике всегда предсказуем.

Влияние на организм человека

Так как напряжение на выходе данного трансформатора является переменным высокочастотным, а ток чрезвычайно мал, то несмотря на потенциал в миллионы вольт, разряд в тело человека не может^{[источник не указан 121 день]} вызвать остановку сердца или другие серьёзные повреждения организма, не совместимые с жизнью. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — порядка 25 кВ — являются смертельно опасными, так как имеют не совместимые с жизнью значения тока на выходе. ^{[источник не указан 121 день]}

Существует также мнение относительно опасности электромагнитного поля катушки Тесла, которое сформировалось благодаря впечатлениям от внушительных разрядов в воздухе. Однако, это утверждение не является верным, так как мощности электромагнитного поля трансформатора Тесла хватает лишь на поддержание работы устройства (воздушный резонанс трансформатор), поэтому его величина и мощность не способны причинить никакого мгновенного вреда человеческому организму^{[источник не указан 121 день]}.

Трансформатор Тесла в культуре

В фильмах

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Тесла. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Тесла многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Тесла».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесла за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Тесла, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В фильме «Ученик чародея» в одном из эпизодов демонстрируется музыкальное свойство катушек. Этот эффект достигается уменьшением и увеличением частоты.

В японском фильме «Легенда о маске» также присутствует Транформатор Тесла.

В фильме Три икса (xXx) в цитадели преступной организации, ночном клубе используют огромные трансформаторы Тесла, дающие внушительные разряды по всёму помещению, с декоративной целью.

В фильме «Склад 13» главные герои используют трансформатор в виде оружия.

В фильме «Звуки шума» один из барабанщиков пробует играть на только что сделанной барабанной установке которая выдает электрические дуги в такт ударам по ней

В компьютерных играх

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом (катушка Теслы), которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Ещё в игре присутствуют танки (танк Теслы) и пехотинцы (солдат Теслы), использующие эту технологию.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Тесла для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в «Half-Life 2»). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В модификации Half-Life 2 Dystopia также существует оружие «Tesla Gun», способное создавать разряды и в режиме альтернативной стрельбы — шаровые молнии. Состоит из цевья и металлического шара вместо дула, внешне похожего на сферическую астролябию.

В игре Fallout присутствует броня Тесла, также она есть и в игре Arcanum, также в загружаемом дополнении «Broken Steel» для игры «Fallout 3» присутствует пушка Тесла и сама катушка Тесла. В игре Fallout New Vegas это оружие можно приобрести в некоторых магазинах, например у Ван Графов или у оружейников.

В игре Arcanum (жанр RPG) существуют соответствующие запчасти (Tesla coil и т.п.) и виды вооружения (Tesla rod, Tesla gun и т.п.), различные электрические щиты и т.п. Они имеют свойство наносить особый тип повреждений — electric damage.

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре Вивисектор присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

В игре Xenus: Точка кипения при прохождении последних заданий, в одной из комнат стоит огромная катушка Тесла.

В игре Minecraft с дополнением (модом) industrial craft можно смастерить катушку Теслы, которая вызывает смерть существам, находящимся в радиусе 4 блока от катушки.

В музыкальном искусстве

Американская группа ARC ATTACK использует трансформаторы Тесла в качестве источника звуков. То есть разряд, создаваемый трансформатором, может звучать, «петь».

Российская команда Tesla-FX утверждает, что впервые^{[5][нет в источнике]} сыграла гимн России ^[6] на созданной ими музыкальном трансформаторе Тесла.

Волгоградская группа музыкантов Tesla Music Band так же играет ^[7] музыку с помощью музыкальных трансформаторов Тесла. Эта музыка даёт рождение новому жанру в искусстве. Жанру музыки Тесла.

Для записи песни «Thunderbolt» с альбома Biophilia певица Бьорк также использовала катушку Теслы для создания звуков, имитирующих разряды молний.^[8]

В репертуаре тульской группы With No Human Exist имеется песня «Tesla».

В шоу-бизнесе

Трансформатор Тесла может применяться для создания спецэффектов в различных шоу. Шоу Full-Moon-Party с использованием двух трансформаторов Тесла прошло в ночь с 13 на 14 августа 2011 года в Москве в клубе Arena-Moscow^[9], ^[10]. Первое^{[источник не указан 348 дней]} в России шоу ^[11] с трансформаторами Тесла состоялось 21 мая 2011 г. на презентации нового Феррари FF в подмосковной Барвихе.

См. также

Примечания

Ссылки

Трансформатор Теслы — это… Что такое Трансформатор Теслы?

Трансформа́тор Те́сла, также катушка Теслы (англ. Tesla coil) — единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. Прибор был заявлен патентом № 568176 от 22 сентября 1896 года, как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Описание конструкции

Схема простейшего трансформатора Теслы

В элементарной форме трансформатор Теслы состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также обвязки, состоящей из разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка построена из 5—30 (для VTTC — катушки Теслы на лампе — число витков может достигать 60) витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная из многих витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от многих других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у обычных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. У данного трансформатора также практически отсутствует магнитный гистерезис, явления задержки изменения магнитной индукции относительно изменения тока и другие недостатки, вносимые присутствием в поле трансформатора ферромагнетика.

Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник (искровой промежуток). Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый; выполненный обычно из массивных электродов (иногда с радиаторами), что сделано для большей износостойкости при протекании больших токов через электрическую дугу между ними.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора выполняет ёмкостная связь между тороидом, оконечным устройством, витками самой катушки и другими электропроводящими элементами контура с Землей. Оконечное устройство (терминал) может быть выполнено в виде диска, заточенного штыря или сферы. Терминал предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины. Геометрия и взаимное положение частей трансформатора Теслы сильно влияют на его работоспособность, что аналогично проблематике проектирования любых высоковольтных и высокочастотных устройств.

Функционирование

Трансформатор Теслы рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения, защищённым дросселями и построенным обычно на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Так как часть электрической энергии, накопленной в конденсаторе, уйдёт на генерацию высокочастотных колебаний, то ёмкость и максимальное напряжение на конденсаторе пытаются максимизировать. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Типовое максимальное напряжение заряда конденсатора — 2-20 киловольт. Знак напряжения для заряда обычно не важен, так как в высокочастотных колебательных контурах электролитические конденсаторы не применяются. Более того, во многих конструкциях знак заряда меняется с частотой бытовой сети электроснабжения (50 или 60 Гц).

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда. Практически, цепь колебательного контура первичной катушки остаётся замкнутой через разрядник, до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высоковольтного высокочастотного напряжения.

Модификации

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.

Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

В качестве генератора ВЧ напряжения, в современных трансформаторах Теслы используют ламповые (VTTC — Vacuum Tube Tesla Coil) и транзисторные (SSTC — Solid State Tesla Coil, DRSSTC — Dual Resonance SSTC) генераторы. Это даёт возможность уменьшить габариты установки, повысить управляемость, снизить уровень шума и избавиться от искрового промежутка. Также существует разновидность трансформаторов Теслы, питаемая постоянным током. В аббревиатурах названий таких катушек присутствуют буквы DC, например DCDRSSTC. В отдельную категорию также относят магниферные катушки Теслы.

Многие разработчики в качестве прерывателя (разрядника) используют управляемые электронные компоненты, такие как IGBT транзисторы, модули на MOSFET транзисторах, электронные лампы, тиристоры.

Использование трансформатора Теслы

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи якобы не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Последние исследования механизма воздействия мощных ВЧ токов на живой организм показали негативность их влияния. Так же он использовался как орудие пыток. Мощные разряды высокой частоты почти всегда приводили к смерти.

Похожая на этот трансформатор схема используется в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, но там она низкочастотная.

В наши дни трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он изготовляется многими любителями высоковольтной техники и сопровождающих её работу эффектов. Также он иногда используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Теслы

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

1. Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
2. Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место быть особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что разные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет обычный окрас спарка на оранжевый, а бром — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Теслы

Многие люди считают, что катушки Теслы — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Теслы может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Теслы» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов. Данные свойства пока никак не проверены и не подтверждены наукой. Однако, сам Тесла говорил о том, что такие способности скоро будут доступны человечеству с помощью его изобретений. Но впоследствии посчитал, что люди не готовы к этому.

Также очень распространён тезис о том, что разряды, испускаемые трансформаторами Теслы, полностью безопасны, и их можно трогать руками. Это не совсем так. В медицине также используют «катушки Теслы» для оздоровления кожи. Это лечение имеет положительные плоды и благотворно действует на кожу, но конструкция медицинских трансформаторов сильно разнится с конструкцией обычных. Лечебные генераторы отличает очень высокая частота выходного тока, при которой толщина скин-слоя (см. Скин-эффект) безопасно мала, и крайне малая мощность. А толщина скин-слоя для среднестатистической катушки Теслы составляет от 1 мм до 5 мм и её мощности хватит для того, чтобы разогреть этот слой кожи, нарушить естественные химические процессы. При долгом воздействии подобных токов могут развиться серьёзные хронические заболевания, злокачественные опухоли и другие негативные последствия. Кроме того, надо отметить, что нахождение в ВЧ ВВ поле катушки (даже без непосредственного контакта с током) может негативно влиять на здоровье. Важно отметить, что нервная система человека не воспринимает высокочастотный ток и боль не чувствуется, но тем не менее это может положить начало губительным для человека процессам. Также существует опасность отравления газами, образующимися во время работы трансформатора в закрытом помещении без притока свежего воздуха. Плюс ко всему, можно обжечься, так как температуры разряда обычно достаточно для небольшого ожога (а иногда и для большого), и если человек всё же захочет «поймать» разряд, то это следует делать через какой-нибудь проводник (например, металлический прут). В этом случае непосредственного контакта горячего разряда с кожей не будет, и ток сначала потечет через проводник и только потом через тело.

Трансформатор Теслы в культуре

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Теслы. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Теслы многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Теслы».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесла за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Теслы, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом, которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Еще в игре присутствуют танки и пехотинцы, использующие эту технологию.

Tesla coil (в одном из переводов — башня Тесла) является в игре исключительно точным, мощным и дальнобойным оружием, однако потребляет относительно высокое количество энергии. Для увеличения мощности и дальности поражения можно «заряжать» башни. Для этого отдайте приказ Воину Тесла (это пехотинец) подойти и постоять рядом с башней. Когда воин дойдет до места, он начнет зарядку башни. При этом анимация будет как при атаке, но молнии из его рук будут желтого цвета.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Теслы для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «Установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в Half-Life 2). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В игре Fallout присутствует броня Теслы, также она есть и в игре Arcanum

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре «Вивисектор» присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

Сравнительные особенности

Напряжение на выходе данного трансформатора является переменным, а ток чрезвычайно мал. Это приводит к тому, что, несмотря на потенциал в миллионы вольт, прикосновение и разряд в тело человека может быть безопасным. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — «всего» порядка 25 кВ — являются смертельно опасными. Их выходные выпрямительные ёмкости могут дать при прикосновении импульс тока величины, несовместимой с жизнью. В люстре Чижевского должны быть предусмотрены токоограничительные резисторы. Но в телевизоре их установить невозможно.

См. также

Ссылки

Трансформатор Тесли — Вікіпедія

Трансформа́тор Те́сли, також коту́шка Те́сли (англ. Tesla coil) — пристрій, винайдений Ніколою Теслою, що носить його ім’я і виконаний у вигляді трансформатора, ввімкнутого обмотками в коливальні контури, які працюють в резонансному режимі та служить для утворення високої електричної напруги (десятки кіловольтів) високої частоти (зазвичай, 20…100 кГц). Прилад було запатентовано 22 вересня 1896 року, як «Апарат для вироблення електричних струмів високої частоти і потенціалу»^[1]

Головний принцип роботи[ред. | ред. код]

Роботу резонансного трансформатора можна пояснити на прикладі звичайної гойдалки. Якщо її розгойдувати в режимі вимушених коливань, то максимально досягнута амплітуда буде пропорційною до прикладеного зусилля. Якщо ж розгойдувати в режимі вільних, резонансних коливань, то при незначних зусиллях максимальна амплітуда зростає багатократно.

Так і з трансформатором Тесли — в ролі гойдалок виступає вторинний коливальний контур, а в ролі джерела прикладеного зусилля — генератор. Їх узгодженість («підштовхування» строго у потрібні моменти часу) забезпечує первинний контур або задає генератор (залежно від конструкції).

Історія створення трансформатора Тесли[ред. | ред. код]

Сьогодні трансформатором Тесла називають високочастотний високовольтний резонансний трансформатор.

Історія цього винаходу починається з кінця 19 століття, коли геніальний учений-експериментатор Нікола Тесла, уродженець Хорватії, який працював тоді в Нью-Йорку, розробив новаторський метод передачі електричної енергії на великі відстані без дротів, із застосуванням явища електричного резонансу, вивчення якого вчений приділяв тоді особливу увагу. До цього він вже в достатній мірі вивчив можливості змінного струму, і чітко розумів технічні перспективи його застосування, проте попереду був наступний важливий крок – система бездротової передачі електричної енергії.

Відповідно до уявлень вченого, в такій системі передачі електроенергії планета Земля виступала в ролі електричного провідника, в якому за допомогою електричних осциляторів (електричних коливальних систем) можна було порушувати стоячі хвилі. До даного висновку Тесла прийшов завдяки спостережень за електричними збуреннями, що поширювалися по поверхні землі після розрядів блискавок під час грози.

Тесла зафіксував за допомогою своїх приладів, що довжина хвиль, породжуваних розрядами блискавок, варіюється в діапазоні від 25 до 70 кілометрів, і що ці хвилі поширюються в усіх напрямах земної кулі. Мало того, учений зрозумів, що ці хвилі поширюються не тільки до найвіддаленіших частин планети, але і відображаються звідти, і що довжина хвиль безпосередньо пов’язана з розмірами земної кулі.

Тесла вирішив, що, створюючи подібні електричні збурення штучним шляхом, можна передавати електричну енергію у всіх напрямках планети, використовуючи цю її властивість. Однак, незважаючи на розуміння спостережуваного процесу, технічна реалізація стала складною інженерною задачею.

Потрібно було забезпечити високу швидкість передачі струму в Землю, як це відбувається в природних умовах, адже розміри планети величезні, а можливості експериментатора здавалися просто пилом порівняно з можливостями природи.

Але, удосконалюючи схеми живлення своїх осциляторів, і проводячи дослідження в лабораторії, Тесла, зрештою, знаходить рішення, він раптом розуміє яким чином створити потужні електричні збурення в Землі, щоб швидкість подачі електроенергії не поступалася природним.

Якщо дуже якісно заземлити многовиткову котушку, довжина проводу в якій буде дорівнює чверті довжини хвилі коливань, порушуваних осцилятором, та подати ці коливання на котушку, то в цій заземленій котушці виникнуть коливання максимальної сили, і дія в точці заземлення буде максимально можлива завдяки явищу електричного резонансу.

Якщо другий виток заземленої котушки з’єднати з металевим предметом достатньої кривизни, щоб заряд не втікав в атмосферу, а також необхіної електроємності, і підняти цей предмет на достатню висоту, то заряд в цій верхній точці буде максимально можливим, адже в проводі буде стояча електрична хвиля. Так, експериментуючи з заземленим резонансним контуром, вченому вдалося досягти руху електрики через систему зі швидкістю, яка перевищує природну блискавку.

Приймач цієї енергії представляв собою повітряний (без сердечника) трансформатор, первинна обмотка якого була такою ж, як передавальна котушка, і теж розташовувалася вертикально, також мала піднятий вгору металевий термінал, і теж була заземлена, а вторинна котушка складалася з декількох витків товстого дроту, які розташовувалися поблизу заземленого кінця первинної обмотки, і служили для подачі енергії на споживач.

Кроком удосконалення приймача була розробка своєрідного синхронного випрямляча, що складається з обертового комутатора, метою роботи якого була зарядка конденсатора на виході приймальної котушки, що підвищувало ефективність застосування прийнятої від передавача енергії.

Тесла особливо наголошував у своїх статтях, що розроблений ним метод бездротової передачі електричної енергії заснований на провідності, а не на випромінюванні. Якби система була заснована на випромінюванні, то було б просто неможливим передавати скільки-небудь значну кількість енергії на відстань.

20 травня 1891 року Нікола Тесла виступив з детальною лекцією в Колумбійському університеті, де представив співробітникам Американського інституту електроінженерії свої ідеї, і дещо проілюстрував, показавши наочні експерименти.У 1891 році Нікола Тесла, займаючись дослідженням змінних струмів високої напруги і високої частоти, приходить до висновку, що вкрай важливо для конкретних цілей як підбирати довжину хвилі, так і робочу напругу передавача, і зовсім не обов’язково робити частоту занадто високою.

Вчений зазначає, що нижня межа частот і напруг, при яких йому на той момент вдалося домогтися найкращих результатів, — від 15000 до 20000 коливань в секунду при потенціалі від 20000 вольт. Тесла отримував струм високої частоти і високої напруги, застосовуючи коливальний розряд конденсатора. Він зауважив, що даний вид електричного передавача придатний як для виробництва світла, так і для передачі електроенергії для виробництва світла.

В період з 1891 по 1894 роки вчений багаторазово демонструє бездротову передачу, і світіння вакуумних трубок у високочастотному електростатичному полі, при цьому відзначаючи, що енергія електростатичного поля поглинається лампою, перетворюючись у світло, а енергія електромагнітного поля, що використовується для електромагнітної індукції з метою отримання аналогічного результату, в основному відбивається, і лише мала її частка перетворюється в світло.

Навіть застосовуючи резонанс під час передачі з допомогою електромагнітної хвилі, значної кількості електричної енергії передати не вдасться, стверджував учений. Його метою в цей період роботи була саме передача великої кількості електричної енергії бездротовим способом.

Аж до 1897 року, паралельно з роботою Тесла, дослідження електромагнітних хвиль ведуть: Джагдіш Боше в Індії, Олександр Попов в Росії, і Гульєльмо Марконі в Італії.

Слідом за публічними лекціями Тесла, Джагдіш Боше виступає в листопаді 1894 року в Калькутті з демонстрацією бездротової передачі електрики, там він запалює порох, передавши електричну енергію на відстань. Енергія в системі Тесла передавалася через землю, а підняті термінали, що заряджаються до дуже високих напруг, взаємодіяли завдяки електричної провідності повітряних шарів, і енергія що передалась  практично була доступна в будь-якому місці планети, завдяки явищу електричного резонансу.

Після Боше, а саме 25 квітня 1895 року, Олександр Попов, використовуючи азбуку Морзе, передав перше радіоповідомлення, і ця дата (7 травня за новим стилем) тепер щорічно відзначається в Росії як «День Радіо».

У 1896 році Марконі, приїхавши до Великої Британії, продемонстрував свій апарат, передавши з допомогою азбуки Морзе сигнал на відстань 1,5 кілометра з даху будівлі поштамту в Лондоні на іншу будівлю. Після цього він удосконалив свій винахід і зумів передати сигнал на Солсберійській рівнині вже на відстані 3 кілометри.

Тесла в 1896 році вдало передає і приймає сигнали на відстані між передавачем і приймачем приблизно в 48 кілометрів. Проте значної кількості електричної енергії передати на велику відстань поки що нікому з дослідників не вдалося.

Експериментуючи в Колорадо-Спрінгс, в 1899 році Тесла напише: «Неспроможність методу індукції є величезною порівняно з методом збудження заряду землі і повітря». Це стане початком досліджень вченого, спрямованих на передачу електроенергії на значні відстані без використання проводів. В січні 1900 року Тесла зробить у своєму щоденнику запис про успішну передачу енергії на котушку, «винесену далеко в полі», від якої була запитана лампа. А самим грандіозним успіхом вченого стане запуск 15 червня 1903 року вежі Ворденкліфф на Лонг-Айленді, призначеної для передачі електричної енергії на значну відстань у великих кількостях без проводів. Заземлена вторинна обмотка резонансного трансформатора, увінчана мідним сферичним куполом, повинна була порушити заряд землі і провідні шари повітря, щоб стати елементом великого резонансного ланцюга. Так вченому вдалося живити 200 ламп по 50 Вт на відстані близько 40 кілометрів від передавача.  Енергія не передавалася випромінюванням, вона практично регенерувалась в приймачі. Вчений стверджував, що, розвинувши його технологію, можна буде бездротовим способом приймати електричну енергію в будь-якій необхідній кількості в будь-якій точці земної кулі. Однак, виходячи з економічної доцільності, фінансування проекту було припинено Морганом, який з самого початку вкладав гроші в проект з метою отримати бездротовий зв’язок, передача безкоштовної енергії в промислових масштабах на відстань його, як бізнесмена, категорично не влаштовувала. В 1917 році вежа, призначена для бездротової передачі електричної енергії, була зруйнована.

Метою перших демонстрацій було — показати новий спосіб отримання світла за допомогою використання для цього струмів високої частоти і високої напруги, а також розкрити особливості цих струмів. Справедливості заради відзначимо, що сучасні енергозберігаючі люмінесцентні лампи працюють саме на принципі, який якраз і запропонував для отримання світла Тесла.

Будова трансформатора Тесли[ред. | ред. код]

Найпростіший трансформатор Тесли складається з двох котушок — первинної L_P та вторинної L_S, а також розрядника F₁ (часто зустрічається англійський варіант назви Spark Gap), конденсатора C_P і терміналу F₂. Подача живлення здійснюється від джерела змінної напруги через низькочастотний трансформатор високої напруги T₁.

Первинна котушка зазвичай містить декілька витків дроту великого діаметра або мідної трубки, а вторинна — близько 1000 витків дроту меншого діаметра. Первинна котушка може бути плоскою (горизонтальною), конічною або циліндричною (вертикальною). На відміну від звичайних трансформаторів, тут немає феромагнітного осердя. Таким чином, взаємоіндукція між двома котушками є набагато меншою, ніж у трансформаторів з феромагнітним осердям. Первинна котушка разом з конденсатором утворює коливальний контур, в який включено нелінійний елемент — розрядник.

Розрядник, в простому випадку — звичайний газовий, має вигляд двох масивних електродів з регульованим проміжком. Електроди повинні бути стійкими до проходження значних струмів через електричну дугу між ними і мати ефективне охолодження.

Вторинна котушка також утворює коливальний контур, де роль конденсатора головним чином виконують ємність терміналу і власна міжвиткова ємність самої котушки. Вторинну обмотку часто покривають шаром епоксидної смоли або лаку для запобігання виникненню електричного пробою.

Термінал може бути виконаний у вигляді диска, заточеного штиря, тороїда або сфери і призначений для утворення іскрових розрядів великої довжини.

Таким чином, основою трансформатора Тесли є два взаємопов’язаних коливальних контури, що і визначає його особливі властивості та є головною його ознакою. Для повноцінної роботи трансформатора ці два коливальні контури мають бути налаштовані на одну резонансну частоту. Зазвичай в процесі налагодження підлаштовують первинний контур під частоту вторинного через зміну ємності конденсатора і числа витків первинної обмотки до отримання максимальної напруги на виході трансформатора.

Фази роботи трансформатора[ред. | ред. код]

Трансформатор Тесли розглянутої (найпростішої) конструкції, зображеної на принциповій схемі, працює в імпульсному режимі. Перша фаза — це зарядження конденсатора до напруги пробою розрядника. Друга фаза — генерування високочастотних коливань у первинному контурі. Розрядник, включений паралельно, замикаючи джерело живлення (трансформатор), вимикає його з контуру, інакше джерело живлення вноситиме певні втрати в первинний контур і цим знижуватиме його добротність. На практиці цей вплив може в рази зменшити довжину розряду, тому у схемі трансформатора Тесли завжди паралельно до джерела живлення ставиться розрядник.

Зарядження[ред. | ред. код]

Конденсатор заряджається зовнішнім джерелом високої напруги на базі підвищувального низькочастотного трансформатора T₁. Ємність конденсатора вибирається таким чином, щоби разом з котушкою індуктивності вона становила резонансний контур з частотою резонансу, рівній власній частоті вторинного контура. Але дійсна ємність відрізнятиметься від розрахункової, бо частина енергії витрачається на «накачування» другого контуру. Напруга заряду обмежена напругою пробою розрядника, яку (в разі повітряного розрядника) можна регулювати, змінюючи відстань між електродами чи їх форму. Зазвичай напруга заряду конденсатора лежить у діапазоні 2…20 кіловольт.

Генерування[ред. | ред. код]

Після досягнення між електродами розрядника напруги пробою в ньому виникає лавиноподібний електричний пробій газу. Конденсатор розряджається через розрядник на котушку. Під час розряду конденсатора напруга пробою розрядника різко зменшується через надлишок у газі носіїв заряду (іонів). Тому коло коливального контура, складене з первинної котушки та конденсатора, залишається замкнутим через розрядник, і в ньому виникають високочастотні коливання. Коливання поступово затухають, переважно через втрати в розряднику і віддачу електромагнітної енергії на вторинну котушку, та тривають доти, поки струм створює достатню кількість носіїв заряду для підтримання напруги пробою розрядника істотно меншої від амплітуди коливань напруги у цьому контурі. У вторинному колі виникають резонансні коливання, що призводить до появи на терміналі високої напруги.

Ефекти, що спостерігаються при роботі трансформатора Тесли[ред. | ред. код]

Під час роботи котушка Тесли створює візуально гарні ефекти, пов’язані з утворенням різних видів газових розрядів.. Часто створюють трансформатори Тесли заради того, щоб подивитися на ці дивовижно гарні явища. Загалом котушка Тесли може спричиняти 4 види розрядів:

1. Стримери (від англ. Streamer) — тьмяно світяться тонкі розгалужені канали, що містять іонізовані атоми газу й відщеплені від них вільні електрони. Протікає від термінала (або від найбільш гострих чи суттєво викривлених високовольтних частин) котушки прямо в повітря, не йдучи в землю, так як заряд рівномірно стікає з поверхні розряду через повітря в землю. Стример — це, по суті справи, видима іонізація повітря (свічення іонів), що створюється високовольтним полем трансформатора.
2. Спарк (від англ. Spark) — це іскровий розряд. Йде з терміналу (або з найбільш гострих, викривлених високовольтних частин) безпосередньо в землю або в заземлений предмет. Являє собою пучок яскравих, що швидко зникають або змінюють одна одну ниткоподібних, часто сильно розгалужених смужок — іскрових каналів. Також має місце особливий вид іскрового розряду — ковзний іскровий розряд.
3. Коронний розряд — світіння іонів повітря в електричному полі високої напруги. Створює гарне блакитнувате світіння навколо високовольтних частин конструкції із великою кривиною поверхні.
4. Дуговий розряд — утворюється у декількох випадках. Наприклад, при достатній потужності трансформатора, якщо до його терміналу близько піднести заземлений предмет, між ним і терміналом може загорітися дуга (іноді потрібно безпосередньо доторкнутися предметом до терміналу і потім розтягнути дугу, відводячи предмет на більшу відстань). Особливо це властиво ламповим конструкціям апаратів. Якщо котушка недостатньо потужна і надійна, то спровокований дуговий розряд може пошкодити її компоненти.

Часто можна спостерігати (особливо поблизу потужних котушок), як розряди йдуть не лише від самої котушки (її терміналу), але і від заземлених предметів в її бік. Також на таких предметах може виникати і коронний розряд. Інколи можна спостерігати також тліючий розряд. Цікаво зауважити, що деякі іонні хімічні речовини, нанесені на розрядний термінал, здатні міняти колір розряду. Наприклад, іони натрію змінюють звичайний колір спарка на помаранчевий, а бору — на зелений.

Робота резонансного трансформатора супроводжується характерним електричним тріском. Поява цього явища пов’язана з перетворенням стримерів в іскрові канали (див. статтю іскровий розряд), який супроводжується різким зростанням сили струму та кількості енергії, що виділяється в них. Кожен канал швидко розширюється, в ньому стрибкоподібно підвищується тиск, внаслідок чого на його границях виникає ударна хвиля. Сукупність ударних хвиль від іскрових каналів, що розширюються, породжує звук, що сприймається як «тріск» іскри.

Основні види котушок Тесли[ред. | ред. код]

У всіх типах трансформаторів Тесли основний елемент трансформатора — первинний і вторинний контури — залишається незмінним. Проте одна з його частин — генератор високочастотних коливань може мати різну конструкцію.

Типи котушок прийнято називати абревіатурою з назви англійською. Якщо назву необхідно сказати українською, англійську абревіатуру просто транслітерують без перекладу.

Найпоширеніші типи котушок Тесли:

SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — трансформатор Тесли на розряднику. Найперша і «класична» конструкція (її використовував сам Н.Тесла). Як ключовий елемент використовується розрядник. У малопотужних конструкціях розрядник — просто два шматки дроту, що знаходяться на деякій відстані, а в потужних — складні обертові (роторні) розрядники. У конструкції роторного іскрового розрядника використовується електродвигун, що обертає диск з електродами, які наближаються (або просто замикають) до відповідних електродів для замикання первинного контуру. Швидкість обертання валу і розташування контактів вибираються виходячи з необхідної частоти проходження пачок коливань. Також використання обертового іскрового розрядника суттєво знижує ймовірність виникнення паразитної дуги між електродами. Трансформатори цього типу є ідеальними, якщо потрібно отримати лише велику довжину стримера.

Різновиди цього типу: ACSGTC — трансформатори, на живлення яких подається невипрямлена мережева напруга (наприклад, 220В, 50 Гц) і DCSGTC — на конденсатори подається випрямлена напруга. Це дозволяє збільшити ККД (отримати при тій-же потужності довші стримери) і зробити роботу трансформатора стабільнішою, однак потребує складніших розрахунків і ускладнює схему.

VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) — трансформатор Тесли на електровакуумній лампі. У цій конструкції як генератор високочастотних коливань використовуються електронні лампи. Зазвичай це потужні генераторні лампи, такі як ГУ-81, проте зустрічаються і малопотужні конструкції. Одна з особливостей — відсутність потреби у високій напрузі. Для отримання порівняно невеликих розрядів достатньо 300…600 В. Також VTTC практично не видає шуму, що з’являється при роботі котушки Тесла на іскровому розряднику. Такі трансформатори можуть працювати у неперервному режимі і утворювати товсті («жирні») стримери.

SSTC (Solid State Tesla Coil) — трансформатор Тесли, у якому як ключовий елемент використовуються напівпровідникові компоненти. Конструкція включає в себе задаючий генератор (з регульованою частотою, формою та тривалістю імпульсів) і силові ключі (потужні польові КМОН-транзистори). Даний вид котушок Тесли є найцікавішим з декількох причин: змінюючи тип сигналу на ключах, можна кардинально змінювати візуальний вигляд розряду. Також, високочастотний сигнал генератора можна модулювати звуковим сигналом, наприклад музикою — звук буде випромінюватись із самого розряду. Втім, аудіомодуляція можлива (після незначних доробок) і в VTTC конструкціях. До інших переваг можна віднести потребу у відносно низькій напрузі живлення і відсутність шуму при роботі.

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) — трансформатор з двома резонансними контурами, в якому як ключі використовуються напівпровідникові елементи, у переважній більшості випадків, це IGBT-транзистори. DRSSTC — найскладніший у виготовленні і налаштуванні тип трансформаторів Тесли. Характерна довжина стримерів для трансформатора цього типу трохи менша ніж у SGTC, а керованість трохи гірша, ніж у SSTC.

• «Electrical Transformer Or Induction Device«. U.S. Patent No. 433,702, August 5, 1890^[2]
• «Means for Generating Electric Currents«, U.S. Patent No. 514,168, February 6, 1894
• «Electrical Transformer«, Patent No. 593,138, November 2, 1897
• «Method Of Utilizing Radiant Energy», Patent No. 685,958 November 5, 1901
• «Method of Signaling», U.S. Patent No. 723,188, March 17, 1903
• «System of Signaling», U.S. Patent No. 725,605, April 14, 1903
• «Apparatus for Transmitting Electrical Energy«, January 18, 1902, U.S. Patent 1,119,732, December 1, 1914

1. ↑ Патент США № 568 176 від 22 вересня 1896. Apparatus for producing electric currents of high frequency and potential. Опис патенту на сайті Бюро по реєстрації патентів і торгових марок США.
2. ↑ History of Wireless By Tapan K. Sarkar, et al. ISBN 0-471-78301-3

Трансформатор Тесла — это… Что такое Трансформатор Тесла?

Трансформа́тор Те́сла, также катушка Тесла^[1] (англ. Tesla coil) — устройство, изобретённое Николой Теслой 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».^[2]

Суть

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных, резонансных колебаний, то при усилиях равных с принудительными колебаниями, максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).

Описание простейшей конструкции

Схема простейшего трансформатора Тесла

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника (прерывателя, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатора, тороида (используется не всегда) и терминала (на схеме показан как «выход»).

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

Функционирование

Трансформатор Тесла рассматриваемой простейшей конструкции, показанной на схеме, работает в импульсном режиме. Первая фаза — это заряд конденсатора до напряжения пробоя разрядника. Вторая фаза — генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Разрядник включенный параллельно, замыкая источник питания (трансформатор), исключает его из контура, иначе источник питания вносит определенные потери в первичный контур и этим снижает его добротность. На практике это влияние может в разы уменьшить длину разряда, поэтому в грамотно построенной схеме трансформатора Тесла разрядник всегда ставится параллельно источнику питания.

Заряд

Заряд конденсатора производится внешним источником высокого напряжения на базе повышающего низкочастотного трансформатора. Емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы вместе с индуктором она составляла резонансный контур с частотой резонанса равной ВВ контуру. Однако емкость будет отличаться от расчетной т.к. часть энергии тратится на «накачку» второго контура. Напряжение заряда ограничено напряжением пробоя разрядника, которое (в случае воздушного разрядника) можно регулировать, изменяя расстояние между электродами или их форму. Обычно напряжение заряда конденсатора лежит в диапазоне 2-20 киловольт. Знак напряжения при заряде конденсатора имеет значение в том смысле, что он не должен сильно «закорачивать» конденсатор на котором напряжение постоянно меняет знак — Колебательный контур

Генерация

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. После разряда конденсатора напряжение пробоя разрядника резко уменьшается из-за оставшихся в газе носителей заряда (ионов). Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник и в ней возникают высокочастотные колебания. Колебания постепенно затухают, в основном из-за потерь в разряднике и ухода электромагнитной энергии на вторичную катушку, и продолжаются до тех пор, пока ток создаёт достаточное количество носителей заряда для поддержания напряжения пробоя разрядника существенно меньшего, чем амплитуда напряжения колебаний в LC контуре. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Модификации трансформаторов Тесла

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.

На данный момент существуют:

SGTC (Spark Gap Tesla Coil) — классическая катушка Тесла — генератор колебаний выполнен на искровом промежутке (разряднике).

Для мощных трансформаторов Тесла наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции разрядника.
Например, RSG (от англ. Rotary Spark Gap, можно перевести как роторный/вращающийся искровой промежуток) или статический искровой промежуток с дополнительными дугогасительными устройствами. В этом случае часто работы промежутка целесообразно выбирать синхроннно частоте подзарядки конденсатора и схема в этом случае ближе к картинке, а не тому как она здесь описана. В конструкции роторного искрового промежутка используется двигатель (обычно это электродвигатель), вращающий диск с электродами, которые приближаются (или просто замыкают) к ответным электродам для замыкания первичного контура. Скорость вращения вала и расположение контактов выбираются исходя из необходимой частоты следования пачек колебаний. Различают синхронные и асинхронные роторные искровые промежутки в зависимости от управления двигателем. Также использование вращающегося искрового промежутка сильно снижает вероятность возникновения паразитной дуги между электродами. Иногда обычный статический разрядник заменяют многоступенчатым статическим разрядником. Для охлаждения разрядников их иногда помещают в жидкие или газообразные диэлектрики (например, в масло). Типовой прием для гашения дуги в статическом разряднике — это продувка электродов мощной струей воздуха. Иногда классическую конструкцию дополняют вторым, защитным разрядником. Его задача — защита питающей (низковольтной части) от высоковольтных выбросов.

DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) — почти то же что и SGTC, только здесь отсутствует разрядник, а для накачки первичного контура используется генератор на полупроводниковых ключах — IGBT транзисторах или тиристорах. Более продвинутый вариант КТ.

VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) (рус. ЛКТ) — ламповая катушка Тесла. В ней в качестве генератора ВЧ колебаний используются электронные лампы. Обычно это мощные генераторные лампы, такие как ГУ-81, однако встречаются и маломощные конструкции. Одна из особенностей — отсутствие необходимости в высоком напряжении. Для получения сравнительно небольших разрядов достаточно 300-600 Вольт. Также VTTC практически не издает шума, появляющегося при работе катушки Тесла на искровом промежутке.

SSTC (Solid State Tesla Coil) — генератор выполнен на полупроводниках. Самая сложная из всех конструкций. Она включает в себя задающий генератор (с регулируемой частотой, формой, длительностью импульсов) и силовые ключи (мощные полевые MOSFET транзисторы). Однако данный вид катушек Тесла является самым интересным по нескольким причинам: изменяя тип сигнала на ключах, можно кардинально изменять внешний вид разряда. Также ВЧ сигнал генератора можно промодулировать звуковым сигналом, например музыкой — звук будет исходить из самого разряда. Впрочем, аудиомодуляция возможна (с небольшими доработками) и в VTTC. К прочим достоинствам можно отнести те же низкое питающее напряжение и отсутствие шума при работе.

В аббревиатурах названий катушек Тесла, питаемых постоянным током, часто присутствуют буквы DC, например DCSGTC.

В отдельную категорию также относят магниферные катушки Тесла.

Использование трансформатора Тесла

Выходное напряжение трансформатора Тесла может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в частоте минимальной электрической прочности воздуха способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Тесла используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине.^[3][4] Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект, Дарсонвализация), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Неверно считать, что трансформатор Тесла не имеет широкого практического применения. Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Катушка зажигания в ДВС является вариантом трансформатора Тесла. Также, он изготавливается многими любителями высоковольтной техники ради сопровождающих её работу эффектов.

Эффекты, наблюдаемые при работе трансформатора Тесла

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Тесла ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Тесла производит 4 вида разрядов:

1. Стримеры (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.
2. Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.
3. Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.
4. Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Тесла. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Часто можно наблюдать (особенно вблизи мощных катушек), как разряды идут не только от самой катушки (её терминала и т. д.), но и в её сторону от заземлённых предметов. Также на таких предметах может возникать и коронный разряд. Редко можно наблюдать также тлеющий разряд. Интересно заметить, что некоторые ионные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, ионы натрия меняют обычный окрас спарка на оранжевый, а бора — на зелёный.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы (см. статью искровой разряд), который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющейся в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

Неизвестные эффекты трансформатора Тесла

Нейтральность этого раздела статьи поставлена под сомнение. На странице обсуждения должны быть подробности.

Многие люди считают, что катушки Тесла — это особенные артефакты с исключительными свойствами. Существует мнение, что трансформатор Тесла может быть генератором свободной энергии и является вечным двигателем, исходя из того, что сам Тесла считал, что его генератор берёт энергию из эфира (особой невидимой материи, в которой распространяются электромагнитные волны) через искровой промежуток. Иногда можно услышать, что с помощью «Катушки Тесла» можно создать антигравитацию и эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния без проводов (хотя в передаче энергии «виновато» высокочастотное поле индуктора).

Однако следует подчеркнуть, что в многочисленной практике ни один из перечисленных эффектов не наблюдается. Хотя передача энергии без проводов имеет место, КПД подобного способа транспортировки энергии крайне низок, как и сравнительно мало максимальное расстояние между передающей катушкой и приемной, на котором передача энергии более-менее эффективна (см. Беспроводная передача электричества).

Также стоит отметить, что катушка Тесла — это обыкновенный резонансный трансформатор. Его принцип работы легко описывается и рассчитывается по классическим формулам, а результат работы на практике всегда предсказуем.

Влияние на организм человека

Так как напряжение на выходе данного трансформатора является переменным высокочастотным, а ток чрезвычайно мал, то несмотря на потенциал в миллионы вольт, разряд в тело человека не может^{[источник не указан 121 день]} вызвать остановку сердца или другие серьёзные повреждения организма, не совместимые с жизнью. В противоположность этому, другие высоковольтные генераторы, например, преобразователь для люстры Чижевского, высоковольтный умножитель телевизора, и иные бытовые ВВ генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение — порядка 25 кВ — являются смертельно опасными, так как имеют не совместимые с жизнью значения тока на выходе. ^{[источник не указан 121 день]}

Существует также мнение относительно опасности электромагнитного поля катушки Тесла, которое сформировалось благодаря впечатлениям от внушительных разрядов в воздухе. Однако, это утверждение не является верным, так как мощности электромагнитного поля трансформатора Тесла хватает лишь на поддержание работы устройства (воздушный резонанс трансформатор), поэтому его величина и мощность не способны причинить никакого мгновенного вреда человеческому организму^{[источник не указан 121 день]}.

Трансформатор Тесла в культуре

В фильмах

В фильме Джима Джармуша «Кофе и сигареты» один из эпизодов строится на демонстрации трансформатора Тесла. По сюжету, Джек Уайт, гитарист и вокалист группы «The White Stripes» рассказывает Мег Уайт, барабанщице группы о том, что земля является проводником акустического резонанса (теория электромагнитного резонанса — идея, которая занимала ум Тесла многие годы), а затем «Джек демонстрирует Мэг машину Тесла».

В фильме «Престиж» Кристофера Нолана, для победы одного иллюзиониста над другим в мастерстве «телепортации», Роберт Энджер (Хью Джекман), обращается к Николе Тесла за помощью. Никола же в свою очередь сделал ему машину, с трансформатором Тесла, у которой оказалась одна недоработка — она не телепортировала, а клонировала. Телепортация же была побочным эффектом.

В фильме «Ученик чародея» в одном из эпизодов демонстрируется музыкальное свойство катушек. Этот эффект достигается уменьшением и увеличением частоты.

В японском фильме «Легенда о маске» также присутствует Транформатор Тесла.

В фильме Три икса (xXx) в цитадели преступной организации, ночном клубе используют огромные трансформаторы Тесла, дающие внушительные разряды по всёму помещению, с декоративной целью.

В фильме «Склад 13» главные герои используют трансформатор в виде оружия.

В фильме «Звуки шума» один из барабанщиков пробует играть на только что сделанной барабанной установке которая выдает электрические дуги в такт ударам по ней

В компьютерных играх

В серии игр Command & Conquer: Red Alert советская сторона может строить оборонительное сооружение в виде башни со спиралевидным проводом (катушка Теслы), которая поражает противника мощными электрическими разрядами. Ещё в игре присутствуют танки (танк Теслы) и пехотинцы (солдат Теслы), использующие эту технологию.

Также в игре Tremulous люди (Humans) могут строить трансформаторы Тесла для защиты своих баз.

В играх серии Wolfenstein есть оружие, именуемое «Орудие Тесла», поражающее противника электрическим разрядом на большом расстоянии.

В игре Tomb Raider: Legend на одном из уровней есть статичные «установки Тесла» их можно использовать для притягивания и поднятия тяжелых объектов (почти также, как в «Half-Life 2»). А также с помощью одной из них можно умертвить огромного монстра-босса.

В модификации Half-Life 2 Dystopia также существует оружие «Tesla Gun», способное создавать разряды и в режиме альтернативной стрельбы — шаровые молнии. Состоит из цевья и металлического шара вместо дула, внешне похожего на сферическую астролябию.

В игре Fallout присутствует броня Тесла, также она есть и в игре Arcanum, также в загружаемом дополнении «Broken Steel» для игры «Fallout 3» присутствует пушка Тесла и сама катушка Тесла. В игре Fallout New Vegas это оружие можно приобрести в некоторых магазинах, например у Ван Графов или у оружейников.

В игре Arcanum (жанр RPG) существуют соответствующие запчасти (Tesla coil и т.п.) и виды вооружения (Tesla rod, Tesla gun и т.п.), различные электрические щиты и т.п. Они имеют свойство наносить особый тип повреждений — electric damage.

В первой редакции игры Blood также присутствовало оружие под названием Tesla, поражавшее противника либо молниевидным разрядом, либо неким подобием шаровой молнии.

В игре Вивисектор присутствует оружие, называемое «Тесла», бьющее электрическим разрядом по противнику.

В игре Xenus: Точка кипения при прохождении последних заданий, в одной из комнат стоит огромная катушка Тесла.

В игре Minecraft с дополнением (модом) industrial craft можно смастерить катушку Теслы, которая вызывает смерть существам, находящимся в радиусе 4 блока от катушки.

В музыкальном искусстве

Американская группа ARC ATTACK использует трансформаторы Тесла в качестве источника звуков. То есть разряд, создаваемый трансформатором, может звучать, «петь».

Российская команда Tesla-FX утверждает, что впервые^{[5][нет в источнике]} сыграла гимн России ^[6] на созданной ими музыкальном трансформаторе Тесла.

Волгоградская группа музыкантов Tesla Music Band так же играет ^[7] музыку с помощью музыкальных трансформаторов Тесла. Эта музыка даёт рождение новому жанру в искусстве. Жанру музыки Тесла.

Для записи песни «Thunderbolt» с альбома Biophilia певица Бьорк также использовала катушку Теслы для создания звуков, имитирующих разряды молний.^[8]

В репертуаре тульской группы With No Human Exist имеется песня «Tesla».

В шоу-бизнесе

Трансформатор Тесла может применяться для создания спецэффектов в различных шоу. Шоу Full-Moon-Party с использованием двух трансформаторов Тесла прошло в ночь с 13 на 14 августа 2011 года в Москве в клубе Arena-Moscow^[9], ^[10]. Первое^{[источник не указан 348 дней]} в России шоу ^[11] с трансформаторами Тесла состоялось 21 мая 2011 г. на презентации нового Феррари FF в подмосковной Барвихе.

См. также

Примечания

Ссылки