Что такое катушка или трансформатор Николы Теслы? Схема трансформатора Тесла. Трансформатор Тесла - принцип работы Очевидные выводы и важные дополнения

Трансформатор Тесла (принцип работы аппарата рассмотрим далее) был запатентован в 1896-м году, 22 сентября. Аппарат представили как прибор, производящий электрические токи высокого потенциала и частоты. Устройство было изобретено Николой Тесла и названо его именем. Рассмотрим далее этот аппарат подробнее.

Трансформатор Тесла: принцип работы

Суть действия прибора можно объяснить на примере всем известных качелей. При их раскачивании в условиях принудительных которая будет максимальной, станет пропорциональной прилагаемому усилию. При раскачивании в свободном режиме максимальная амплитуда при тех же усилиях многократно возрастет. Такова суть и трансформатора Тесла. В качестве качелей в аппарате используется колебательный вторичный контур. Генератор играет роль прилагаемого усилия. При их согласованности (подталкивании в строго необходимые периоды времени) обеспечивается задающий генератор либо первичный контур (в соответствии с устройством).

Описание

Простой трансформатор Тесла включает в себя две катушки. Одна - первичная, другая - вторичная. Также Тесла состоит из тороида (применяется не всегда), конденсатора, разрядника. Последний - прерыватель - встречается в английском варианте Spark Gap. Трансформатор Тесла также содержит "выход" - терминал.

Катушки

Первичная содержит, как правило, провод большого диаметра либо медную трубку с несколькими витками. Во вторичной катушке имеется кабель меньшего сечения. Его витков - около 1000. Первичная катушка может иметь плоскую (горизонтальную), коническую или цилиндрическую (вертикальную) форму. Здесь, в отличие от обычной трансформатора, нет ферромагнитного сердечника. За счет этого существенно снижается взаимоиндукция между катушками. Вместе с конденсатором первичный элемент формирует колебательный контур. В него включен разрядник - нелинейный элемент.

Вторичная катушка тоже формирует колебательный контур. В качестве конденсатора выступают тороидная и собственная катушечная (межвитковая) емкости. Вторичная обмотка часто покрыта слоем лака либо эпоксидной смолы. Это делается во избежание электрического пробоя.

Разрядник

Схема трансформатора Тесла включает в себя два массивных электрода. Эти элементы должны обладать устойчивостью к протеканию сквозь больших токов. Обязательно наличие регулируемого зазора и хорошего охлаждения.

Терминал

В резонансный трансформатор Тесла этот элемент может быть инсталлирован в разном исполнении. Терминал может представлять собой сферу, заточенный штырь или диск. Он предназначается для получения искровых предсказуемых разрядов с большой длиной. Таким образом, два связанных колебательных контура образуют трансформатор Тесла.

Энергия из эфира - одна из целей функционирования аппарата. Изобретатель прибора стремился достичь волнового числа Z в 377 Ом. Он изготавливал катушки все большего размера. Нормальная (полноценная) работа трансформатора Тесла обеспечивается в случае, когда оба контура настроены на одну частоту. Как правило, в процессе корректировки осуществляется подстройка первичного под вторичный. Это достигается за счет изменения емкости конденсатора. Также меняется количество витков у первичной обмотки до появления на выходе максимального напряжения.

В будущем предполагается создать несложный трансформатор Тесла. Энергия из эфира будет работать на человечество в полной мере.

Действие

Трансформатор Тесла функционирует в импульсном режиме. Первая фаза - конденсаторный заряд до напряжения пробоя разрядного элемента. Вторая - генерация высокочастотных колебаний в первичном контуре. Включенный параллельно разрядник замыкает трансформатор (источник питания), исключая его из контура. В противном случае он будет вносить определенные потери. Это, в свою очередь, снизит добротность первичного контура. Как показывает практика, такое влияние существенно уменьшает длину разряда. В связи с этим в построенной грамотно схеме разрядник всегда ставится параллельно источнику.

Заряд

Его производит внешний источник на основе низкочастотного повышающего трансформатора. Конденсаторная емкость выбирается так, чтобы она составляла вместе с индуктором определенный контур. Частота его резонанса должна быть равна высоковольтному контуру.

На практике все несколько иначе. Когда осуществляется расчет трансформатора Теслы, не учитывается энергия, которая пойдет на накачку второго контура. Напряжение заряда ограничивается напряжением у пробоя разрядника. Его (если элемент воздушный) можно регулировать. Напряжение пробоя корректируется при изменении формы либо расстояния между электродами. Как правило, показатель находится в пределах 2-20 кВ. Знак напряжения не должен слишком "закорачивать" конденсатор, на котором происходит постоянная смена знака.

Генерация

После того как будет достигнуто напряжение пробоя между электродами, в разряднике формируется электрический лавинообразный пробой газа. Происходит разряжение конденсатора на катушку. После этого резко снижается напряжение пробоя в связи с оставшимися ионами в газе (носителями заряда). Вследствие этого состоящая из конденсатора и первичной катушки цепь контура колебания через разрядник остается замкнутой. В ней образуются высокочастотные колебания. Они постепенно затухают, преимущественно вследствие потерь в разряднике, а также ухода на вторичную катушку электромагнитной энергии. Тем не менее колебания продолжаются, пока током создается достаточное количество зарядных носителей для поддержания в разряднике существенно меньшего напряжения пробоя, чем амплитуда колебаний LC-контура. Во появляется резонанс. Это приводит к возникновению высокого напряжения на терминале.

Модификации

Какого бы типа ни была схема трансформатора Тесла, вторичный и первичный контуры остаются неизменными. Тем не менее один из компонентов основного элемента может быть разной конструкции. В частности, речь идет о колебаний. Например, в модификации SGTC этот элемент выполняется на искровом промежутке.

RSG

Трансформатор Тесла высокой мощности включает в себя более сложную конструкцию разрядника. В частности, это касается модели RSG. Аббревиатура расшифровывается как Rotary Spark Gap. Ее можно перевести следующим образом: вращающийся/роторный искровой либо статический промежуток с дугогасительными (дополнительными) устройствами. В таком случае частота работы промежутка подбирается синхронно частоте конденсаторной подзарядки. Конструкция искрового роторного промежутка включает в себя двигатель (как правило, он электрический), диск (вращающийся) с электродами. Последние или замыкают, или приближаются к ответным компонентам для замыкания.

В некоторых случаях обычный разрядник заменяют многоступенчатым. Для охлаждения этот компонент иногда помещают в газообразные или жидкие диэлектрики (в масло, к примеру). В качестве типового приема гашения дуги статистического разрядника используется продувка электродов с помощью мощной воздушной струи. В ряде случаев трансформатор Тесла классической конструкции дополняется вторым разрядником. Задача этого элемента состоит в обеспечении защиты низковольтной (питающей) зоны от высоковольтных выбросов.

Ламповая катушка

В модификации VTTC используют электронные лампы. Они играют роль генератора колебаний ВЧ. Как правило, это достаточно мощные лампы типа ГУ-81. Но иногда можно встретить и маломощные конструкции. Одной из особенностей в данном случае является отсутствие необходимости обеспечения высокого напряжения. Чтобы получить относительно небольшие разряды, нужно порядка 300-600 В. Кроме того, VTTC почти не издает шума, который появляется, когда трансформатор Тесла функционирует на искровом промежутке. С развитием электроники появилась возможность значительно упростить и уменьшить размер прибора. Вместо конструкции на лампах стали применять трансформатор Тесла на транзисторах. Обычно используется биполярный элемент соответствующей мощности и тока.

Как сделать трансформатор Тесла?

Как выше было сказано, для упрощения конструкции используется биполярный элемент. Несомненно, намного лучше применить полевой транзистор. Но с биполярным проще работать тем, кто недостаточно опытен в сборке генераторов. Обмотка катушек связи и коллектора осуществляется проводом в 0.5-0.8 миллиметров. На высоковольтной детали провод берется 0.15-0.3 мм толщиной. Делается приблизительно 1000 витков. На "горячем" конце обмотки ставится спираль. Питание можно взять с трансформатора в 10 В, 1 А. При использовании питания от 24 В и более значительно увеличивается длина Для генератора можно использовать транзистор КТ805ИМ.

Применение прибора

На выходе можно получить напряжение в несколько миллионов вольт. Оно способно создавать в воздухе внушительные разряды. Последние, в свою очередь, могут обладать многометровой длиной. Эти явления очень привлекательны внешне для многих людей. Любителями трансформатор Тесла используется в декоративных целях.

Сам изобретатель применял аппарат для распространения и генерации колебаний, которые направлены на беспроводное управление приборами на расстоянии (радиоуправление), передачи данных и энергии. В начале ХХ столетия катушка Тесла стала использоваться в медицине. Больных обрабатывали высокочастотными слабыми токами. Они, протекая по тонкому поверхностному слою кожи, не вредили внутренним органам. При этом токи оказывали оздоравливающее и тонизирующее воздействие на организм. Кроме того, трансформатор используется при поджиге газоразрядных ламп и при поиске течей в вакуумных системах. Однако в наше время основным применением аппарата следует считать познавательно-эстетическое.

Эффекты

Они связаны с формированием разного рода газовых разрядов в процессе функционирования устройства. Многие люди коллекционируют трансформаторы Тесла, чтобы иметь возможность наблюдать за захватывающими эффектами. Всего аппарат производит разряды четырех видов. Зачастую можно наблюдать, как разряды не только отходят от катушки, но и направлены от заземленных предметов в ее сторону. На них также могут возникать коронные свечения. Примечательно, что некоторые химические соединения (ионные) при нанесении на терминал могут изменить цвет разряда. К примеру, натриевые ионы делают спарк оранжевым, а борные - зеленым.

Стримеры

Это тускло светящиеся разветвленные тонкие каналы. Они содержат ионизированные газовые атомы и свободные электроны, отщепленные от них. Эти разряды протекают от терминала катушки или от самых острых частей непосредственно в воздух. По своей сути стример можно считать видимой ионизацией воздуха (свечением ионов), которая создается ВВ-полем у трансформатора.

Дуговой разряд

Он образуется достаточно часто. К примеру, если у трансформатора достаточная мощность, при поднесении к терминалу заземленного предмета может образоваться дуга. В некоторых случаях требуется прикосновение предмета к выходу, а затем отведение на все большее расстояние и растягивание дуги. При недостаточной надежности и мощности катушки такой разряд может повредить компоненты.

Спарк

Этот искровой заряд отходит с острых частей или с терминала напрямую в землю (заземленный предмет). Спарк представлен в виде быстро сменяющихся или исчезающих ярких нитевидных полосок, разветвленных сильно и часто. Существует также особый тип искрового разряда. Он называется скользящим.

Коронный разряд

Это свечение ионов, содержащихся в воздухе. Оно происходит в высоконапряженном электрическом поле. В результате создается голубоватое, приятное для глаза свечение около ВВ-компонентов конструкции со значительной кривизной поверхности.

Особенности

В процессе функционирования трансформатора можно услышать характерный электрический треск. Это явление обусловлено процессом, в ходе которого стримеры превращаются в искровые каналы. Он сопровождается резким увеличением количества энергии и Происходит быстрое расширение каждого канала и скачкообразное повышение давления в них. В итоге на границах образуются ударные волны. Их совокупность от расширяющихся каналов формирует звук, который воспринимается как треск.

Воздействие на человека

Как и другой источник такого высокого напряжения, катушка Тесла может быть смертельно опасной. Но существует иное мнение, касающееся некоторых типов аппарата. Поскольку у высокочастотного высокого напряжения есть скин-эффект, а ток существенно отстает от напряжения по фазе и сила тока очень мала, несмотря на потенциал, разряд в человеческое тело не может спровоцировать ни остановку сердца, ни прочие серьезные нарушения в организме.

В начале ХХ века электротехника развивалась бешеными темпами. Промышленность и быт получили такое количество электрических технических инноваций, что этого им хватило для дальнейшего развития еще на двести лет вперед. И если постараться выяснить, кому мы обязаны таким революционным рывком в области приручения электрической энергии, то учебники физики назовут десяток имен, безусловно, повлиявших на ход эволюции. Но ни один из учебников не может толком объяснить, почему до сих пор умалчиваются достижения Николы Теслы и кем был на самом деле этот загадочный человек.

Кто вы, мистер Тесла?

Тесла - это новая цивилизация. Ученый был невыгоден правящей элите, невыгоден и сейчас. Он настолько опередил свое время, что до сих пор его изобретения и эксперименты не всегда находят объяснение с точки зрения современнейшей науки. Он заставлял светиться ночное небо над всем Нью-Йорком, над Атлантическим океаном и над Антарктидой, он превращал ночь в белый день, в это время волосы и кончики пальцев у прохожих светились необычным плазменным светом, из-под копыт лошадей высекались метровые искры.

Теслу боялись, он мог запросто поставить крест на монополии по продаже энергии, а если бы захотел, то мог бы сдвинуть с трона всех Рокфеллеров и Ротшильдов вместе взятых. Но он упрямо продолжал эксперименты, до тех пор, пока не погиб при таинственных обстоятельствах, а его архивы были выкрадены и местонахождение их до сих пор неизвестно.

Принцип действия аппарата

О гении Николы Тесла современные ученые могут судить только по десятку изобретений, не попавших под масонскую инквизицию. Если вдуматься в суть его экспериментов, то можно только представить, какой массой энергии мог запросто управлять этот человек. Все современные электростанции вместе взятые не способны выдать такой электрический потенциал, которым владел один единственный ученый, имея в распоряжении самые примитивные устройства, одно из которых мы соберем сегодня.

Трансформатор Тесла своими руками простейшая схема и ошеломляющий эффект от его применения, только даст понятие о том, какими методиками манипулировал ученый и, если честно, в очередной раз поставит в тупик современную науку. С точки зрения электротехники в нашем примитивном понимании, трансформатор Теслы - это первичная и вторичная обмотка, простейшая схема, которая обеспечивает питание первички на резонансной частоте вторичной обмотки, но выходное напряжение возрастает в сотни раз. В это сложно поверить, но каждый может убедиться в этом сам.

Аппарат для получения токов высокой частоты и высокого потенциала был запатентован Теслой в 1896 году. Устройство выглядит невероятно просто и состоит из:

• первичной катушки, выполненной из провода сечением не менее 6 мм², около 5-7 витков;
• вторичной катушки, намотанной на диэлектрик, это провод диаметром до 0,3 мм, 700-1000 витков;
• разрядника;
• конденсатора;
• излучателя искрового свечения.

Главное отличие трансформатора Теслы от всех остальных приборов - в нем не применяются ферросплавы в качестве сердечника, а мощность прибора, независимо от мощности источника питания, ограничена только электрической прочностью воздуха. Суть и принцип действия прибора в создании колебательного контура, который может реализовываться несколькими методами:

Мы же соберем прибор для получения энергии эфира самым простым способом - на полупроводниковых транзисторах. Для этого нам будет необходимо запастись простейшим комплектом материалов и инструментов:

Схемы трансформатора Тесла

Устройство собирается по одной из прилагаемых схем, номиналы могут меняться, поскольку от них зависит эффективность работы устройства. Сперва наматывается около тысячи витков эмалированного тонкого провода на пластиковый сердечник, получаем вторичную обмотку. Витки лакируются или покрываются скотчем. Количество витков первичной обмотки подбирается опытным путем, но в среднем, это 5-7 витков. Далее устройство подключается согласно схеме.

Для получения эффектных разрядов достаточно поэкспериментировать с формой терминала, излучателя искрового свечения, а о том, что устройство при включении уже работает, можно судить по светящимся неоновым лампам, находящихся в радиусе полуметра от прибора, по самостоятельно включающихся радиолампах и, конечно, по плазменным вспышкам и молниям на конце излучателя.

Игрушка? Ничего подобного. По этому принципу Тесла собирался построить глобальную систему беспроводной передачи энергии, использующую энергию эфира. Для реализации такой схемы необходимо два мощных трансформатора, установленных в разных концах Земли, работающих с одинаковой резонансной частотой.

В этом случае полностью отпадает необходимость в медных проводах, электростанциях, счетах об оплате услуг монопольных поставщиков электроэнергии, поскольку любой человек в любой точке планеты мог бы пользоваться электричеством совершенно беспрепятственно и бесплатно. Естественно, что такая система не окупится никогда, поскольку платить за электричество не нужно. А раз так, то и инвесторы не спешат становиться в очередь на реализацию патента Николы Теслы № 645 576.

При искре от разряда конденсатора, между местом ее появления и местом куда искра “ударяет” появляется очень высокое напряжение это результат образования кластеров, соединения в цепочки ионов водяного пара, в процессе принимают участи и электроны. Если в цепи с конденсатором находится последовательно или параллельно подсоединенная катушка индуктивности, тогда получается электрическая цепь, колебательный контур, в котором можно наблюдать колебательный процесс. В прежней статье я сделал простой расчет, и показал, что процесс разряда и заряда конденсатора не может быть убедительно объяснен движением электронов по проводу. Слишком велика тогда должна быть эта скорость, поскольку скорость движения электронов в проводе с напряжением никто не знает, разве что очень приближенно, приводимые в литературе сведения отличаются на порядок.

Интересны порой сведения, приводимые в старых книгах по электричеству, к примеру, в книге Эйхенвальда "Электричество”. В индукторе Румкорфа как обязательный элемент - применялся конденсатор, по утверждению автора книги – этот конденсатор используется для уменьшения искр в прерывателе, однако можно отметить, что исполнение устройства имеет общее с идеями Теслы, и конденсатор в момент образования размыкания и искры получается включенным последовательно с цепью первичной катушки. Ниже - рисунок из книги Эйхенвальда.

Попытаюсь кратко объяснить – почему возникновение высокой разности потенциалов при образовании искры можно использовать для извлечения энергии окружающей среды (из эфирной среды.). Если электроны и ионы соединяются своими разноименными магнитными полюсами в цепочки, в результате разворота в эфирной среде, кроме сил инерции могут испытывать некоторое сопротивление этой среды, что может привести в процессу излучения фотонов электронами и потерей электронами массы. Эту потерянную массу элементарный частицы должна восстановить, иначе частица буде находиться в нестабильном состоянии, а если процесс излучения и потери массы будет многократным, то частица может и вовсе исчезнуть. Вполне понятно, что вблизи частицы нет другого источника для получения недостающей энергии, кроме как из окружающей ее субстанции -эфира. Так работает осциллятор Тесла, как насос, отбирающий энергию из эфирной среды (в виде высокого потенциала, подаваемого далее в нагрузку). Сам процесс, судя по интервью Теслы своему адвокату позволял получать энергии в пять раз больше заявленной (затраченной для работы осциллятора). По словам Теслы и ученых того времени – это его изобретение – самое значимое из всех изобретением.

Таким образом, не выбрасывая сам процесс образования искры , можно получать энергию из окружающей среды, и такие попытки и успешные опыты были описаны Чернетским, физиком Мельниченко (конденсатор, последовательно соединенный и коллекторным двигателем), осуществлены архитектором Кананадзе. Дональдом Смитом, Эдвином Греем, конечно же –Теслой, и вероятно его учеником, родоначальником полупроводниковой электроники Генри Морем. Если мы выбросим искрообразование, так сразу же по словам Теслы - другое исполнение его прибора для преобразования разряда конденсатора - не будут иметь ничего общего с его идеей и реализацией. Получается, что при наличии высокого потенциала. При превышении предельного, минимального сопротивления цепь может замкнуться путем образовании кластеров, цепочек из ионов и электронов, что в свою очередь создаст еще более высокое напряжение на какое то время, и повторяя этот процесс многократно можно таким образом извлекать энергию из окружающей среды. Иногда говорят об отрицательное ветке в характеристике того или иного процесса, когда при увеличении нагрузки вместо ожидаемого общего потребления мощности, наоборот появляется ее снижение. Находится и немало фальсификаторов, пытающихся сознательно и не преднамеренно принизить, обесценить вклад, результаты, полученные Чернетским, Теслой и другими. К примеру делают макет “по типу” Чернетского, напрочь выбросив из него процесс образования дуги, или исследуют униполярное динамо Теслы, но на самом деле выбросив из него виток самовозбуждения показанные в патенте.

Конечно, одного процесса прерывания разряда недостаточно для извлечения энергии, да и разряды бывают разные. В электрической зажигалке для поджигания природного газа от 1.5 вольт и одного транзистора получают киловольты и искру. Но этот процесс не будет эквивалентен, разряду конденсатора в индуктивность. Для достижения успеха, бывает нужно частоту прерываний цепи согласовать, настроить с собственной резонансной частотой колебательного контура, а она может измениться, если в цепь включить изменяющуюся нагрузку. В книге Эйхенвальда приводится описание поющей дуги Дудделя.

Поэтому изобретатели находят решение в использовании нескольких катушек, используют явление связи между катушками.

Тесла использовал для прерывания разные конструкции, что отражено в его патентах. Использовалось прерывание дуги при помощи горячего воздуха, ее выталкивание и прерывание под воздействием магнита, и прерывание зубчатым колесом в резервуаре с маслом пат 514 168 (такое Тесла называл турбиной, хотя есть еще другой патент). Высокоэффективное использование прерывание дуги, разряда конденсатора через искровой промежуток, все это прослеживается в многих патентах Теслы. (пат 462418 Осциллятор Тесла, пат 454622 - Система электрического освещения. По сути, в современных “plazma ball” испоьзуется тот же заложенный Тесла принцип. На сохранившихся фото видно как Марк Твен держит в лаборатории Тесла светящуюся лампу, к которой идет только один провод. Имеется также фото, где Тесла держит в своей руке от. Тесла держит в светящуюся лампу в руке, и к которой не подсоединены провода, в этом случае свечение лампы производится за счет токов утечки от центрального электрода к периферии стеклянного корпуса лампы. Рука человека усиливает это процесс.

Далее - патент 447920 - Метод управления дуговыми лампами, пат 514 168 - Метод генерирования электрических токов, пат B 462418 и другие, к примеру - патент 577 671, где дается разъяснения как делать конденсаторы и катушки/).

Ниже фрагмент патента 514 168 .

Известный изобретатель Яблочков также работал в этом направлении, получил ряд патентов и сделал ряд высокоэффективных устройств для освещения.

Большинство сегодняшних изобретателей и последователей Теслы не верно понимают принцип самого Трансформатора Тесла.

Не может на обычных принципах индуктивной связи получаться столь высоким коэффициент трансформации в сотни раз отличающимся от соотношения количества витков первичной и вторичной обмоток.

Многие не учитывают, не говорят об интенсивном излучении фотонов трансформером Теслы, таково его верно название.

Вполне понятно, что именно излучение фотонов, попадающих на каждый виток вторичной обмотки трансформера Теслы и, вызывающее изменение ориентации электронов в каждом витке, и является основной причиной появления столь высокой разности потенциалов.

Многое после смерти Теслы искажено. К примеру, под турбиной Тесла подразумевал не устройство с вращающимся диском и патент с таим же названием. Это его трансформер, помешенный в масло

и выделяющий при работе газ, подаваемый далее на лопатки турбины. Пора для понимания нового переосмыслит выученное старое. Выбросить оттуда ложное. Новая теория великого Российского ученого, результаты, подтвержденные на практике давно уже не мешают изучить истинное положение в физике, понять, что нет вращения электрона по орбитам и орбиталям, в чем ошибки Бора, Максвелла. Герца, Фарадея и многое другое.!!

Mail: [email protected] (C марта 2010 ящик до 10 мб)

Новомодный феномен резонансного трансформатора Николы Тесла возник недавно, а Интернет забит фотографиями и интригующими видеосъемками молний и коронарных разрядов.

Вспомним, что трансформатор первоначально был предназначен не для показательных выступлений, а для передачи радиосигналов на далекие расстояния. В связи с этим предлагаю ознакомиться с его принципом работы и найти ему практическое применение.

Трансформатор Тесла состоит из двух основных цепей, первичной и вторичной, см. рис. 1а.

1. Первичная цепь, как генерирующая колебания определенной частоты, состоит из высоковольтного источника питания, накопительного конденсатора С1, разрядника и катушки связи L1. Когда искровой промежуток находится в проводящем состоянии, LC–элементы связаны последовательно, формируя цепь определенной частоты.

2. Вторичной цепью является последовательный колебательный контур, который состоит из резонансной катушки индуктивности L2, открытой емкостью С, образованной заземлением и сферой, см. рис. 1а.

Частоты колебаний обоих цепей определены их структурными параметрами и должны совпадать. Выходное напряжение трансформатора Тесла исчисляется десятками тысяч вольт благодаря повышенному количеству витков во вторичной цепи. Вторичная цепь резонансного трансформатора Тесла, это открытый колебательный контур, который был открыт ранее Дж. К. Максвеллом.

Обратимся к классической теории принципа действия открытого колебательного контура

Как известно колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Исследуем простейший колебательный контур, катушка которого состоит из одного витка, а конденсатор представляет собой две рядом расположенные металлические пластины. Подадим в разрыв индуктивности контура 1 переменное напряжение от генератора, см. рис.2а. В витке потечет переменный ток и создаст вокруг проводника магнитное поле. Это сможет подтвердить магнитный индикатор в виде витка, нагруженного лампочкой. Для того, что бы получить открытый колебательный контур, раздвинем пластины конденсатора. Мы наблюдаем, что лампа индикатора магнитного поля продолжает гореть. Чтобы лучше понять, что происходит в данном опыте, смотри рис. 2а. По витку контура 1 течёт ток проводимости, который вокруг себя создает магнитное поле Н, а между пластинами конденсатора — равный ему так называемый ток смещения. Несмотря на то, что между пластинами конденсатора нет тока проводимости, опыт показывает, что ток смещения создаёт такое же магнитное поле, как и ток проводимости. Первым, кто об этом догадался, был великий английский физик Дж. К. Максвелл.

В 60-х годах 18-го столетия, формулируя систему уравнений для описания электромагнитных явлений, Дж. К. Максвелл столкнулся с тем, что уравнение для магнитного поля постоянного тока и уравнение сохранения электрических зарядов переменных полей (уравнение непрерывности) несовместимы. Чтобы устранить противоречие, Максвелл, не имея на то никаких экспериментальных данных, постулировал, что магнитное поле порождается не только движением зарядов, но и изменением электрического поля, подобно тому, как электрическое поле порождается не только зарядами, но и изменением магнитного поля. Величину, где электрическая индукция, которую он добавил к плотности тока проводимости, Максвелл назвал током смещения. У электромагнитной индукции появился магнитоэлектрический аналог, а уравнения поля обрели замечательную симметрию. Так, умозрительно был открыт один из фундаментальнейших законов природы, следствием которого является существование электромагнитных волн.

Раз так, убедимся еще раз, что происходит, когда закрытый колебательный контур превращается в открытый и как можно обнаружить электрическое Е-поле? Для этого рядом с колебательным контуром поместим индикатор электрического поля, это вибратор, в разрыв которого включена лампа накаливания, она пока не горит. Постепенно раскрываем контур, и мы наблюдаем, что лампа индикатора электрического поля загорается, рис. 2б. Электрическое поле теперь не сосредоточено между пластинами конденсатора, его силовые линии идут от одной пластины к другой через открытое пространство. Таким образом, мы имеем экспериментальное подтверждение утверждения Дж. К. Максвелла, что емкостной излучатель порождает электромагнитную волну. Никола Тесла обратил на этот факт внимание, что при помощи совсем не больших излучателей можно создать достаточно эффективный прибор для излучения электромагнитной волны. Так родился резонансный трансформатор Н. Тесла. Проверим и этот факт, для чего вновь рассмотрим назначение деталей трансформатора.

И так, геометрические размеры сферы и технические данные катушки индуктивности определяют частоту последовательного резонанса, которая должна совпадать с частотой генерации разрядника.

Только режим последовательного резонанса позволяет трансформатору Тесла достигать таких величин напряжений, что на поверхности сферы появляется коронарный разряд и даже молнии.

Рассмотрим работу трансформатора Тесла, как последовательного колебательного контура:

Этот контур необходимо рассматривать как обычный LC–элемент, рис. 1а.б, а так же рис. 2а, где включены последовательно индуктивность L, открытый конденсатор С и сопротивление среды Rср. Угол сдвига фаз в последовательном колебательном контуре между напряжением и током равен нулю (?=0), если ХL = -Хс, т.е. изменения тока и напряжения в нем происходят синфазно. Это явление называется резонансом напряжений (последовательным резонансом). Следует отметить, что при понижении частоты от резонанса, ток в контуре уменьшается, а резонанс тока несет емкостной характер. При дальнейшей расстройке контура и понижении тока на 0,707, его фаза смещается на 45 градусов. При расстройке контура вверх по частоте, он приобретает индуктивный характер. Это явление часто используют в фазоинверторах.

Рассмотрим схему последовательного колебательного контура изображенную на рис. 3, где добротности контура Q может находиться в пределах 20-50 и много выше.

Здесь полоса пропускания определяется добротностью контура:

Тогда напряжение на пластинах излучателя будет выглядеть согласно следующей формуле:

U2 = Q * U1

Напряжение U2 согласно расчетам составляет 2600В, что подтверждается практической работой трансформатора Тесла. В таблице 1 расчетные данные приведены для частоты 7.0 МГц не случайно, это дает возможность любому желающему коротковолновику провести радиолюбительский эксперимент в эфире. Здесь входное напряжение U1 условно взято за 100 Вольт, а добротность за 26.

Таблица 1

Данное утверждение приемлемо в тех случаях, когда отсутствует изменение частоты или сопротивления нагрузки данного контура. В трансформаторе Н. Тесла оба фактора постоянны по определению.

Полоса пропускания трансформатора Тесла зависит от нагрузки, т.е., чем выше связь открытого конденсатора С (сфера-земля) со средой, тем больше нагружен контур, тем шире его полоса пропускания. Это связано с увеличением тока смещения. Тоже происходит с колебательным контуром, нагруженным активной нагрузкой. Таким образом, размеры сферы трансформатора определяет его емкость С и соответственно диктует не только ширину полосы пропускания, но и сопротивление излучения, которое в идеале должно равняться сопротивлению среды. Здесь нужно понимать, что чрезмерное увеличение полосы пропускания за счет увеличения объема излучателей приведет к снижению добротности и соответственно приведет к уменьшению эффективности резонансного трансформатора в целом.

Рассмотрим емкостной элемент трансформатора Тесла, как двухполюсный элемент связи со средой:

Вполне справедливо называть емкостной трансформатор Тесла, диполем Тесла, ведь «диполь» означает di(s) дважды + polos полюс, что исключительно применимо к двухполюсным конструкциям, каковым и является резонансный трансформатор Николы Тесла с емкостной двухполюсной нагрузкой (сфера+земля).

В рассматриваемом диполе, емкость излучателя является единственным элементом связи со средой. Излучатель антенны, это два электрода внедренные в среду, см. Рис. 4. и при появлении на них потенциала напряжения, оно автоматически прикладывается к среде, вызывая в ней некий потенциал –Q и +Q. Если это напряжение переменно, то и потенциалы меняют свой знак на противоположный с той же частотой, а в среде появляется ток смещения. Так как прикладываемые напряжение и ток синфазны по определению последовательного колебательного контура, то и электромагнитное поле в среде претерпевает те же изменения.

Вспомним, что в диполе Герца, где напряжение сначала прикладывается к длинному проводнику, то для волны в ближней зоне характерно, что Е=1, а Н?1. Это связано с тем, что в этом проводнике существуют реактивные LC элементы, которые вызывают задержку фазы поля Н, т.к. полотно антенны соизмеримо с?.

В диполе Тесла, где ХL = −Хс (реактивной составляющей нет), излучающий элемент длиной до 0,05 ? не резонансен и представляет лишь емкостную нагрузку. При толстом и коротком излучателе, его индуктивность практически отсутствует, она компенсируется сосредоточенной индуктивностью. Здесь напряжение прикладывается сразу к среде, где одновременно возникают поле Е и поле Н. Для волны диполя Тесла характерно, что Е=Н=1, т.е. волна в среде сформирована изначально. Здесь мы отождествляем напряжение в контуре с электрической составляющей поля Е (единица измерения В/м), а ток смещения с магнитной составляющей поля Н (единица измерения А/м), только диполь Тесла излучает синфазное поле Е и поле Н.

Попробуем еще раз рассмотреть данное утверждение немного в другой плоскости:

Допустим, мы имеем напряжение, приложенное к пластинам (реактивной составляющей нет, она скомпенсирована), которые нагружены на активное сопротивление среды Rср, как на участок электрической цепи (Рис. 4).

Вопрос: Имеется ли ток в среде (в цепи) именно в этот момент времени?

Ответ: Да, чем больше приложено напряжение к активному сопротивлению среды, тем больше ток смещения в этот же период времени, и это не противоречит закону Дж. К. Максвелла и если хотите закону Ома для участка цепи. По этому синфазное изменение величины напряжения и тока в последовательном контуре в режиме последовательного резонанса, вполне справедливо порождают синфазность полей Е и Н в среде, см. Рис. 4б.

Подводя итог, мы можем сказать, что емкостной излучатель создает вокруг себя мощное и концентрированное электромагнитное излучение. Диполь Тесла обладает особенностью накопления энергии, что характерно только последовательному LC-контуру, где суммарное выходное напряжение значительно превосходит входное, что наглядно видно по результатам таблицы. Данное свойство давно практикуют в промышленных радиоустройствах для повышения напряжения в устройствах с большим входным сопротивлением.

Таким образом, мы можем сделать следующий вывод:

Диполь Тесла — это высокодобротный последовательный колебательный контур, где сфера является открытым элементом, осуществляющим связь со средой. Индуктивность L является лишь закрытым элементом и резонансным трансформатором напряжения, не участвующим в излучении.

Внимательно изучив цели построения резонансного трансформатора Николы Тесла, невольно приходишь к выводу, что он был предназначен для передачи энергии на расстояние, но эксперимент был прерван, а потомкам остается догадываться о истинной цели этого чуда конца 19 и начала 20 века. Не случайно Никола Тесла в своих записях оставил следующее изречение: «Пусть будущее рассудит и оценит каждого по его трудам и достижениям. Настоящее принадлежит им, будущее, ради которого я работаю, принадлежит мне».

Краткая справка: Электромагнитная волна была открыта Максвеллом в 60-х годах 18 века при помощи емкостного излучателя. На рубеже 20-го века Н. Тесла доказал возможность передачи энергии на расстоянии при помощи емкостных излучателей резонансного трансформатора.

Г. Герц, продолжая опыты с электромагнитным полем и опираясь на теорию Максвелла в 1888 году доказал, что электромагнитное поле излучаемое емкостным излучателем равно полю излучаемое электрическим вибратором.

В настоящее время диполь Герца и магнитная рамка К. Брауна, открытая в 1916 году, широко используются на практике, а емкостной излучатель незаслуженно забыт. Уважая заслуги Максвелла и Тесла, автор данной статьи в память о них провел лабораторные эксперименты с емкостной антенной и принял решение обнародовать их. Эксперименты были проведены на частоте 7 МГц в домашних условиях и показали не плохие результаты.

ИТАК! Многочисленные эксперименты показали, что резонансные элементы любого контура можно изменять в разных пределах, и как с ними поступишь, так они и поведут себя. Интересно то, что если уменьшать излучающую емкость открытого контура, то для получения резонанса приходится увеличивать индуктивность. При этом на краях излучателя и других неровностях появляются стримеры (от англ. Streamer). Streamer — это тускло видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая полем диполя. Это и есть резонансный трансформатор Тесла, каким мы его привыкли видеть на просторах Интернета.

Можно увеличить емкость и в режиме резонанса напряжений добиться максимальной отдачи сбалансированного электромагнитного поля и использовать изобретение Тесла, как диполь для передачи энергии на расстояния, т.е. как емкостную антенну. И все же, Тесла был прав, когда отказался от металлического сердечника внутри повышающей катушки, ведь он вносил потери в том месте, где зарождалась электромагнитная волна. Тем не менее, результаты экспериментов привели к единственно правильному условию, когда LC-параметры стали соответствовать табличным данным (табл. 1).

Проверка принципа действия диполя Тесла на практике

Для проведения экспериментов с трансформатором Тесла над конструкцией не пришлось долго думать, здесь помог радиолюбительский опыт. В качестве излучателей вместо сферы и земли были взяты две гофрированные алюминиевые (вентиляционные) трубы диаметром 120 мм и длиной по 250 мм. Удобство применения заключалось в том, что их можно растягивать или сжимать как витки катушки, тем самым, меняя емкость контура в целом и соответственно соотношение L/С. «Трубы–емкости» располагались горизонтально на бамбуковой палке с расстоянием 100 мм. Катушка индуктивности L2 (30 мкГн) проводом 2 мм, была вынесена ниже оси цилиндров на 50 см. с тем, чтобы не создавать вихревых токов в сфере излучателей. Еще лучше будет, если катушку вынести за один из излучателей, располагая ее на одной оси с ними, где эл. магнитное поле минимально и имеет форму «пустой воронки». Образованный, этими элементами колебательный контур был настроен в режиме последовательного резонанса, где было соблюдено основное правило, где ХL = -Хс. Катушка связи L1 (1 виток, 2 мм), обеспечивала связь с трансивером мощностью 40 Вт. При ее помощи было настроено согласование импровизированного диполя Тесла с фидером 50 Ом, что обеспечило режим бегущей волны и полную отдачу мощности без отражения обратно в генератор. Данный режим в трансформаторе Тесла обеспечивает разрядник. Фидер длиной 5 метров для чистоты эксперимента был обеспечен с обоих сторон ферритовыми фильтрами.

Для сравнения испытывалось три антенны:

• диполь Тесла (L= 0.7м, КСВ=1,1),
• разрезной укороченный диполь Герца (L = 2×0,7м, удлинительная катушка, фидер 5 метров защищенный ферритовыми фильтрами КСВ=1,0),
• горизонтальный полуволновой диполь Герца (L = 19,3м, фидер защищен ферритовыми фильтрами КСВ=1,05).

На расстоянии 3 км. в черте города был включен передатчик с постоянной несущей сигнала.

Диполь Тесла (7 МГц) и укороченный диполь с удлиняющей катушкой, по очереди размещались возле кирпичного здания на расстоянии всего 2 метра, и на момент эксперимента находились в равных условиях на высоте (10-11 м).

В режиме приема диполь Тесла превосходил укороченный диполь Герца на 2-3 балла (12-20 дБ) по шкале S-метра трансивера и более.

Затем вывешивался заранее настроенный полуволновый диполь Герца. Высота подвеса 10-11 м. на расстоянии от стен в 15-20 м.

По усилению диполь Тесла уступал полуволновому диполю Герца примерно на 1 балл (6-8 дБ). Диаграммы направленности всех антенн совпадали. Стоит отметить, что полуволновый диполь был размещен не в идеальных условиях, а практика построения диполя Тесла требует новых навыков. Все антенны находились внутри двора (четыре здания) как в экранированном котле.

Общие выводы

Рассматриваемый диполь Тесла на практике работает почти как полноценный полуволновый диполь Герца, что подтверждает равенство электромагнитных полей от электрического и емкостного диполя. Он подчиняется принципам двойственности, что не идет в разрез с теорией антенн. Несмотря на свои малые размеры (0,015-0,025 ?), диполь Тесла осуществляет связь с пространством с помощью емкостных излучателей. Он создают в пространстве вокруг излучателя синфазное поле Е и поле Н, из чего следует, что поле диполя Тесла в пределах излучателей уже сформировано и имеет «мини-сферу», что приводит к ряду новых выводов о свойствах этого диполя. Таким образом, диполь Тесла имеет все основания для практических экспериментов в радиолюбительской службе в диапазонах коротких, средних и особенно длинных волн. Думаю, что любителям длинноволновой связи (137 кГц) стоит обратить на этот эксперимент особое внимание, где КПД рассматриваемого диполя в десятки раз выше экспериментальных антенн на основе укороченного диполя Герца или резонансных рамок.

Вспомним, где на практике применяется диполь Тесла? К сожалению, для гражданского контингента до некоторого времени он был закрыт. Молчание нарушил американский радиолюбитель Т. Хард, который в среде радиолюбителей представил миру радиолюбителей небезызвестную ЕН–антенну.

Справка

Такой тип антенн (см. Рис. 5) с середины 40-х годов с успехом практиковался в войсковой мобильной КВ радиосвязи многих стран, в том числе и СССР. Рабочий диапазон частот — 1,5-12 МГц. Непосредственным участником разработки этой антенны в армии США был Т. Хард. Он дал новую жизнь изобретению Н. Тесла, которую в среде DX-менов категорично отвергают. Их понять можно, ведь этот диполь нетрадиционен и похож на недоработанную модель автомобиля, а DX-менам нужно участвовать в «гонках» без риска. Не стоит скрывать, что есть и другие причины, — Т. Хард представил принцип действия ЕН-антенны в рамках нетрадиционной теории. Вместе с тем, большинству радиолюбителей-экспериментаторов данный тип антенн очень интересен, и его относят к числу экспериментальных и даже мобильных антенн. Что касается схожести запатентованных конструкций Н. Тесла и Т. Харда, то это вызывает лишь улыбку. Что ж, диполь Герца тоже имел своих последователей, это длинный ряд вибраторных антенн, таких как диполь Надененко, антенна Бевереджа, Уда-Яги и пр. Таким образом, каждый из нас вправе внести свою лепту в развитие емкостных антенн и оставить потомкам свое имя в антенной технике.

Современная ЕН-антенна Т. Харда и ее схожесть с диполем Тесла

Так что же представляет из себя ЕН-антенна Т. Харда? Это по сути та же антенна емкостного типа, один в один схожая с диполем Тесла, см. рис. 5а и 5б., разница заключается лишь в месте размещения катушки L2, и это справедливая заслуга Теда, ведь в точке создания электромагнитного поля среда должна быть свободна от вихревых полей создаваемых катушкой индуктивности.

Здесь вместо земли и сферы используется два цилиндра, которые и создают открытую емкость излучающего конденсатора.

Проводя равенство между диполем Тесла и ЕН-антенной Т. Харда, можно придти к следующему определению: ЕН-антенна — это высокодобротный последовательный колебательный контур, где емкость С является открытым элементом, который осуществляет связь со средой. Индуктивность L является закрытым резонансным элементом, он работает как компенсатор малой реактивной составляющей емкостного излучателя.

С этими антеннами можно ближе познакомиться на: http://ehant.narod.ru/book.htm .

Итак, мы пришли к выводу, что диполь Н. Тесла и ЕН-антенна Т. Харда — это совершенно одинаковые антенны, их отличают лишь конструктивные различия. Из теории последовательного колебательного контура мы видим, что в данной антенне должно соблюдаться условие последовательного резонанса. К сожалению, на практике трудно выполнить условия точного фазирования, хотя и возможно. Т. Хард об этом умолчал, но предусмотрел это и предложил несколько вариантов для фазировки антенны так называемой «входной катушкой». По сути это реактивный L–элемент, хотя в некоторых конструкциях используют и фазирующие LC–элементы на основе трансформатора Бушеро-Шери.

Краткое рассмотрение энергетики в пользу диполя Тесла

По утверждению приверженцев ЕН-антенн, синфазность излучения полей Е и Н имеет место и играет немалую роль в помехозащищенности.

Это справедливо, т.к. вектора Е и Н в силу своей синфазности складываются, а отношение сигнал к шуму возрастает в 1,4 раза или на 3 Дб уже в ближней зоне антенны, что не так уж и маловажно.

Если в некоторый момент времени зарядить конденсатор C до напряжения V 0 , то энергия, сосредоточенная в электрическом поле конденсатора, равна:

где:
С — ёмкость конденсатора.
Vo — максимальное значение напряжения.

Из приведенной формулы ясно, что напряжение среды Ес в данной антенне прямо пропорционально емкости открытого конденсатора умноженное на квадрат приложенного напряжения... И это напряжение вокруг излучателя антенны может составлять десятки и сотни киловольт, что немаловажно для рассматриваемого излучателя.

Рассматриваемый тип антенны является высокодобротным колебательным контуром, а добротность колебательных контуров значительно больше единицы, то напряжение, как на катушке индуктивности, так и на обкладках конденсатора превышают напряжение приложенное к цепи в Q раз. Не случайно явление резонанса напряжений используется в технике для усиления колебания напряжения, какой либо частоты.

Из теории антенн мы знаем, что для создания необходимого поля, нужны объем и добротность. Уменьшив размеры диполя Герца (Рис. 6а) до размеров рассматриваемых излучателей антенны, к примеру, в 10 раз, во столько же раз уменьшилось расстояние между обкладками конденсатора СС, и соответственно действующая высота h д. Объем ближнего поля Vo уменьшился в 1000 раз (рис. 6б).

Теперь придется включить «компенсирующую» катушку L с добротностью значительно более 1000 и настроить антенну в резонанс. Тогда из-за большой добротности напряжение на цилиндрах СС возрастет в 100 раз, а собственное поле Vo антенны между цилиндрами — в Q, т. е. в 1000 раз!

Таким образом мы имеем теоретическую вероятность того, что поле диполя Тесла равно полю диполя Герца. Что соответствует утверждению самого Г. Герца.

Тем не менее, все выглядит хорошо только в теории. Дело в том, что на практике высокой добротности катушки Q?1000 можно добиться только специальными мерами, да и то только в режиме приема. Следует также обратить особое внимание на повышенную концентрацию электромагнитной энергии в диполе Тесла (ЕН–антенне), которая расходуется на нагрев ближнего пространства и вызывает соответствующее падение КПД антенны в целом. Именно по этим причинам одиночный диполь Тесла при равных условиях подвеса имеет меньшее усиление, чем диполь Герца, хотя имеются и другие утверждения. Если диполь изготовить с немецкой педантичностью и американской уверенностью, может так оно и получится.

В связи с вышесказанным хочется отметить, что антенна Т. Харда — это не вымысел, это достаточно высоко отработанная модель, но которую еще можно и нужно усовершенствовать. Здесь, как говорится, «КОНЬ НЕ ВАЛЯЛСЯ». Пусть Тед не смог донести до нас истинной теории работы его индивидуальной разработки. В конце концов, это всего лишь Т. Хард с усовершенствованной конструкцией диполя Н. Тесла. Да это и не важно! Важно то, что есть возможности идти дальше по этому пути. Пусть следующая разработка антенны будет от Иванова, Сидорова или Петрова!

В тексте были использованы материалы экспериментов. К. Максвелла, работы Н. Тесла, интересные статьи профессора В. Т. Полякова, издания таких известных авторов, как Г. З. Айзенберг, К. Ротхаммель, З. Беньковский, Э. Липинский, материалы Интернет и разработки Т. Харда.

73! UA9LBG & Радио-Вектор-Тюмень
E-mail: [email protected] & [email protected]

", или попросу осциллятор колебаний Теслы.
Суть устройства - создать колебания, происходящие с настраиваемой частотой, которую можно настраивать на собственную частоту обьекта, например, конструкции здания.

Колебательный резонатор Теслы

Легенда о резонаторе Тесла

Суть легенды сводится к тому, что во врмя своих экспериментов в Нью-Йоркской лаборатории, Тела вызывал резонанс в металической балке. Небольшая балка быстро теряла энергию, и Тесла решил прикрепить прибор на балку здания собственной лаборатории. Первоначально никакой реакции не происходило, но вскоре колебания вошли в резонанс с собственной частотой здания. Колебания стали нарастать так быстро, что здание начало разрушаться. Тесле не оставалось ничего, кроме как разрушить осцилятор.

Отметим, что в 1908 году в Нью-Йорке действительно было зафиксировано землетрясение, но природа его считается естественной.

Предыстория

Исследования Теслы относительно резонанса начались еще во время работы на Эдисона. Никола Тесла исследовал как акустический, электрический, магнитный, так и механический резонанс. Первый электромагнитный резонатор был представлен Теслой на Всемирной выставке 1893 года под названием "Яйцо Колумбуса". Более того, Тесла дал лекцию о электромеханическом резонаторе, и даже представил чертежи своего устройства, которые вы найдете ниже.