闪电制造?特斯拉线圈是如何工作的。

2017/08/10 Tesla

在众多的创新中,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)梦想着创造出一种向世界供电的方式,而不需要在全球范围内部署电线….

特斯拉线圈

历史

在众多的创新中,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)梦想着创造出一种向世界供电的方式,而不需要在全球范围内部署电线。当“疯狂科学家”用电试验时,他创造了特斯拉线圈。

特斯拉线圈是可以无线传输电力的第一个装置,这是一个革命性的发明。早期的无线电天线和电报使用了本发明的原理。线圈的变化也可以做简单的酷东西 - 像制造闪电,通过身体发送电流并产生电子风等。

特斯拉于1891年发明了线圈,线圈背后的概念实际上相当简单:利用电磁力和谐振。使用线圈与电容来完成谐振。业余电工都可以搭建特斯拉线圈,并制造出高电压。

如何运行的

特斯拉线圈是一种分布参数高频串联谐振变压器,可以获得上百万伏的高频电压。传统特斯拉线圈的是使用变压器使普通电压升压,然后给初级LC回路谐振电容充电,充到放电阈值的,火花间隙放电导通,初级LC回路发生串联谐振,给次级线圈提供足够高的励磁功率,其次是和次级LC回路的频率相等,让次级线圈的电感与分布电容发生串联谐振。临界耦合的初级和次级线圈通过磁相位同步强耦合。特斯拉线圈由一个(有时用两个)谐振感应耦合谐振电路组成(亦:双调谐耦合回路或者单调谐耦合回路)。次级线圈的短路电感(亦:漏感)寄生电容组合为谐振电路。通过以驱动初级线圈在次级线圈的谐振频率(串联谐振频率)磁相位同步使得互磁通量的增加,从而次级线圈中发生最高电压。

特斯拉线圈

制作一台特斯拉线圈

Buliding

特斯拉线圈由两部分组成:初级线圈和次级线圈,每个线圈都有自己的电容器。(电容器像电池一样存储电能。)两个线圈和电容器通过火花隙连接 —- 两个电极之间产生火花的空气间隙。连接到变压器的外部电源对整个系统供电。本质上,特斯拉线圈是连接到火花隙的两个开放的电路。

TC

特斯拉线圈需要高压电源。变压器制作的常规电源必须高功率来维持电压与电流。

在这种情况下,变压器可以将主电源的低电压转换成高电压。

电源连接到初级线圈。初级线圈的电容器像海绵一样,吸收电荷。初级线圈本身必须能够承受大量电荷和巨大的电流浪涌,因此线圈通常由铜制成,铜是良好的导体。最终,电容器聚集了很多的电荷,从而击穿了火花间隙中的空气。然后,类似于挤出浸泡的海绵,电流从初级线圈流出电容器并产生磁场。

大量的能量使得磁场迅速崩溃,并在次级线圈中产生电流。通过两个线圈之间的空气的电压在火花间隙中产生火花。能量在两个线圈之间来回摆动,每秒数百次,并在次级线圈和电容器中积累。最终,二次电容器中的电荷变得如此之高,使其在电流突发中继续下去。

所产生的高频电压可以照亮几米远的荧光灯,其中没有电线连接。

在一个完美设计的特斯拉线圈中,当次级线圈达到最大电荷时,整个过程应该重新开始,器件应该自我维持。但实际上,这并不会发生。火花间隙中的加热空气将一些电力从次级线圈中拉出并返回到间隙中,线圈自己的内阻,最终特斯拉线圈将耗尽能量。这就是为什么线圈必须连接到外部电源的原因。

在制作过程中,相关的计算问题,建议去博客的工具中找找计算器

在生活中的应用

特斯拉线圈虽然没有太多的实际应用,但是特斯拉线圈可产生绚丽的电弧效果,因而在世界上拥有成千上万的爱好者。亦有许多人以制作特斯拉线圈为提升自身电学。


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