Ontwikkeld in 1891 door Nikola Tesla, werd de Tesla-spoel gemaakt om experimenten uit te voeren bij het creëren van elektrische hoogspanningsontladingen. Het bestaat uit een voeding, een condensator en spoeltransformator die zo zijn ingesteld dat spanningspieken afwisselen tussen de twee, en elektroden die zo zijn geplaatst dat vonken ertussen door de lucht springen. Gebruikt in toepassingen van deeltjesversnellers tot televisies en speelgoed, kan een Tesla-spoel worden gemaakt van elektronicawinkelapparatuur of van overtollige materialen. In dit artikel wordt beschreven hoe u een Tesla-spoel met vonkbrug bouwt, die verschilt van een solid-state Tesla-spoel en geen muziek kan afspelen.
Stappen
Deel 1 van 2: Een Tesla-spoel plannen
Stap 1. Overweeg de grootte, plaatsing en stroomvereisten van de Tesla-spoel voordat u deze gaat bouwen
U kunt een Tesla-spoel zo groot bouwen als uw budget toelaat; de bliksemschichtachtige vonken van Tesla-spoelen genereren echter warmte en zetten de lucht om hen heen uit (in wezen donderen). Hun elektrische velden kunnen ook grote schade aanrichten aan elektronische apparaten, dus u zult uw Tesla-spoel waarschijnlijk op een afgelegen plek willen bouwen en gebruiken, zoals een garage of een andere werkplaats. U zult ook willen overwegen of het zinvoller is om een Tesla-spoel uit een kit te bouwen, of materialen helemaal opnieuw te verzamelen. Beide hebben voor- en nadelen op het gebied van kosten, bouwtijd, hulpbronnen en betrouwbaarheid.
Om erachter te komen hoe groot een vonkbrug is, of hoeveel vermogen je nodig hebt om het te laten werken, deel je de lengte van de vonkbrug in inches door 1,7 en kwadratisch om het ingangsvermogen in watt te bepalen. (Omgekeerd, om de lengte van de vonkbrug te vinden, vermenigvuldigt u de vierkantswortel van het vermogen in watt met 1,7.) Een Tesla-spoel die een vonkbrug creëert van 60 inch (150 cm) (1,5 meter) zou 1,246 watt nodig hebben. (Een Tesla-spoel die een stroombron van 1 kilowatt gebruikt, zou een vonkbrug genereren van bijna 54 inch of 1,37 meter.)
Stap 2. Leer de terminologie
Het ontwerpen en bouwen van een Tesla-spoel vereist het begrijpen van bepaalde wetenschappelijke termen en maateenheden. U moet hun doel en functie begrijpen om een Tesla-spoel op de juiste manier te maken. Hier zijn enkele van de termen die u moet kennen:
- Capaciteit is het vermogen om een elektrische lading vast te houden of de hoeveelheid elektrische lading die is opgeslagen voor een gegeven spanning. (Een apparaat dat is ontworpen om een elektrische lading vast te houden, wordt een condensator genoemd.) De maateenheid voor capaciteit is de farad (afgekort "F"). Een farad wordt gedefinieerd als 1 ampère-seconde (of coulomb) per volt. Gewoonlijk wordt capaciteit gemeten in kleinere eenheden, zoals de microfarad (afgekort "uF"), een miljoenste van een farad of de picofarad (afgekort pF en soms gelezen als "bladerdeeg"), een biljoenste van een farad.
- Inductantie, of zelfinductie, is hoeveel spanning een elektrisch circuit draagt per de hoeveelheid stroom in het circuit. (Hoogspanningsleidingen, die een hoge spanning maar een lage stroom voeren, hebben een hoge inductantie.) De maateenheid voor inductantie is de henry (afgekort "H"). Een Henry wordt gedefinieerd als 1 volt-seconde per ampère stroom. Gewoonlijk wordt inductantie gemeten in kleinere eenheden, zoals de millihenry (afgekort "mH"), een duizendste van een henry, of de microhenry (afgekort als "uH"), een miljoenste van een henry.
- Resonantiefrequentie, of resonantiefrequentie, is de frequentie waarbij de weerstand tegen energieoverdracht minimaal is. (Voor een Tesla-spoel is dit het optimale werkpunt voor het overbrengen van elektrische energie tussen de primaire en secundaire spoelen.) De maateenheid voor de resonantiefrequentie is de hertz (afgekort "Hz"), gedefinieerd als 1 cyclus per seconde. Vaker wordt de resonantiefrequentie gemeten in kilohertz (afgekort als "kHz"), waarbij een kilohertz gelijk is aan 1000 hertz.
Stap 3. Verzamel de onderdelen die je nodig hebt
U hebt een voedingstransformator, een primaire condensator met hoge capaciteit, een vonkbrug, een primaire inductiespoel met lage inductantie, een secundaire inductorspoel met hoge inductantie, een secundaire condensator met lage capaciteit en iets nodig om te onderdrukken of te smoorspoelen, de hoogfrequente ruispulsen die worden gecreëerd wanneer de Tesla-spoel werkt. Voor meer informatie over de onderdelen, zie het volgende gedeelte, "Een Tesla-spoel maken".
Uw stroombron/transformator levert stroom via de smoorspoelen naar het primaire of tankcircuit, dat de primaire condensator, de primaire inductorspoel en de vonkbrug verbindt. De primaire inductorspoel wordt naast, maar niet bedraad, geplaatst op de inductorspoel van het secundaire circuit, dat is verbonden met de secundaire condensator. Zodra de secundaire condensator voldoende elektrische lading heeft opgebouwd, ontladen zich streamers van elektriciteit (bliksemschichten)
Deel 2 van 2: Een Tesla-spoel maken
Stap 1. Kies je voedingstransformator
Uw voedingstransformator bepaalt hoe groot u uw Tesla-spoel kunt maken. De meeste Tesla-spoelen werken met een transformator die een spanning levert tussen 5.000 en 15.000 volt bij een stroomsterkte tussen 30 en 100 milliampère. Je kunt een transformator kopen bij een overschotwinkel op de universiteit of op internet, of de transformator kannibaliseren via een neonreclame.
Stap 2. Maak de primaire condensator
De beste manier om deze condensator te maken, is door een aantal kleine condensatoren in serie te schakelen, zodat elke condensator een gelijk deel van de totale spanning van het primaire circuit afhandelt. (Hiervoor moet elke afzonderlijke condensator dezelfde capaciteit hebben als de andere condensatoren in de serie.) Dit soort condensator wordt een multi-minicondensator of MMC genoemd.
- Kleine condensatoren en de bijbehorende ontluchtingsweerstanden zijn verkrijgbaar bij elektronicawinkels, of u kunt op zoek gaan naar keramische condensatoren van oude televisietoestellen. Je kunt de condensatoren ook maken van vellen polyethyleen en aluminiumfolie.
- Om het uitgangsvermogen te maximaliseren, moet de primaire condensator zijn volledige capaciteit kunnen bereiken elke halve cyclus van de frequentie van het vermogen dat eraan wordt geleverd. (Voor een voeding van 60 Hz betekent dit 120 keer per seconde.)
Stap 3. Ontwerp de vonkbrug
Als je een enkele vonkbrug plant, heb je metalen bouten nodig van minimaal 6 millimeter dik om als vonkbrug te dienen om de warmte te weerstaan die wordt gegenereerd door de ontlading van elektriciteit tussen de vonken. U kunt ook meerdere vonkenbruggen in serie bedraden, een roterende vonkbrug gebruiken of perslucht tussen de vonken blazen om de temperatuur te matigen. (Een oude stofzuiger kan worden gebruikt om de lucht te blazen.)
Stap 4. Bouw de primaire inductorspoel
De spoel zelf is gemaakt van draad, maar je hebt iets nodig om de draad in een spiraalvorm rond te wikkelen. De draad moet geëmailleerd koperdraad zijn, dat u kunt verkrijgen bij een elektrische winkel of door het stopcontactsnoer van een afgedankt apparaat te kannibaliseren. Het object waar je de draad omheen wikkelt, kan cilindrisch zijn, zoals een kartonnen of plastic buis, of conisch, zoals een oude lampenkap.
De lengte van het snoer bepaalt de inductantie van de primaire spoel. De primaire spoel moet een lage inductantie hebben, dus je zult relatief weinig windingen gebruiken om hem te maken. U kunt niet-doorlopende draadsecties gebruiken voor de primaire spoel, zodat u secties aan elkaar kunt haken als dat nodig is om de inductantie on-the-fly aan te passen
Stap 5. Verbind de primaire condensator, de vonkbrug en de primaire inductorspoel met elkaar
Hiermee is het primaire circuit voltooid.
Stap 6. Bouw de secundaire inductorspoel
Net als bij de primaire spoel, wikkel je draad rond een cilindrische vorm. De secundaire spoel moet dezelfde resonantiefrequentie hebben als de primaire spoel om de Tesla-spoel efficiënt te laten werken. De secundaire spoel moet echter groter/langer zijn dan de primaire spoel omdat deze een grotere inductantie moet hebben dan de primaire spoel, en ook om te voorkomen dat elektrische ontladingen van het secundaire circuit het primaire circuit raken en bakken.
Als u niet over de materialen beschikt om de secundaire spoel hoog genoeg te maken, kunt u dit compenseren door een sluitrail (in wezen een bliksemafleider) te bouwen om het primaire circuit te beschermen, maar dit betekent dat de meeste ontladingen van de Tesla-spoel de sluitrail raken en niet dansen in de lucht
Stap 7. Maak de secundaire condensator
De secundaire condensator of ontladingsterminal kan elke ronde vorm hebben, waarbij de twee meest populaire de torus (ring- of donutvorm) en de bol zijn.
Stap 8. Bevestig de secundaire condensator aan de secundaire inductorspoel
Dit voltooit het secundaire circuit.
Uw secundaire circuit moet apart worden geaard van de aarding voor uw huishoudelijke circuits die stroom leveren aan de transformator om te voorkomen dat een stroom elektrische stroom van de Tesla-spoel naar de grond gaat voor uw huishoudelijke circuits en mogelijk alles dat op die stopcontacten is aangesloten, frituurt. Een metalen spijker in de grond slaan is een goede manier om dit te doen
Stap 9. Bouw de pulsspoelen
Smoorspoelen zijn eenvoudige, kleine inductoren die ervoor zorgen dat de pulsen die door de vonkbrug worden gecreëerd, de voedingstransformator niet kapot maken. Je kunt er een maken door dun koperdraad om een smalle buis te winden, zoals een wegwerpbalpen.
Stap 10. Monteer de componenten
Plaats het primaire en secundaire circuit naast elkaar en sluit de voedingstransformator via de smoorspoelen aan op het primaire circuit. Zodra u de transformator aansluit, is uw Tesla-spoel klaar voor gebruik.
Als de primaire spoel een voldoende grote diameter heeft, kan de secundaire spoel erin worden geplaatst
Tips
- Om de richting van de streamers die uit de secundaire condensator losbarsten te regelen, plaatst u metalen voorwerpen in de buurt van de condensator, zonder deze aan te raken. De streamer zal een boog maken van de condensator naar het object. Als het object een lamp bevat, zoals een gloeilamp of tl-buis, zal de elektriciteit die van de Tesla-spoel komt het oplichten.
- Het ontwerpen en bouwen van een efficiënte Tesla-spoel vereist het werken met vrij complexe wiskundige vergelijkingen. Gelukkig kun je gemakkelijk de relevante vergelijkingen en online rekenmachines vinden om de betrokken wiskunde te doen.
Waarschuwingen
- Solide neonreclametransformatoren, zoals recent vervaardigde, hebben meestal een aardlekschakelaar; daarom kunnen ze de spoel niet bedienen.
- Het maken van een Tesla-spoel is geen gemakkelijke taak, tenzij je al enige kennis van techniek en elektronica hebt.
- Een condensator die wordt gebruikt voor Tesla-spoelen en andere hoogspannings- en ionengeneratoren of apparaten zoals Lifter, kan enorme hoeveelheden elektrische energie verzamelen en vasthouden en alle energie in een oogwenk ontladen. Wees uiterst voorzichtig en laat kinderen of iemand die geen goede veiligheidstraining heeft gehad, het apparaat niet aanraken of ermee werken.
