Исследовательский проект: "Катушка Тесла". Руководитель: Томилина Ольга Сергеевна

Физика

Катушка Тесла

Оглавление

1. Введение: актуальность и значимость темы. 3

2. Основная часть

а) Никола Тесла – физик, инженер 4

б) Трансформатор (катушка) Тесла 5

в) Создание катушки Тесла в домашних условиях 6

1. Заключение 7

2. Библиографический список 8

3. Приложения 9

Введение

Цель исследования: - изучение фактов биографии Николы Тесла, принципов работы катушки Тесла, создать катушку Тесла в домашних условиях.

Задачи исследования:

• собрать материалы о Никола Тесла;

• изучить принцип работы катушки Тесла;

• создать катушку Тесла в домашних условиях.

Методы исследования: анализ научных данных, схем, создание макета.

Основная мысль – знать и уметь создавать модели физических приборов.

Никола Тесла известен как ученый, изобретатель, коллега Томаса Эдисона, экспериментатор. Его исследования во многом опередили свое время.

Одним из изобретений Тесла является катушка или трансформатор, названный его именем. 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. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

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

В наши дни трансформатор Тесла 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.

Никола Тесла – физик, инженер

Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны (Хорватия). Ребенок посещал гимназию в Карлштате, хорошо учился, но рос слабым и нерешительным. Уже тогда у него стали проявляться некоторые странности в восприятии окружающей действительности. При взгляде на жемчуг у Теслы случалось некое подобие приступа, персики приводили его к лихорадке.

Отец Николы — Милутин Тесла, сербский православный священник, мечтал о духовной карьере для своего сына. Последний, напротив, испытывал необъяснимую тягу к естественным наукам. Понимая это, отец строго-настрого запретил мальчику поступать в политехнический институт в Граце. В 1873 году Никола Тесла вернулся домой из училища, несмотря на то, что в родном городе ученого бушевала эпидемия холеры и заразился. Доктора были уверены, что молодой человек не перенесет болезнь, однако ему удалось впервые в жизни удивить всех окружающих. Взяв с отца обещание не препятствовать его стремлению стать инженером, Никола буквально за несколько дней выздоровел.

Позднее Тесла признавался, что после болезни он может “сконструировать” любой прибор у себя в голове и там же проверить его работоспособность, не прибегая к каким-либо реальным экспериментам [3].

В 1878 году Тесла окончил институт в Граце, а в 1880 году — Пражский университет. В это же время он устраивается на работу в телеграфное учреждение в Будапеште. Здесь он впервые замечает явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В 1882 году ученый переезжает в Париж и устраивается на работу в крупную компанию, в 1883 году собирает свой первый электромотор, а еще через год знакомится с величайшим на тот момент изобретателем в области электрической энергии Томасом Эдисоном.

Никола Тесла

Познакомившись с Эдисоном, молодой серб переехал на работу в США, где и прожил всю оставшуюся жизнь. Примечательно, что когда Тесла сошел с корабля в Нью-Йорке, у него в кармане было только 4 цента, рекомендательное письмо и рисунки летающей машины.

Выйдя из команды Эдисона в 1887 году, Никола основал компанию “Тесла Электрик Лайт Компани”. В период с 1888 по 1895 год Тесла экспериментирует в области магнитных полей и высоких частот. В 1899-1900 годах ученый проводит ряд экспериментов в городке Колорадо Спрингс, во время которых доказывает возможность передачи электрического тока через землю [3].

Трансформатор (катушка) Тесла

В 1891 г. Никола Тесла разработал трансформатор (катушку) при помощи которого он ставил эксперименты с электрическими разрядами высоких напряжений. Разработанное Теслой устройство состояло из блока питания, конденсатора, первичной и вторичной катушек, установленных так, что пики напряжения чередуются между ними, и двух электродов, разведенных друг от друга на расстояние. Устройство получило имя своего изобретателя. Принципы, открытые Тесла при помощи этого устройства, используется сейчас в различных областях, начиная от ускорителей частиц, заканчивая телевизорами и игрушками.

Самый простейший трансформатор Тесла состоит из двух индуктивно не связанных (без общего сердечника) катушек. Первичная обмотка изготовлена из нескольких витков толстого провода. Вторичная, высоковольтная, обмотка содержит гораздо большее число витков.

Конденсатор заряжается до напряжения в несколько десятков киловольт и как только напряжение на нём достигает напряжения пробоя искрового промежутка, возникает разряд и через первичную обмотку течёт мощный импульсный ток, создавая СВЧ электроволну. Настроенная (с помощью ферритового сердечника) в резонанс с первичной, вторичная обмотка позволяет получить выходное напряжение до нескольких миллионов вольт, приводящее к коронному разряду в воздухе (генератор молний). У трансформаторов Теслы коэффициент трансформации всегда в 10-50 раз выше отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной и пропорционален добротности вторичного контура [2].

Принцип работы данного устройства сравним с действием обычных качелей. При режиме принудительного раскачивания, максимальная амплитуда находится в пропорции к прилагаемым усилиям. Если же раскачивание производится в свободном режиме, происходит еще больший рост максимальной амплитуды. В катушке качелями является вторичный контур колебаний, а прилагаемое усилие осуществляет генератор.

Создание катушки Тесла в домашних условиях

Для создания катушки Тесла в домашних условиях потребуются:

1. Труба 40 x 0.25 м

2. Переходник кольцо на трубу 40 мм

3. Лак высоковольтный

4. Муфта переходная на гладкий конец трубы на 50мм

5. Резиновая манжета на 50мм

6. Медный провод 0,14мм ПЭВ-2

7. Транзисторы КТ 805

8. Медная трубка диаметром 8 мм

Намотку основной высоковольтной катушки проводим на трубку проводом 0.1-0.15 мм. Проволоку накручиваем на каркас максимально аккуратно, виток к витку. Делаем около 1000 витков. Заканчиваем обмотку на расстоянии 1,5- 2 см до края. Это вторичная катушка. Она может быть помещена внутри первичной катушки.

Для изоляции высоковольтной катушки ее необходимо покрыть специальный акриловым лаком, соблюдая технику безопасности, т.к. лак является токсичным.

После высыхания лака снаружи делаем несколько витков медной трубки. Это первичная катушка. Контакты должны быть закрыты термоусадкой. Все соединения должны быть, как можно короче и выполнены широкими медными лентами, что снижает различные потери [1].

По схеме собираем установку (см. прил. 1). Обязательно устанавливаем радиатор, т.к. транзистор греется.

При подключении питания вокруг катушки возникает действительно существует электромагнитное поле высокого напряжения. Но разряды катушки не являются опасными для человеческого организма при кратковременном воздействии, так как сила тока ничтожно мала, а частота и напряжение слишком высоки.

Подобные устройства в радиусе до 2-3 метров могут легко вывести из строя тонкую электронику, такую как мобильный телефон, электронные часы на руке и т.п.

Заключение

В настоящее время катушка Тесла не нашла широкого применения на практике в быту.

Собранную модель можно использовать как наглядное пособие на уроках физики для демонстрации электромагнитных явлений: трубки с инертными газами начнут светиться, как и лампы дневного света. С помощью данного устройства можно проводить эффектные эксперименты, которые вызовут интерес обучающихся.

Взгляды Тесла актуальны сегодня не только в технике и науке, но и для работ в новых изобретениях, применения новых технологий на производстве. Катушка Тесла это экспериментальная установка, подтверждающая наши знания о физике электричества.

Библиографический список:

1. Евдокимов Ф.Е., Теоретические основы электротехники, М: Академия, 2004г. – 560 с.

2. Сайт https://ru.wikipedia.org/wiki/Трансформатор_Тесла

3. Сайт https://ru.wikipedia.org/wiki/Тесла_Никола

Приложение

1. Схема электрической цепи