Tesla History Coil, comment ça marche, à quoi sert

La Bobine de Tesla C'est un assurge qui fonctionne comme un générateur haute tension et haute fréquence. Il a été inventé par la physicienne Nikola Tesla (1856 - 1943), qui l'a breveté en 1891.

L'induction magnétique a fait réfléchir Tesla à la possibilité de transmettre l'électricité sans intervention de conducteur. Par conséquent, l'idée du scientifique et de l'inventeur était de créer un appareil qui a servi à transposer l'électricité sans utiliser de câbles. Cependant, l'utilisation de cette machine est très peu efficace, donc elle a fini par abandonner bientôt à cette fin.

Figure 1. Démonstration avec la bobine Tesla. Source: Pixabay.

Même ainsi, les bobines Tesla peuvent encore être trouvées avec certaines applications spécifiques, telles que des tours à haute tension ou des expériences de physique.

[TOC]

Histoire

La bobine a été créée par Tesla peu de temps après que les expériences de Hertz ont été révélées. La même Tesla appelée "Appareil pour transmettre l'électricité". Tesla voulait prouver que l'électricité pouvait être transmise sans fil.

Dans son laboratoire de Colorado Springs, Tesla avait à sa disposition une énorme bobine de 16 mètres liée à une antenne. L'appareil a été utilisé pour effectuer des expériences de transmission d'énergie.

Expérimentez avec Tesla Coils.

À une occasion, il y a eu un accident causé par cette bobine dans laquelle les dynamos ont brûlé dans un centre situé à 10 kilomètres. Après le défaut, des arches électriques ont été produites autour des fenêtres de Dinamos.

Rien de tout cela n'a découragé Tesla, qui a continué à essayer avec de nombreuses conceptions de bobines, qui sont connues aujourd'hui avec son nom.

Comment ça marche?

La célèbre bobine Tesla est l'une des nombreuses conceptions que Nikola Tesla a faites afin de transmettre l'électricité sans câbles. Les versions d'origine étaient de grande taille et utilisées à haute tension et à des sources de courant élevé.

Naturellement, aujourd'hui, il y a des conceptions beaucoup plus petites, compactes et maison que nous décrire et expliquerons dans la section suivante.

Figure 2. Schéma de bobine Tesla de base. Source: auto-faite.

Une conception basée sur les versions originales de la bobine Tesla est celle illustrée dans la figure précédente. Le schéma électrique de la figure précédente peut être divisé en trois sections.

Source (F)

La source se compose d'un générateur de courant alternatif et d'un transformateur à gain élevé. La sortie source se situe généralement entre 10000 V et 30000 V.

Premier circuit résonnant LC 1

Il se compose d'un interrupteur S connu sous le nom de "Spark Gap" ou "Explosor", qui ferme le circuit lorsqu'une étincelle saute entre ses extrémités. Le circuit LC 1 possède également un condensateur C1 et une bobine L1 connectée en série.

Deuxième circuit résonnant LC 2

Le circuit LC 2 se compose d'une bobine L2 qui a un rapport d'environ 100 à 1 tour par rapport à la bobine L1 et à un condensateur C2. Le condenseur C2 se connecte avec la bobine L2 à travers la Terre.

La bobine L2 est généralement un roulement de fil. La bobine L1, bien qu'elle ne soit pas indiquée dans le schéma, est roulée sur la bobine L2.

Le condenseur C2, comme tous les condensateurs, se compose de deux plaques métalliques. Dans les bobines de Tesla, l'une des plaques C2 a généralement la forme d'un dôme sphérique ou toroïdal et est connecté en série avec la bobine L2.

L'autre plaque C2 est l'environnement proche, par exemple un piédestal métallique fini dans la sphère et la terre pour fermer le circuit avec l'autre extrémité L2, également mise à la terre.

Il peut vous servir: essai de compression: comment il se fait, propriétés, exemples

Mécanisme d'action

Lorsqu'une bobine Tesla est mise en service, la source haute tension charge le condenseur C1. Lorsqu'il atteint une tension suffisamment élevée, il fait un saut d'étincelle dans la suivi (éclatement GAP ou explosateur), fermant le circuit résonnant I.

Ensuite, le condensateur C1 est téléchargé via la bobine L1 générant un champ magnétique variable. Ce champ magnétique variable traverse également la bobine L2 et induit une force électromotive sur la bobine L2.

Parce que L2 a environ 100 tours de plus que L1, la tension électrique en L2 est 100 fois plus grande que dans L1. Et comme dans L1, la tension est de l'ordre de 10 mille volts, alors en L2, ce sera 1 million de volts.

L'énergie magnétique accumulée en L2 est transférée sous forme d'énergie électrique vers le condensateur C2, qui, lorsqu'il atteint des valeurs de tension maximales de l'ordre du million de volts ionise l'air, produit une étincelle et se décharge brusquement à travers la Terre. Les téléchargements se produisent entre 100 et 150 fois par seconde.

Le circuit LC1 est appelé résonant car l'énergie accumulée dans le condenseur C1 passe à la bobine L1 et vice versa; c'est-à-dire qu'une oscillation se produit.

La même chose se produit dans le circuit de résonance LC2, dans lequel l'énergie magnétique de la bobine L2 est transférée sous forme d'énergie électrique vers le condensateur C2 et vice versa. C'est-à-dire dans le circuit, il y a un courant aller-retour alternativement.

La fréquence d'oscillation naturelle dans un circuit LC est

Résonance et induction mutuelles

Lorsque l'énergie fournie aux circuits LC se produit à la même fréquence que la fréquence d'oscillation du circuit naturel, alors le transfert d'énergie est optimal, produisant une amplification maximale dans le courant de circuit. Ce phénomène commun à tous les systèmes oscillants est appelé résonance.

Les circuits LC1 et LC2 sont couplés magnétiquement, un autre phénomène appelé induction mutuelle.

Pour que le transfert d'énergie du circuit LC1 au LC2 et vice versa soit optimal, les fréquences d'oscillation naturelles des deux circuits doivent coïncider, et elles doivent également coïncider avec la fréquence de la source haute tension.

Ceci est réalisé en ajustant les valeurs de la capacité et de l'inductance dans les deux circuits, les fréquences d'oscillation coïncident avec la fréquence de la source:

Lorsque cela se produit, l'énergie source est transférée efficacement sur le circuit LC1 et LC1 vers LC2. Dans chaque cycle d'oscillation, l'énergie électrique et magnétique accumulée dans chaque circuit augmente.

Lorsque la tension électrique en C2 est suffisamment élevée, alors l'énergie est libérée sous forme de rayons au moyen de la décharge de C2 à la terre.

Utilisations de la bobine Tesla

L'idée originale de Tesla dans ses expériences avec ces bobines a toujours été de trouver un moyen de transmettre l'électricité à une grande distance sans câblage.

Cependant, le peu d'efficacité de cette méthode due aux pertes d'énergie de dispersion à travers l'environnement a rendu nécessaire de rechercher d'autres moyens pour transmettre la puissance électrique de l'énergie. Aujourd'hui, le câblage continue.

Peut vous servir: Lenz Law: formule, équations, applications, exemplesPlasma Lamp, qui a aidé à développer l'expérience Tesla.

Cependant, de nombreuses idées de Nikola Tesla sont toujours présentes dans les systèmes de câblage actuels. Par exemple, les ascenseurs de tension en sous-stations électriques pour transmettre par moyens.

Bien qu'il n'ait pas une utilisation à grande échelle, les bobines Tesla continuent d'être utiles dans l'industrie électrique haute tension pour tester les systèmes, les tours et les autres dispositifs électriques isolants qui doivent fonctionner en toute sécurité. Ils sont également utilisés dans différents spectacles pour générer des rayons et des étincelles, ainsi que dans certaines expériences de physique.

Dans des expériences à haute tension avec des bobines Tesla à haute dimension, il est important de prendre des mesures de sécurité. Un exemple est l'utilisation de cages Faraday pour la protection des observateurs et des combinaisons en maille métal pour les artistes qui participent aux spectacles avec ces bobines.

Comment faire une bobine Tesla maison?

Composants

Dans cette version miniature de la bobine Tesla, un courant alternatif à haute tension ne sera pas utilisé. Au contraire, la source d'énergie sera une batterie de 9 V, comme le montre le schéma de la figure 3.

figure 3. Schéma pour construire une bobine Tesla Mini. Source: auto-faite.

L'autre différence avec la version originale de Tesla est l'utilisation d'un transistor. Dans notre cas, ce sera 2222A, qui est un transistor NPN à faible signal mais une réponse rapide ou une fréquence élevée.

Le circuit a également un commutateur S, une bobine primaire L1 à 3 laps et une bobine L2 secondaire d'au moins 275 tours, mais il peut également être compris entre 300 et 400 tours.

La bobine primaire peut être construite avec un câble commun avec un isolant en plastique, mais le lycée nécessite un câble mince recouvert de vernis isolant, qui est celui qui est généralement utilisé dans les programmes. Le roulé peut être fait sur un tube en carton ou en plastique qui a entre 3 et 4 cm de diamètre.

Utilisation du transistor

Il faut se rappeler qu'au temps de Nikola Tesla, il n'y avait pas de transistors. Dans ce cas, le transistor remplace "Spark Gap" ou "Explosor" de la version originale. Le transistor sera utilisé comme porte qui permet le passage actuel ou non. Pour cela, le transistor est polarisé comme suit: le collecteur c à un terminal positif et à l'émetteur et à la batterie négative.

Quand la base b Il a une polarisation positive, puis il permet le passage du collecteur à l'expéditeur, et sinon il l'empêche.

Dans notre schéma, la base se connecte à la batterie positive, mais une résistance à 22 kilo ohm est entrecoupée, pour limiter l'excès de courant qui peut brûler le transistor.

Le circuit montre également une diode LED qui peut être rouge. Sa fonction sera expliquée plus tard.

Dans l'extrémité libre de la bobine secondaire l2, une sphérite métallique est placée, qui peut être construite couvrant une boule de polystyrène ou une boule de pong à broche avec du papier d'aluminium.

Cette sphérite est la plaque d'un condensateur C, l'autre plaque étant l'environnement. C'est ce qui est connu sous le nom de la capacité parasite.

Opération Tesla Mini Coil

Lorsque l'interrupteur S est fermé, la base du transistor est positivement polarisée et l'extrémité supérieure de la bobine primaire est également polarisée positivement. De sorte qu'un courant qui passe par la bobine primaire, continue à travers le collecteur apparaît brusquement, sort l'expéditeur et revient à la pile.

Peut vous servir: Accélération de la gravité: qu'est-ce que c'est, comment il est mesuré et exerce

Ce courant passe de zéro à une valeur maximale en très peu de temps, c'est pourquoi il induit une force électromotive dans la bobine secondaire. Cela produit un courant qui va du bas de la bobine L2 à la base du transistor. Ce courant cesse brusquement la polarisation positive de la base dans la façon dont le courant s'écoule par le primaire.

Dans certaines versions, la diode LED est supprimée et le circuit fonctionne. Cependant, le placer améliore l'efficacité de la coupe de la polarisation de la base du transistor.

Que se passe-t-il lorsque le courant circule?

Pendant le cycle de croissance du courant rapide dans le circuit primaire, une force électromotive a été induite dans la bobine secondaire. Parce que le rapport de tir entre le primaire et le secondaire.

En raison de ce qui précède, il y a un champ électrique intense dans la sphère de condensateur C capable d'ionisant le gaz à basse pression d'un tube néon ou d'une lampe fluorescente qui s'approche de la sphère C et d'accélération des électrons libres dans le tube comme d'exciter les atomes qui produisent le produit émission de lumière.

Alors que le courant cessait brusquement à travers la bobine L1 et que la bobine L2 a été déchargée dans l'air entourant C vers le sol, le cycle a été redémarré.

Le point important de ce type de circuit est que tout se passe en très peu de temps, de sorte qu'il y a un oscillateur à haute fréquence. Dans ce type de circuit, SUICHEO ou l'oscillation rapide produite par le transistor est plus important que le phénomène de résonance décrit dans la section précédente et fait référence à la version originale de la bobine Tesla.

Expériences proposées avec Tesla Mini Coils

Une fois la bobine Tesla Mini construite, il est possible de l'expérimenter. De toute évidence, les rayons et les étincelles des versions originales ne se produiront pas.

Cependant, à l'aide d'une ampoule fluorescente ou d'un tube néon, nous pouvons observer comment l'effet combiné du champ électrique intense généré dans le condensateur à la fin de la bobine et la fréquence d'oscillation élevée de ce champ, faites de la lampe la lampe Illuminate approche à peine la sphère du condenseur.

Le champ électrique intense ionise le gaz à basse pression à l'intérieur du tube, laissant des électrons libres à l'intérieur du gaz. Ainsi, la fréquence élevée du circuit fait accélérer et exciter les électrons libres à l'intérieur du tube fluorescent et exciter la poudre fluorescente adhérée à la paroi intérieure du tube, ce qui la faisait émettre de lumière.

Vous pouvez également aborder une conduite lumineuse à la sphère C, observant comment elle s'allume même lorsque les broches LED ne se sont pas connectées.

Les références

1. Blake, t. Théorie des bobines de Tesla. Récupéré de: TB3.com.
2. Burnett, R. Fonctionnement de la bobine Tesla. Récupéré de: Richieburnett.co.ROYAUME-UNI.
3. Tippens, P. 2011. Physique: concepts et applications. 7e édition. Colline de MacGraw. 626-628.
4. L'universite de Wisconsin-Madison. Bobine de Tesla. Récupéré de: merveilles.La physique.WISC.Édu.
5. Wikiwand. Bobine de Tesla. Récupéré de: wikiwand.com.