Breaking News
Home / Laboratorium / VTTC na GU-81

VTTC na GU-81


1.”Cewka” (transformator) Tesli- czym jest.

Transformator Tesli zwany również generatorem Tesli lub transformatorem rezonansowym jest nietypową odmianą zwykłego transformatora. Istotną różnicą jest brak ferromagnetycznego rdzenia, występuje tu rdzeń powietrzny. Transformator Tesli służy do wytwarzania wysokich napięć rzędu milionów woltów. Twórcą tego wspaniałego wynalazku był Nikola Tesla. Tesla był serbskim inżynierem i wynalazcą. Był autorem wielu patentów m.in. takich jak silnik elektryczny, autotransformator, radio czy też słynnego transformatora rezonansowego. Dzięki temu urządzeniu możemy wytwarzać bardzo wysokie napięcia o bardzo wysokich częstotliwościach. Tak wysokie napięcie potrzebne jest do różnorakich badań naukowych. Transformator Tesli jest źródłem bardzo dużego pola elektromagnetycznego, dzięki tej własności podjęliśmy próbę wyidukowania napięcia w cewce znajdującej się w pobliżu transformatora.

2. ”Cewka” (transformator) Tesli- jak działa.

Zasada działania transformatora Tesli opiera się głównie na zasadzie rezonansu elektromagnetycznego, jego zasada działania jest bardzo podobna do zasady działania radia. Układ generujący drgania przekazywane na uzwojenia cewek to klasyczny generator Meissnera. Generator ten posiada dodatnie sprzężenie zwrotne które zrealizowane jest za pomocą transformatora który zapewnia przesuniecie fazowe o równe 180 stopni. Uzwojenie pierwotne o indukcyjności L i pojemności C tworzy obwód rezonansowy- ustalone parametry tego obwodu decydują o częstotliwości drgań. Sercem generatora jest lampa elektronowa. Została tu wykorzystana pentoda mocy GU-81. Lampa ta charakteryzuje się dużą mocą, dzięki czemu możemy osiągnąć duże wyładowania elektryczne. Aby transformator Tesli działał poprawnie, częstotliwość rezonansowa obwodu wtórnego musi być taka sama jak obwodu pierwotnego. Cel ten uzyskuje się przez wstępne obliczenie parametrów transformatora a następnie regulacje zbudowanego już urządzenia. Polega ona na zmianie długości cewki pierwotnej(zmianę odczepu) lub zmianę pojemności kondensatora. Obwód pierwotny składa się z kondensatora C1 i cewki L1. Obwód wtórny składa się z cewki liczącej około 1000 zwojów cienkiego drutu. Indukcyjność wzajemna uzwojeń pierwotnego i wtórnego sprzęga oba obwody rezonansowe, różnica pojemności obwodu pierwotnego i wtórnego powoduje ogromny wzrost napięcia. Wzrost napięcia jest skutkiem prawa zachowania energii dla kondensatorów. Według którego w kondensatorze o mniejszej pojemności ma się znajdować taka sama energia jak w kondensatorze o większej pojemności, to napięcie na tym pierwszym(o mniejszej pojemności) będzie wyższe. Sumując jeden obwód LC (pierwotny) wytwarza i emituje pole elektromagnetyczne o określonej częstotliwości, drugi zaś (wtórny LC), oscylujący z taka samą częstotliwością, pochłania to pole to znaczy, energię wypromieniowaną przez układ pierwotny, zamieniając je z powrotem na prąd elektryczny. Transformatory Tesli pracują na częstotliwościach od 100kHz do 1 MHz. Najważniejszymi parametrami transformatorów tesli są: moc i częstotliwość.

3. ”Cewka” (transformator) Tesli- schematy

1

Schemat zarówno jak i budowa transformatora jest prosta. Największą trudnością jest zestrojenie całego obwodu, aby pracowały w rezonansie. Dużej staranności i dokładnego wykonania wymagają uzwojenia, gdyż złe ułożenie może skutkować przebiciem i uszkodzeniem uzwojeń. Niestety do budowy tego rodzaju transformatora Tesli opartego na bazie lampy GU-81 potrzeba wiele wysiłku by zdobyć potrzebne elementy. Lampy elektronowe są w dzisiejszych czasach rzadkością a ich ceny osiągają niewyobrażalne wartości. Także kondensatory wysokonapięciowe są trudnym elementem do zdobycia, większość konstruktorów wykonuje je własnoręcznie. Transformatory zasilające są na razie łatwo dostępne gdyż instalowane są w kuchenkach mikrofalowych.

4. ”Cewka” (transformator) Tesli- konstrukcja

2

Cały transformator zbudowany jest w dwóch oddzielnych modułach.

Pierwszy- część zasilająca, układ żarzenia lampy, zespół powielacza napięcia, kondensatorów oraz panelu sterowania.

Drugi- uzwojenie pierwotne złożone z dwóch uzwojeń oraz uzwojenie wtórne zakończone terminalem w którym dochodzi do wyładowania koronowego.

W module pierwszym umieszczone są: transformator zasilający i kondensatory rezonansowe. Dalej mieści się powielacz napięcia. Kolejna część stanowi lampa elektronowa GU-81. Na płycie znajdują się także transformator żarzenia lampy, kondensator wysokonapięciowy oraz panel sterowania, za pomocą którego załączamy żarzenie lampy oraz zasilanie transformatora wysokiego napięcia.

Moduł drugi to mała płyta na której umieszczony jest panel z zaciskami do poszczególnych uzwojeń transformatora. Uzwojenia pierwotne nawinięte są drutem w izolacji na rurze PCV o średnicy 160 mm. Uzwojenie wtórne nawinięte jest drutem nawojowym emaliowanym o średnicy 0,45 mm, liczy około 800 zwojów. Uzwojenie wtórne zakończone jest zaostrzonym terminalem w którym dochodzi do wyładowania wysokiego napięcia. Dodatkowo na płycie umieszczona została neonówka, która podczas pracy transformatora świeci. Aby zestroić częstotliwości obu uzwojeń, wtórnego i pierwotnego, na uzwojeniu pierwotnym mamy odczepy za pomocą których mamy możliwość regulacji ilości podłączonych zwojów.

5. ”Cewka” (transformator) Tesli- efekty pracy

a) co dzieje się po włączeniu urządzenia

Po uruchomieniu transformatora Tesli możemy zaobserwować spektakularne wyładowania, wydobywające się z terminalu na końcu uzwojenia wtórnego. Towarzyszy temu charakterystyczny syk i buczenie. Przez cały czas pracy transformatora, wokół uzwojeń, w odległości od 1 do 50 cm, promieniuje pole elektromagnetyczne o dużej sile i wysokiej częstotliwości, rozsiewane dookólnie.

3

b) wykonane doświadczenia.

1.Doświadczenie:

Wybraną z zestawu cewkę łączymy przewodami z galwanometrem. W galwanometrze umieszczamy panel do pomiaru napięć przemiennych o wartości do 50V. Uruchamiamy transformator tesli i poruszamy cewką wokół modułu 2 z uzwojeniami. Dodatkowo wewnątrz cewki możemy umieścić metalowy rdzeń.

Obserwacje:

Gdy zbliżamy cewkę w okolice transformatora Tesli, widzimy że wskazówka galwanometru wychyla się. Im bliżej uzwojeń transformatora umieścimy cewkę, tym większe napięcie. Po włożeniu metalowego rdzenia do cewki, łatwo zaobserwować, że w tym samym miejscu gdzie wcześniej badaliśmy napięcie bez rdzenia, jest ono wyższe.

Wnioski:

Całe doświadczenie opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne wytwarzane i wypromieniowywane przez transformator, przenika uzwojenie cewki połączonej z galwanometrem. Na wskutek tego, w zwojach cewki indukuje Se prąd indukcyjny.

2.Doświadczenie:

Wybrana z zestawu cewkę łączymy przewodami z amperomierzem. Uruchamiamy transformator Tesli i poruszamy cewką wokół modułu 2 z uzwojeniami. Dodatkowo wewnątrz cewki możemy umieścić metalowy rdzeń.

Obserwacje:

Dokładnie tak jak w poprzednim doświadczeniu obserwujemy wychylenie wskazówki miernika. Różnicą jest to, że w tym doświadczeniu mierzymy prąd zwarciowy indukujący się w cewce. Gdy wewnątrz cewki umieścimy rdzeń, wartość prądu wzrasta.

Wnioski:

Doświadczenie to opiera się także na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Pole przenikające uzwojenie cewki, wytwarza prąd indukcyjny. Jest on niewielki. Stąd możemy oszacować sprawność transformatora Tesli.

3.Doświadczenie:

Wybraną z zestawu cewkę łączymy przewodami z panelem diodowym. Skrajne zaciski na panelu diodowym. Pierwszy zacisk jedna dioda, środkowy wspólny punkt dla obu, trzeci zacisk zasilania obu diod. Uruchamiamy transformator Tesli i poruszamy cewką wokół modułu 2 z uzwojeniami. Dodatkowo wewnątrz cewki możemy umieścić rdzeń.

Obserwacje:

Po włączeniu transformatora Tesli widzimy, ze dioda lub diody (w zależności od podłączenia) świecą. Im bliżej cewki tym światło jest mocniejsze. Gdy wewnątrz cewki umieścimy rdzeń, odległość między cewką a uzwojeniami transformatora tesli, może być większa.

Wnioski:

Podobnie jak w poprzednich doświadczeniach w cewce indukuje się prąd. Prostowany jest on jedno połówkowo przez diodę prostowniczą. Dalej podawany jest na diody LED. Diody świecą ponieważ do ich zasilania nie potrzeba dużego napięcia czy tez prądu. Diody LED są oszczędnymi źródłami światła.

4.Doświadczenie:

Dołączona do zestawu świetlówkę chwytamy i uruchamiamy transformator Tesli. Po włączeniu urządzenia zbliżamy świetlówkę w stronę modułu 2 z uzwojeniami. Nie należy przykładać jej zbyt blisko.

Obserwacje:

Po włączeniu transformatora Tesli i zbliżeniu do jego uzwojeń cewki wtórnej i pierwotnej, obserwujemy emisje światła ze świetlówki. Emitowane światło jest tym mocniejsze im bliżej świetlówka jest przyłożona w pobliże uzwojeń transformatora.

Wnioski:

Pole elektromagnetyczne promieniujące wokół uzwojeń, porusza jonami rtęci i argonu znajdującymi się wewnątrz rury świetlówki. Gaz ten pobudzony do ruchu emituje promieniowanie UV 254 nm. Promieniowanie to pochłaniane jest przez luminofor. Powoduje to emisje promieniowania widzialnego. Im bliżej świetlówka znajduje się uzwojeń transformatora tym większe pole elektromagnetyczne przenika prze nią, co za tym idzie produkowana jest większa ilość promieniowania UV. Luminofor pochłania więcej tego promieniowania i powoduje to większa emisje światła.

5.Doświadczenie:

Wybraną z zestawu rurkę Pluckera z dowolnym gazem (zalecany neon), chwytamy i uruchamiamy Transformator Tesli. Po włączeniu urządzenia zbliżamy rurkę w stronę modułu 2. Nie należy przykładać rurki zbyt blisko terminalu którego wydobywa się wyładowanie.

Obserwacje:

Po włączeniu Transformatora tesli i zbliżeniu do jego uzwojeń cewki wtórnej i pierwotnej, obserwujemy emisję światła przez rurkę, w której znajduje się szlachetny gaz. Emitowane światło jest tym mocniejsze im bliżej rurka z gazem przyłożona jest w pobliże uzwojeń transformatora.

Wnioski:

Podobnie jak w poprzednim doświadczeniu pole elektromagnetyczne, promieniujące wokół uzwojeń przenika przez gaz poruszając jonami np. neonu. Przy odpowiedniej prędkości jony gazu zderzają się ze sobą i emitują promieniowanie widzialne. Im bliżej rurka z gazem znajduje się uzwojeń transformatora tym większe pole przez nią przenika. Jony poruszają się jeszcze szybciej. Zderzenia pomiędzy nimi następują mocniej i częściej. Sprawia to, ze emisja światła jest silniejsza.

c) jak przesyłana jest energia ?

podczas prób opisanych wyżej w doświadczeniach, odbieraliśmy energię wypromieniowaną przez transformator Tesli w postaci pola elektromagnetycznego, poprzez cewkę. Wspomniane pole, które po włączeniu transformatora, promieniuje wokół niego, przenika cewkę, indukując w niej prąd. Zjawisko to oparte jest na prostym prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Prawo to mówi, że jeżeli zamknięty obwód umieścimy zmiennym polu magnetycznym, to pojawi się w nim siała elektromotoryczna indukcji, czyli czynnik który powoduje przepływ prądu elektrycznego. W doświadczeniach z użyciem cewek, pole elektromagnetyczne przekształcane jest w prąd elektryczny. W przypadku świetlówki i rurki z gazem szlachetnym, pole elektromagnetyczne przenika gaz znajdujący się wewnątrz szklanej rury. W świetlówce pole pobudza pary rtęci do emisji promieniowania UV 254 nm. Promieniowanie to pochłaniane jest prze luminofor pobudza go do emisji światła.

d) jak mierzymy przesłana energię?

Do pomiaru ilości wypromieniowanego pola elektromagnetycznego potrzebowalibyśmy skomplikowanych przyrządów pomiarowych. Aby tego uniknąć wykorzystujemy woltomierz mierzący napięcie wyidukowane w cewce. Możemy także podłączyć amperomierz, mierzący np. prąd zwarciowy płynący przez cewkę. Do tego typu pomiarów w naszych doświadczeniach zostały wykorzystane mierniki analogowe. Ich wadą jest mała dokładność. Pomiarów nie mogliśmy wykonać miernikami cyfrowymi ponieważ impulsy wysokiego napięcia i bardzo dużej częstotliwości źle wpływa na pomiary jak i na same przyrządy. Może to doprowadzić do uszkodzenia. Mierniki analogowe są bardziej odporne na trudne warunki.

e) do czego jest nam potrzebny bezprzewodowy przesył energii?

Bezprzewodowy przesył na odległość energii elektrycznej ułatwiłby wiele czynności. Początkowo wystarczyłoby to aby nie trzeba było podłączać do ładowania drobnego sprzętu elektronicznego gdziekolwiek bylibyśmy w domu, nasze telefony, MP3 i inne drobne urządzenia byłyby ładowane bez konieczności podłączania ich do ładowarek. Następnie skala bezprzewodowego przesyłu mogłaby się udoskonalać i powiększać. Coraz to większe urządzenia mogłyby być zasilane bezprzewodowo; telewizory, lodówki czy też całe mieszkania. W końcu zostałby opracowany system dla osiedli miast krajów i całego świata. Nie potrzebne były by nam linie przesyłowe szpecące krajobraz. Niestety technologia ta nie jest dostatecznie rozwinięta. Należało by się zastanowić czy bezprzewodowe sieci elektrycznie nie zagrażały by ludzkiemu zdrowi. Jakie były by stary przesyłu. Czy zabezpieczenia przed kradzieżą energii były by dostatecznie skuteczne. Na te wszystkie pytania kiedyś z pewnością ktoś znajdzie odpowiedź. Może już znalazł ale tego nie ujawnia. Tego nikt nie wie.

f) do czego obecnie wykorzystywany jest transformator Tesli ?

Obecnie transformator Tesli ma niewiele praktycznych zastosowań. Głównie służy do generowania bardzo wysokich napięć o bardzo dużej częstotliwości. Napięcia takie wykorzystywane są w różnych badaniach gdzie są one potrzebne. Po za tym praca cewki jest bardzo efektowna. Podczas pracy obserwujemy spektakularne wyładowania o długościach sięgających około 33 cm. Transformator Tesli może być wykorzystany jako pomoc dydaktyczna w szkołach, uczelniach, uniwersytetach.

Można za jego pomocą wykonywać próby bezprzewodowego przesyłu energii elektrycznej. „Sprawiać” ze świetlówki, neonówki, rurki Pluckera w jej pobliżu świecą.

6. ”Cewka” (transformator) Tesli- obsługa

Aby poprawnie uruchomić transformator należy:

1. Połączyć oba moduły przy pomocy złącz Z1, Z2, Z3 i Z4 (należy dokładnie sprawdzić poprawność połączeń, gdyż niewłaściwe podłączenie może doprowadzić do nieprawidłowego działania lub trwałego uszkodzenia urządzenia.

2. Podłączyć przewód zasilający do gniazda w module pierwszym, umieszczonym przy panelu sterowania oraz do gniazda sieciowego.

3. Załączyć włącznik nr 2 w pozycję „On”. Zapala się lampka sygnalizacyjna 1, świadcząca o załączeniu żarzenia lampy.

4. Należy odczekać około 3 minuty, aby nastąpiło rozgrzanie katody lampy elektronowej.

5. Po odczekaniu wyznaczonego czasu należy upewnić się czy w pobliżu terminalu nie znajdują się żadne osoby lub przedmioty. Ostrożnie załączyć włącznik nr 6 w pozycję „On” . Zapala się lampka sygnalizacyjna 5, świadcząca o załączeniu napięcia zasilania transformatora wysokiego napięcia.

6. Po załączeniu włącznika nr 6, obserwujemy wyładowania koronowe wydobywające się z terminalu, znajdującego się na końcu uzwojenia wtórnego.

7. Aby wyłączyć transformator należy przełączyć załącznik nr 6 w pozycję „Off”. Gaśnie lampka 5, a następnie załącznik nr 2, także w pozycję „Off”. Gaśnie lampka 1.

Czynności tych NIE WOLNO wykonywać w odwrotnej kolejności.

7.”Cewka” (transformator) Tesli- rozwiązywanie problemów

Problem:

Pomimo włączenia urządzenia brak wyładowania w terminalu.

Rozwiązanie:

Należy niezwłocznie wyłączyć zasilanie i wyjąć przewód z sieci. Sprawdzić poprawność połączenia złączy modułów Z1, Z2, Z3 i Z4. Ponownie uruchomić transformator.

Problem:

Brak żarzenia lampy.

Rozwiązanie:

Należy wyłączyć zasilanie i wyjąć przewód z sieci. Sprawdzić połączenia transformatora żarzenia z lampą oraz panelem sterowania. Podłączyć transformator żarzenia do sieci i sprawdzić czy na wyjściu uzwojenia wtórnego jest napięcie. Podłączyć na nowo całe urządzenie

Problem:

Lampki sygnalizacyjne nie świecą:

Rozwiązanie:

Jeżeli urządzenie działa poprawnie, a lampki sygnalizacyjne nie świecą świadczy to o ich przepaleniu. W celu wymiany należy wyłączyć urządzenie, wyjąć przewód zasilający z sieci, zdjąć kolorowe szkiełko/a lampki/ek i wymienić żarówkę.

Problem:

Brak zasilania transformatora żarzenia oraz transformatora wysokiego napięcia.

Rozwiązanie:

Należy sprawdzić czy przewód sieciowy jest właściwie umieszczony w gnieździe stykowym, oraz dokonać pomiaru napięcia z tylniej strony gniazda, umieszczonego z boku panelu sterowania.

UWAGA !!!

W obwodach transformatora Tesli występują napięcia NIEBEZPIECZNE DLA ŻYCIA.

Transformator Tesli może być obsługiwany tylko przez doświadczone osoby.

Zabrania się uruchamiania transformatora przez niepowołane osoby.

Nie zaleca się dłuższej pracy transformatora niż 5 minut.

Transformator należy uchamiać tylko w dobrze wentylowanych pomieszczeniach, gdyż wyładowania wysokiego napięcia są źródłem ozonu który w dużych ilościach jest szkodliwy.

Nie należy przebywać zbyt długo w pobliżu transformatora. Pole elektromagnetyczne emitowane przez urządzenie może być szkodliwe dla urządzeń elektronicznych i kart bankomatowych.

Należy bezwzględnie przestrzegać zasad BHP przy pracy z transformatorem Tesli.

About Krzysztof Kruszka

Check Also

m_ynek_franklina__2_

Młynek Franklina

Młynek Franklina – prosty przyrząd służący do demonstracji oddziaływań elektrostatycznych. Stosowany jest we wczesnym etapie …