שנאי טסלה (עקרון הפעולה של המכשיר יידון בהמשך) רשם פטנט בשנת 1896, 22 בספטמבר. המכשיר הוצג כמכשיר המפיק זרמים חשמליים בעלי פוטנציאל ותדירות גבוהים. המכשיר הומצא על ידי ניקולה טסלה ונקרא על שמו. בוא נשקול את המכשיר הזה ביתר פירוט.
שנאי טסלה: עיקרון עבודה
את מהות פעולת המכשיר ניתן להסביר בדוגמה של הנדנדה הידועה. כאשר הם מתנדנדים בתנאים של תנודות מאולצות, המשרעת, שתהיה מקסימלית, תהפוך פרופורציונלית לכוח המופעל. כאשר מתנדנדים במצב חופשי, המשרעת המקסימלית תגדל פי כמה עם אותם מאמצים. זו המהות של שנאי טסלה. מעגל משני נדנדה משמש כנדנדה במכשיר. המחולל ממלא את תפקיד המאמץ המיושם. עם העקביות שלהם (דחיפה בפרקי זמן נחוצים בהחלט), מסופק מתנד ראשי או מעגל ראשי (בהתאם למכשיר).
Description
שנאי טסלה פשוט כולל שני סלילים. האחד ראשוני, השני משני. כמו כן, שנאי התהודה של טסלה מורכב מטורואיד (לא תמיד בשימוש),קבל, מעצר. האחרון - המפריע - נמצא בגרסה האנגלית של Spark Gap. שנאי טסלה מכיל גם מסוף "פלט".
סלילים
Primary מכיל, ככלל, חוט בקוטר גדול או צינור נחושת עם מספר סיבובים. לסליל המשני יש כבל קטן יותר. הסיבובים שלו הם בערך 1000. הסליל הראשוני יכול להיות בעל צורה שטוחה (אופקית), חרוטית או גלילית (אנכית). כאן, בניגוד לשנאי רגיל, אין ליבה פרומגנטית. בשל כך, השראות ההדדית בין הסלילים מופחתת באופן משמעותי. יחד עם הקבל, האלמנט הראשוני יוצר מעגל נדנוד. הוא כולל פער ניצוץ - אלמנט לא ליניארי.
הסליל המשני יוצר גם מעגל נדנדה. קיבולי הטורואיד והסליל שלו (אינטרטורן) שלו פועלים כקבלים. הסלילה המשני מכוסה לעתים קרובות בשכבת לכה או אפוקסי. זה נעשה כדי למנוע תקלה חשמלית.
מפרק
מעגל השנאי של טסלה כולל שתי אלקטרודות מסיביות. אלמנטים אלה חייבים להיות עמידים בפני זרמים גבוהים הזורמים בקשת חשמלית. מרווח מתכוונן וקירור טוב הם חובה.
טרמינל
ניתן להתקין את האלמנט הזה בשנאי טסלה מהדהד בעיצובים שונים. המסוף עשוי להיות כדור, סיכה מושחזת או דיסק. זה נועד לייצר פריקות ניצוץ צפויות עם גדולאורך. לפיכך, שני מעגלים תנודה מחוברים יוצרים שנאי טסלה.
אנרגיה מהאתר היא אחת ממטרות פעולת המנגנון. ממציא המכשיר ביקש להשיג מספר גל Z של 377 אוהם. הוא יצר סלילים בגדלים גדולים יותר. פעולה תקינה (מלאה) של שנאי טסלה מובטחת כאשר שני המעגלים מכוונים לאותו תדר. ככלל, בתהליך ההתאמה, הראשוני מותאם למשנית. זה מושג על ידי שינוי הקיבול של הקבל. גם מספר הסיבובים בפיתול הראשוני משתנה עד להופעת המתח המרבי במוצא.
בעתיד, מתוכנן ליצור שנאי פשוט של טסלה. האנרגיה מהאתר תפעל עבור האנושות במלואה.
Action
שנאי טסלה פועל במצב דופק. השלב הראשון הוא טעינת קבלים עד למתח התמוטטות של אלמנט הפריקה. השני הוא יצירת תנודות בתדר גבוה במעגל הראשוני. פער ניצוץ המחובר במקביל סוגר את השנאי (מקור הכוח), למעט אותו מהמעגל. אחרת, הוא יעשה הפסדים מסוימים. זה, בתורו, יפחית את גורם האיכות של המעגל הראשוני. כפי שמראה בפועל, השפעה כזו מפחיתה באופן משמעותי את אורך הפריקה. בהקשר זה, במעגל בנוי היטב, המעצר ממוקם תמיד במקביל למקור.
Charge
הוא מיוצר על ידי מקור מתח גבוה חיצוני המבוסס על שנאי עלייה בתדר נמוך.קיבול הקבל נבחר כך שהוא יוצר מעגל מסוים יחד עם המשרן. תדר התהודה שלו צריך להיות שווה למעגל המתח הגבוה.
בפועל, הכל קצת שונה. כאשר מבצעים את החישוב של שנאי טסלה, האנרגיה שתשמש לשאיבת המעגל השני אינה נלקחת בחשבון. מתח הטעינה מוגבל על ידי המתח בעת התמוטטות המעצר. זה (אם האלמנט הוא אוויר) ניתן לכוונון. מתח ההתמוטטות מתוקן על ידי שינוי הצורה או המרחק בין האלקטרודות. ככלל, המחוון הוא בטווח של 2-20 קילו וולט. סימן המתח לא צריך "לקצר" את הקבל יותר מדי, שהוא כל הזמן משנה סימן.
Generation
לאחר שמגיעים למתח השבר בין האלקטרודות, נוצר התמוטטות גז חשמלית דמוי מפולת שלגים במרווח הניצוץ. הקבל מתפרק על הסליל. לאחר מכן, מתח הפירוק יורד בחדות עקב היונים הנותרים בגז (נשאי מטען). כתוצאה מכך, המעגל של מעגל התנודה, המורכב מקבל וסליל ראשוני, נשאר סגור דרך פער הניצוץ. זה יוצר רעידות בתדר גבוה. הם דוהים בהדרגה, בעיקר עקב הפסדים במעצר, כמו גם בריחת אנרגיה אלקטרומגנטית לסליל המשני. אף על פי כן, התנודות נמשכות עד שהזרם יוצר מספר מספיק של נושאי מטען כדי לשמור על מתח פירוק נמוך משמעותית במרווח הניצוץ מאשר משרעת התנודות של מעגל ה-LC. במעגל המשנימופיעה תהודה. כתוצאה מכך נוצר מתח גבוה במסוף.
שינויים
כל סוג של מעגל שנאי טסלה, המעגל המשני והראשוני נשארים זהים. עם זאת, אחד המרכיבים של האלמנט העיקרי עשוי להיות בעיצוב שונה. בפרט, אנחנו מדברים על מחולל של תנודות בתדר גבוה. לדוגמה, בשינוי SGTC, אלמנט זה מבוצע על פער הניצוץ.
RSG
שנאי ההספק הגבוה של טסלה משלב עיצוב פער ניצוצות מורכב יותר. בפרט, זה חל על מודל RSG. הקיצור מייצג Rotary Spark Gap. ניתן לתרגם אותו כדלקמן: ניצוץ מסתובב / סיבובי או פער סטטי עם מכשירים לכיבוי קשת (נוספים). במקרה זה, תדירות הפעולה של הפער נבחרת באופן סינכרוני עם תדירות טעינת הקבלים. העיצוב של מרווח רוטור הניצוץ כולל מנוע (בדרך כלל הוא חשמלי), דיסק (מסתובב) עם אלקטרודות. האחרונים סוגרים או מתקרבים לרכיבי ההזדווגות כדי לסגור.
הבחירה בסידור המגעים ומהירות הסיבוב של הציר מבוססת על התדירות הנדרשת של החבילות המתנודות. בהתאם לסוג בקרת המנוע, פערי רוטור ניצוץ נבדלים כאסינכרוני וסינכרוני. כמו כן, השימוש במרווח ניצוץ מסתובב מפחית באופן משמעותי את הסבירות לקשת טפילית בין האלקטרודות.
במקרים מסוימים, פער ניצוץ קונבנציונלי מוחלףרב שלבי. לצורך קירור, רכיב זה מונח לעתים בדיאלקטרים גזים או נוזליים (בנפט, למשל). כטכניקה אופיינית לכיבוי קשת של פער ניצוץ סטטיסטי, נעשה שימוש בטיהור האלקטרודות באמצעות סילון אוויר חזק. במקרים מסוימים, השנאי טסלה בעיצוב קלאסי מתווסף עם מעצר שני. מטרת אלמנט זה היא להגן על אזור המתח הנמוך (הזנה) מפני עליות מתח גבוה.
סליל מנורה
שינוי ה-VTTC משתמש בצינורות ואקום. הם ממלאים את התפקיד של מחולל תנודות RF. ככלל, אלה מנורות חזקות למדי מסוג GU-81. אבל לפעמים אתה יכול למצוא עיצובים עם הספק נמוך. אחת התכונות במקרה זה היא היעדר הצורך לספק מתח גבוה. כדי לקבל פריקות קטנות יחסית, צריך בערך 300-600 V. בנוסף, VTTC כמעט ולא עושה רעש, המופיע כאשר שנאי טסלה פועל על פער הניצוץ. עם התפתחות האלקטרוניקה, ניתן היה לפשט ולהקטין משמעותית את גודל המכשיר. במקום עיצוב על מנורות, החלו להשתמש בשנאי טסלה על טרנזיסטורים. בדרך כלל נעשה שימוש באלמנט דו-קוטבי בעל הספק וזרם מתאימים.
איך מייצרים שנאי של טסלה?
כפי שהוזכר לעיל, אלמנט דו-קוטבי משמש כדי לפשט את העיצוב. אין ספק שעדיף להשתמש בטרנזיסטור אפקט שדה. אבל קל יותר לעבוד איתו דו-קוטבי למי שאינו מנוסה מספיק בהרכבת גנרטורים. סליל סליל והאספן מתבצע עם חוט של 0.5-0.8 מילימטרים. על חלק במתח גבוה, החוט נלקח בעובי 0.15-0.3 מ"מ. נעשים כ-1000 סיבובים. ספירלה ממוקמת בקצה ה"חם" של הפיתול. ניתן לקחת חשמל משנאי של 10 V, 1 A. כאשר משתמשים במתח מ-24 V או יותר, אורך פריקת העטרה גדל באופן משמעותי. עבור הגנרטור, אתה יכול להשתמש בטרנזיסטור KT805IM.
באמצעות הכלי
ביציאה, אתה יכול לקבל מתח של כמה מיליוני וולט. הוא מסוגל ליצור פריקות מרשימות באוויר. האחרון, בתורו, יכול להיות באורך של מטרים רבים. תופעות אלו מאוד מושכות כלפי חוץ עבור אנשים רבים. חובבי שנאי טסלה משמשים למטרות דקורטיביות.
הממציא עצמו השתמש במכשיר כדי להפיץ וליצור תנודות, שמטרתן שליטה אלחוטית במכשירים מרחוק (בקרת רדיו), העברת נתונים ואנרגיה. בתחילת המאה העשרים, סליל טסלה החל לשמש ברפואה. החולים טופלו בזרמים חלשים בתדירות גבוהה. הם, זורמים דרך שכבת פני שטח דקה של העור, לא פגעו באיברים הפנימיים. יחד עם זאת, לזרמים הייתה השפעה מרפאת וטוניקית על הגוף. בנוסף, השנאי משמש להדלקת מנורות פריקת גז ולחיפוש נזילות במערכות ואקום. עם זאת, בזמננו, היישום העיקרי של המכשיר צריך להיחשב קוגניטיבי ואסתטי.
Effects
הם קשורים להיווצרות של סוגים שונים של פריקות גזים במהלך פעולת המכשיר. הרבה אנשיםאסוף שנאים של טסלה כדי שתוכל לצפות באפקטים עוצרי הנשימה. בסך הכל, המכשיר מייצר פריקות מארבעה סוגים. לעתים קרובות ניתן לראות כיצד הפרשות לא רק יוצאות מהסליל, אלא גם מכוונות מחפצים מקורקעים לכיוונו. יכולים להיות להם גם זוהר קורונה. ראוי לציין כי כמה תרכובות כימיות (יוניות) כאשר מיושמות על הטרמינל עשויות לשנות את צבע הפריקה. לדוגמה, יוני נתרן הופכים ניצוץ לכתום, בעוד יוני בורון הופכים ניצוץ לירוק.
Streamers
אלה הם ערוצים דקים מסועפים זוהרים במעומעם. הם מכילים אטומי גז מיוננים ואלקטרונים חופשיים מתפצלים מהם. פריקות אלו זורמות מהמסוף של הסליל או מהחלקים החדים ביותר ישירות לאוויר. בליבתו, הסטרימר יכול להיחשב יינון אוויר גלוי (זוהר של יונים), שנוצר על ידי שדה BB ליד השנאי.
פריקת קשת
זה נוצר לעתים קרובות למדי. לדוגמה, אם לשנאי יש כוח מספיק, קשת עלולה להיווצר כאשר אובייקט מוארק מובא למסוף. במקרים מסוימים, נדרש לגעת באובייקט עד ליציאה, ולאחר מכן לסגת למרחק הולך וגדל ולמתוח את הקשת. עם אמינות וכוח סליל לא מספיקים, פריקה כזו עלולה לגרום נזק לרכיבים.
Spark
מטען הניצוץ הזה נפלט מחלקים חדים או מהטרמינל ישירות לאדמה (אובייקט מוארק). ניצוץ מוצג בצורה של פסים בהירים, משתנים או נעלמים במהירות, מסועפים חזקלעתים קרובות. יש גם סוג מיוחד של פריקת ניצוץ. זה נקרא תנועה.
הפרשת קורונה
זהו זוהר היונים הכלול באוויר. זה מתרחש בשדה חשמלי במתח גבוה. התוצאה היא זוהר כחלחל ונעים לעין ליד מרכיבי ה-BB של המבנה עם עיקול משמעותי של פני השטח.
תכונות
במהלך פעולת השנאי ניתן לשמוע פצפוץ חשמלי אופייני. תופעה זו נובעת מהתהליך שבמהלכו הופכים סטרימרים לערוצי ניצוצות. זה מלווה בעלייה חדה בכמות האנרגיה וחוזק הזרם. יש התרחבות מהירה של כל ערוץ ועלייה פתאומית בלחץ בהם. כתוצאה מכך נוצרים גלי הלם בגבולות. השילוב שלהם מהרחבת ערוצים יוצר צליל שנתפס כפצפץ.
השפעה אנושית
כמו כל מקור אחר של מתח גבוה כזה, סליל טסלה יכול להיות קטלני. אבל יש דעה שונה לגבי סוגים מסוימים של מכשירים. מכיוון שלמתח גבוה בתדירות גבוהה יש אפקט עורי, והזרם נמצא משמעותית מאחורי המתח בשלב, ועוצמת הזרם קטנה מאוד, למרות הפוטנציאל, הפריקה לגוף האדם אינה יכולה לעורר דום לב או הפרעות חמורות אחרות ב. הגוף.
