Катушка Никола Тесла

Управление образования администрации Алнашского района

МКОУ Старо-Шудьинская основная общеобразовательная школа

Катушка Тесла

Выполнил:

ученик 8 класса

Иванов Иван

Руководитель:

учитель физики

Салякудинова Гульфинур

Зиннатовна

2017 год.

Содержание

1. Введение

2. Обзор литературы

3. Устройство и принцип работы катушки Тесла

4. Самодельная катушка Тесла

5. Эксперименты с катушкой Тесла

6. Заключение.

7. Литература.

1. Введение

У каждого человека есть свои хобби, увлечения. Кто-то любит играть футбол, кто-то работать с компьютером, а я люблю мастерить что-нибудь своими руками. Будущий учеником начальных классов я научился собирать простые электрические цепи из батарейки, лампочек и выключателя. Я лампочку включал и выключал, и это мне приносило какое-то приятное удовольствие. Но в то же время я испытывал недовольство и неудовлетворённость достигнутым. Очень хотелось мастерить изделия своими руками, творить, создавать и узнавать больше.

В 5 классе я сконструировал модели солнечных, огненных, водяных и песочных часов и в первый раз участвовал на районной научно-практической конференции по математике с проектом «Такие разные часы». Успешное выступление вдохновило меня на новые творения. В 6 классе участвовал на районной научно-практической конференции по физике «Физика вокруг нас» с проектом «Удивительные источники тока». Там же продемонстрировал две самодельные модели электромагнитов и «столб Вольта». В 7 классе из медицинских шприцов и пластиковых трубочек я смастерил «Манипулятор». Нынче я ученик 8 класса. Долго искал тему для проекта. Однажды в интернете увидел видеофрагмент, где автор демонстрировал удивительные опыты с какой-то катушкой: зажигал лампы на расстоянии без проводов, передавал электричество на расстояние без проводов, а также создавал мощнейшие электрические разряды. И я загорелся идеей создания такой самодельной катушки, хотя бы небольшой мощности.

Актуальность работы. Работа посвящена созданию катушки Тесла, с помощью которой можно показать возможность передачи электричества на расстояние без проводов. Передача тока без проводов и на сегодняшний день является наиболее актуальной. Я считаю, что просто заинтересовать других ребят удивительной наукой физикой через интересные опыты с катушкой Тесла тоже не менее актуально.

Цель работы: 

- сделать прибор для передачи тока на расстоянии без проводов.

- объяснить принцип действия данного прибора. Продемонстрировать работу данного прибора.

Задачи:

1.Ознакомиться с принципом работы «катушки Тесла».

2.Сконструировать самодельную «катушку Тесла» из простых и доступных материалов.

3.Провести испытание модели в действии.

Гипотеза: Из старого электронного хлама можно собрать действующую модель «Катушки Тесла».

2. Обзор литературы

Электроэнергия играет важную роль в быту современного человека, 
сопровождая его повсюду. Каждый из нас пользуется  бытовыми электроприборами, лифтами, банкоматами, компьютерами, мобильными телефонами и т. д. Все эти и многие другие, привычные каждому человеку  электроприборы, служат одной цели - создание для человека более удобные и комфортные условия жизни. Но есть одно но: они не могут функционировать без постоянного электроснабжения. При этом количество

 электроприборов, окружающих нас, не становится меньше, оно постоянно увеличивается из года в год. Увеличивается и  потребность  в эффективной передаче электроэнергии. Все мы знаем, что при передаче электричества через провода часть его теряется из-за сопротивления самих проводов. Ученые заинтересованы решением вопроса передачи электричества без потерь. Но чтобы не было потерь, значит надо обойтись без проводов. Вот тогда и появилась идея о передачи электричества на расстоянии без проводов.

И первым ученым, которому это удалось, является Никола Тесла. Прибор, названный по его же именем, был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала». Сам же Никола Тесла это изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США. Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения магнитной индукции. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение. Иногда даже говорят, что он изобрел 20-й век. Но чтобы понять принцип работы катушки Тесла надо знать, что такое трансформатор. Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это прибор, с помощью которого производится преобразование напряжения переменного тока. Всякий трансформатор имеет железный сердечник, на который надеты две катушки (обмотки). Концы одной из этих обмоток подключаются к источнику переменного тока, а те приборы, которые потребляют электроэнергию, подключаются к концам второй обмотки. Обмотка, подключённая к источнику тока, называется первичной, а обмотка, к которой подключена нагрузка, - вторичной.

3. Устройство и принцип работы катушки Тесла

Простейший трансформатор или катушка Тесла состоит из двух катушек без общего сердечника, а также разрядника, конденсатора и тороида.

Принцип работы таков: конденсатор заряжается от высоковольтного источника питания, затем разряжается через искровой промежуток на первичную катушку. Таким образом, на вторичную катушку передается часть энергии, и возникают резонансные колебания, что приводит к возникновению на выходе высокого напряжения. Разряды с тороида могут достигать длины в несколько метров, но расстояние пробоя зависит от мощности и напряжения первичного контура. Трансформатор Тесла основан на использовании резонансных стоячих электромагнитных волн в катушках. Его первичная обмотка содержит небольшое число витков и является частью искрового колебательного контура, включающего в себя также конденсатор и искровой промежуток. Вторичной обмоткой служит прямая катушка провода. При совпадении частоты колебаний колебательного контура первичной обмотки с частотой одного из собственных колебаний (стоячих волн) вторичной обмотки вследствие явления резонанса во вторичной обмотке возникнет стоячая электромагнитная волна и между концами катушки появится высокое переменное напряжение.

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 колебаний, то при тех же усилиях максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Тесла — 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).Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала. Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник. 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.

Рис.1

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения. Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию. Если к нему поднести катушку с медной проволокой, то на его концах появится напряжение. А если поднести люминесцентные лампы, то они загораются сами по себе. Это происходит из-за того что вокруг катушки образуется мощное магнитное поле.

4. Самодельная катушка Тесла

Для изготовления самодельной Катушки Тесла я взял обычную трубку от использованной пищевой фольги диаметром 35мм и длиной 200мм и намотал туда медную проволоку диаметром 0,18мм по всей длине виток к витку так, чтобы получилось около 1000 витков. Это будет вторичной катушкой. Теперь надо намотать первичную катушку. Для неё используется толстый провод сечением от 1 до 5мм. Я взял проволоку диаметром 2,5мм и сделал два витка вокруг вторичной катушки на всю длину, но так чтобы обмотки не соприкасались. Промежуток между катушками должен быть около 10мм. Кстати нужные проволоки можно найти в старых трансформаторах. Теперь надо собрать высокочастотный генератор, без которого работать катушка Тесла просто не будет. Для изготовления генератора нам понадобится обычный транзистор кт-805 типа nPn, а также радиатор для него, два резистора на 2,2 кОм и на 150 Ом, а также бесполярный конденсатор на 100nF и пару проводов и выключатель. Все эти компоненты можно выпаять из старого электронного хлама как я и сделал, например, от старого магнитофона. Паял я эти детали по этой схеме. Рис.2

Собрал я схему навесным монтажом с помощью паяльника т.к. схема небольшая и я решил обойтись без печатной платы и все это аккуратно приклеил к радиатору транзистора. Также я еще припаял, чтобы было удобно монтировать катушки к генератору пару проводов, а именно к базе транзистора, к коллектору и резистору R1. Потом к этим проводам прикрутил катушки как показано на схеме. К первичной катушке провода базы и резистора, а на вторичную катушку вывод коллектора. Также я спаял к концам блока питания катушки маленький выключатель. После этого всё аккуратно прикрепил на плотный картон (рис.3).

. Рис.3 Рис.4

Также чтобы передать электричество на расстоянии я сделал еще одну маленькую катушку. Для этой катушки я взял корпус от маркера и намотал туда проволоку диаметром 0.18мм так, чтобы виток был к витку. Получилось около 350 витков. Потом к концам этой проволоки я прикрепил обычный светодиод (рис.4). Полярность здесь не соблюдается т.к. напряжение переменное.

5. Эксперименты с катушкой Тесла

Эксперимент 1.

Линейчатый разряд, образованный одним электродом в разомкнутой цепи.

Эксперимент 2.

Можно коснуться электрода рукой. Это электричество не приносит никакого вреда организму. На его концах выходит напряжение около 1000 Вольт. Но у этого тока маленькая сила тока и очень большая частота около 20МГц.

Эксперимент 3.

Ионизация газа в энергосберегающих люминесцентных лампах.

Эксперимент 4.

Ионизация газа в обычной лампе накаливания.

Эксперимент 5.

Передача электричества без проводов на резонансной частоте. При поднесении светодиода к катушке он загорается.

Эксперимент 6.

Металлическая линейка, внесённая в область разряда, остаётся холодной.

6.Заключение.

Самодельная Катушка Тесла получилась на славу. С её помощью можно зажигать люминесцентные лампы на расстоянии без проводов, лишь подводя их к катушке. Также можно передавать электроэнергию на расстояние без проводов. На его концах выходит напряжение около 1000вольт. Но у этого тока маленькая сила тока и очень большая частота около 20МГц. Поэтому это электричество не приносит никакого вреда. Зато если пустить его через диодный мост и стабилитрон, то можно будет спокойно заряжать телефон без проводов. Но вы скажете, зачем мы не используем эту катушку Тесла. Мы её не используем, так как у неё очень маленький КПД. Около 10%.

1.Выполняя данный проект, я приобрел навыки работы с инструментами, научился оценивать результаты своей работы, учился связывать теорию с практикой, пользоваться инструментальными методами исследования. Кроме того, изготовление самодельных приборов побудило меня к самостоятельному получению знаний за счет более глубокого изучения дополнительной литературы.

2. Данный прибор можно применять на уроках физики как дополнительный материал для объяснения принципа работы трансформатора и электромагнитной индукции. А так же на занятиях кружка по физике и во время проведения внеурочных мероприятий для показа удивительных экспериментов с катушкой Тесла. Я надеюсь, что увидев зажигательные опыты с помощью катушки Тесла, у учащихся нашей школы возрастёт интерес к изучению физики. Еще его можно использовать в больницах или в других помещениях, где должен быть ионизированный воздух.

7. Литература.

1. Элементарный учебник физики: Учебное пособие. В 3-х т./Под ред. Г. С. Ландсберга. Т.2. Электричество и магнетизм. – 10 изд. перераб. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы.

Интернет-ресурсы:

https://electric-220.ru/news/princip_raboty_katushki_tesla/2014-03-18-553

: https://www.rutvet.ru/kak-sobrat-katushku-tesla-svoimi-rukami-8871.html
С сайта https://www.rutvet.ru

15