Được phát triển vào năm 1891 bởi Nikola Tesla, cuộn dây Tesla được tạo ra để thực hiện các thí nghiệm trong việc tạo ra phóng điện cao áp. Nó bao gồm một nguồn điện, một tụ điện và cuộn dây biến áp được đặt sao cho các đỉnh điện áp xen kẽ giữa hai đầu, và các điện cực được đặt để các tia lửa điện nhảy qua giữa chúng trong không khí. Được sử dụng trong các ứng dụng từ máy gia tốc hạt đến ti vi và đồ chơi, một cuộn dây Tesla có thể được làm từ thiết bị của cửa hàng điện tử hoặc từ vật liệu dư thừa. Bài viết này mô tả cách chế tạo cuộn Tesla có khe hở tia lửa, khác với cuộn Tesla ở trạng thái rắn và không thể phát nhạc.
Các bước
Phần 1/2: Lập kế hoạch cuộn Tesla
Bước 1. Xem xét yêu cầu về kích thước, vị trí và công suất của cuộn Tesla trước khi bạn chế tạo nó
Bạn có thể xây dựng một cuộn Tesla lớn như ngân sách của bạn cho phép; tuy nhiên, các tia lửa giống như tia chớp Các cuộn dây Tesla tạo ra nhiệt và làm giãn nở không khí xung quanh chúng (về bản chất là tạo ra sấm sét). Điện trường của chúng cũng có thể tàn phá các thiết bị điện tử, vì vậy có thể bạn sẽ muốn chế tạo và chạy cuộn dây Tesla của mình ở một nơi vắng vẻ, chẳng hạn như nhà để xe hoặc xưởng khác. Bạn cũng sẽ muốn xem xét liệu việc chế tạo cuộn dây Tesla từ một bộ dụng cụ hay thu thập vật liệu từ đầu sẽ có ý nghĩa hơn. Cả hai đều có lợi thế và bất lợi trong các lĩnh vực chi phí, thời gian xây dựng, nguồn lực trợ giúp và độ tin cậy.
Để xác định khoảng cách tia lửa điện bạn có thể chứa lớn đến mức nào hoặc lượng điện bạn cần để nó hoạt động, hãy chia độ dài của khoảng cách tia lửa điện tính bằng inch cho 1,7 và bình phương nó để xác định công suất đầu vào tính bằng watt. (Ngược lại, để tìm chiều dài khe hở tia lửa, hãy nhân căn bậc hai của công suất tính bằng watt với 1,7.) Một cuộn dây Tesla tạo ra khoảng cách tia lửa điện 60 inch (150 cm) (1,5 mét) sẽ cần 1,246 watt. (Một cuộn dây Tesla sử dụng nguồn điện 1 kilowatt sẽ tạo ra khoảng cách tia lửa gần 54 inch, hay 1,37 mét.)
Bước 2. Tìm hiểu thuật ngữ
Thiết kế và chế tạo một cuộn dây Tesla đòi hỏi phải hiểu các thuật ngữ khoa học và đơn vị đo lường nhất định. Bạn sẽ cần hiểu mục đích và chức năng của chúng để tạo cuộn Tesla đúng cách. Dưới đây là một số thuật ngữ bạn cần biết:
- Điện dung là khả năng giữ điện tích hoặc lượng điện tích được lưu đối với một hiệu điện thế nhất định. (Một thiết bị được thiết kế để chứa điện tích được gọi là tụ điện.) Đơn vị đo điện dung là farad (viết tắt là "F"). Một farad được định nghĩa là 1 ampe-giây (hoặc coulomb) trên một vôn. Thông thường, điện dung được đo bằng các đơn vị nhỏ hơn, chẳng hạn như microfarad (viết tắt "uF"), một phần triệu farad, hoặc picofarad (viết tắt pF và đôi khi được đọc là "phồng"), một phần nghìn tỷ farad.
- Độ tự cảm hay độ tự cảm là hiệu điện thế mà mạch điện mang được trên một lượng dòng điện trong mạch. (Đường dây điện cao thế mang điện áp cao nhưng dòng điện thấp thì độ tự cảm cao.) Đơn vị đo độ tự cảm là henry (viết tắt là "H"). Một henry được định nghĩa là 1 vôn-giây trên mỗi ampe của dòng điện. Thông thường, độ tự cảm được đo bằng các đơn vị nhỏ hơn, chẳng hạn như millihenry (viết tắt "mH"), một phần nghìn henry, hoặc microhenry (viết tắt "uH"), một phần triệu henry.
- Tần số cộng hưởng, hay tần số cộng hưởng, là tần số mà tại đó lực cản để truyền năng lượng là nhỏ nhất. (Đối với cuộn Tesla, đây là điểm hoạt động tối ưu để truyền năng lượng điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.) Đơn vị đo tần số cộng hưởng là hertz (viết tắt "Hz"), được định nghĩa là 1 chu kỳ trên giây. Thông thường hơn, tần số cộng hưởng được đo bằng kilohertz (viết tắt "kHz"), với kilohertz bằng 1000 hertz.
Bước 3. Tập hợp các bộ phận bạn cần
Bạn sẽ cần một máy biến áp cung cấp điện, một tụ điện chính có điện dung cao, một cụm khe hở tia lửa, một cuộn dây dẫn sơ cấp có độ tự cảm thấp, một cuộn dây dẫn thứ cấp có độ tự cảm cao, một tụ điện thứ cấp có điện dung thấp và thứ gì đó để triệt tiêu hoặc nghẹt, các xung nhiễu tần số cao được tạo ra khi cuộn Tesla hoạt động. Để biết thêm thông tin về các bộ phận, hãy xem phần tiếp theo, "Chế tạo cuộn dây Tesla".
Nguồn điện / máy biến áp của bạn cung cấp năng lượng thông qua cuộn cảm đến mạch sơ cấp hoặc mạch bể, kết nối tụ điện chính, cuộn dây dẫn sơ cấp và cụm khe hở tia lửa. Cuộn dây dẫn sơ cấp được đặt liền kề nhưng không nối dây với cuộn dây dẫn của mạch thứ cấp được nối với tụ điện thứ cấp. Khi tụ điện thứ cấp đã tích tụ đủ điện tích, các bộ phát điện (tia chớp) sẽ phóng ra khỏi nó
Phần 2/2: Chế tạo cuộn dây Tesla
Bước 1. Chọn máy biến áp cung cấp điện của bạn
Biến áp cung cấp điện của bạn xác định mức độ lớn mà bạn có thể tạo ra cuộn dây Tesla của mình. Hầu hết các cuộn dây Tesla hoạt động với một máy biến áp tạo ra điện áp từ 5, 000 đến 15, 000 vôn ở dòng điện từ 30 đến 100 miliampe. Bạn có thể mua một máy biến áp từ một cửa hàng thừa của trường đại học hoặc từ Internet, hoặc ăn thịt máy biến áp từ một bảng hiệu đèn neon.
Bước 2. Làm cho tụ điện sơ cấp
Cách tốt nhất để tạo ra tụ điện này là mắc nối tiếp một số tụ điện nhỏ để mỗi tụ điện xử lý một phần bằng nhau trong tổng hiệu điện thế của mạch sơ cấp. (Điều này yêu cầu mỗi tụ điện riêng lẻ phải có cùng điện dung với các tụ điện khác trong loạt.) Loại tụ điện này được gọi là tụ điện nhiều cực nhỏ hoặc MMC.
- Các tụ điện nhỏ và điện trở chảy liên kết của chúng có thể được mua từ các cửa hàng cung cấp thiết bị điện tử hoặc bạn có thể tìm kiếm các tụ điện gốm từ các máy truyền hình cũ. Bạn cũng có thể làm các tụ điện từ các tấm polyetylen và lá nhôm.
- Để công suất của tụ điện đạt cực đại thì tụ điện sơ cấp phải có điện dung toàn phần sau mỗi nửa chu kỳ của tần số nguồn điện cung cấp cho nó. (Đối với nguồn điện 60 Hz, điều này có nghĩa là 120 lần mỗi giây.)
Bước 3. Thiết kế cụm khe hở tia lửa
Nếu bạn đang lên kế hoạch cho một khe hở tia lửa duy nhất, bạn sẽ cần các bu lông kim loại dày ít nhất một phần tư inch (6 mm) để làm khe hở tia lửa để chịu được nhiệt sinh ra do phóng điện giữa các tia lửa. Bạn cũng có thể đấu nối tiếp nhiều khe hở tia lửa, sử dụng khe hở tia lửa quay hoặc thổi khí nén giữa các tia lửa để điều chỉnh nhiệt độ. (Có thể dùng máy hút bụi cũ để thổi không khí.)
Bước 4. Dựng cuộn dây sơ cấp
Bản thân cuộn dây sẽ được làm bằng dây, nhưng bạn sẽ cần một thứ gì đó để quấn dây xung quanh theo hình xoắn ốc. Dây điện phải là dây đồng tráng men, bạn có thể mua được từ cửa hàng cung cấp điện hoặc bằng cách ăn thịt dây ổ cắm từ một thiết bị đã bỏ đi. Vật bạn quấn dây xung quanh có thể là hình trụ, chẳng hạn như bìa cứng hoặc ống nhựa, hoặc hình nón, chẳng hạn như chụp đèn cũ.
Chiều dài của dây quyết định độ tự cảm của cuộn sơ cấp. Cuộn dây sơ cấp phải có độ tự cảm thấp, vì vậy bạn sẽ sử dụng tương đối ít vòng để tạo ra nó. Bạn có thể sử dụng các đoạn dây không liên tục cho cuộn sơ cấp để có thể nối các đoạn với nhau khi cần thiết để điều chỉnh độ tự cảm khi đang di chuyển
Bước 5. Kết nối tụ điện sơ cấp, cụm khe hở tia lửa và cuộn dây dẫn sơ cấp với nhau
Điều này hoàn thành mạch sơ cấp.
Bước 6. Dựng cuộn dây thứ cấp
Giống như với cuộn dây chính, bạn đang quấn dây xung quanh một hình trụ. Cuộn thứ cấp phải có cùng tần số cộng hưởng với cuộn sơ cấp để cuộn Tesla hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, cuộn thứ cấp phải cao hơn / dài hơn cuộn sơ cấp vì nó phải có độ tự cảm lớn hơn cuộn sơ cấp, và cũng để ngăn chặn bất kỳ sự phóng điện nào từ mạch thứ cấp tấn công và chiên mạch sơ cấp.
Nếu bạn thiếu vật liệu để làm cho cuộn dây thứ cấp đủ cao, bạn có thể bù đắp bằng cách xây dựng một thanh chống sét (về cơ bản là một cột thu lôi) để bảo vệ mạch sơ cấp, nhưng điều này có nghĩa là hầu hết các phóng điện của cuộn dây Tesla sẽ chạm vào đường ray tấn công và không nhảy trên không
Bước 7. Làm tụ thứ cấp
Tụ điện thứ cấp, hoặc đầu cuối phóng điện, có thể là bất kỳ hình tròn nào, với 2 loại phổ biến nhất là hình xuyến (hình vòng hoặc hình bánh rán) và hình cầu.
Bước 8. Mắc tụ điện thứ cấp vào cuộn dây thứ cấp
Điều này hoàn thành mạch thứ cấp.
Mạch thứ cấp của bạn nên được nối đất riêng biệt với nối đất cho các mạch điện gia dụng cung cấp điện cho máy biến áp để ngăn dòng điện truyền từ cuộn Tesla xuống đất cho các mạch điện gia đình của bạn và có thể làm hỏng bất cứ thứ gì cắm vào các ổ cắm đó. Lái một mũi nhọn bằng kim loại xuống đất là một cách tốt để làm điều này
Bước 9. Xây dựng các cuộn cảm xung
Cuộn cảm là những cuộn cảm đơn giản, nhỏ để giữ cho các xung được tạo ra bởi cụm khe hở tia lửa không làm hỏng máy biến áp cung cấp điện. Bạn có thể làm một cái bằng cách quấn dây đồng mỏng quanh một ống hẹp, chẳng hạn như bút bi dùng một lần.
Bước 10. Lắp ráp các thành phần
Đặt mạch sơ cấp và mạch thứ cấp cạnh nhau, nối máy biến áp cấp nguồn với mạch sơ cấp qua cuộn cảm. Sau khi bạn cắm máy biến áp vào, cuộn dây Tesla của bạn đã sẵn sàng chạy.
Nếu cuộn sơ cấp có đường kính đủ lớn, cuộn thứ cấp có thể được đặt bên trong nó
Lời khuyên
- Để kiểm soát hướng của các vệt phun ra từ tụ điện thứ cấp, hãy đặt các vật bằng kim loại gần, nhưng không chạm vào tụ điện. Bộ phát sẽ cung cấp vòng cung từ tụ điện đến đối tượng. Nếu vật thể bao gồm một ánh sáng, chẳng hạn như bóng đèn sợi đốt hoặc ống huỳnh quang, thì dòng điện đến từ cuộn dây Tesla sẽ làm cho nó sáng lên.
- Thiết kế và xây dựng một cuộn Tesla hiệu quả đòi hỏi phải làm việc với các phương trình toán học khá phức tạp. May mắn thay, bạn có thể dễ dàng tìm thấy các phương trình thích hợp và máy tính trực tuyến để thực hiện các phép toán liên quan.
Cảnh báo
- Máy biến áp ký hiệu Neon rắn, chẳng hạn như máy biến áp được sản xuất gần đây, có xu hướng bao gồm một bộ ngắt mạch sự cố nối đất; do đó, họ sẽ không thể vận hành cuộn dây.
- Tạo một cuộn dây Tesla không phải là một nhiệm vụ dễ dàng trừ khi bạn đã có một số kiến thức về kỹ thuật và điện tử.
- Tụ điện được sử dụng cho cuộn dây Tesla và các máy phát điện áp và ion cao khác hoặc các thiết bị như Lifter có thể tích lũy và giữ lại một lượng lớn năng lượng điện và xả tất cả năng lượng ngay lập tức. Hãy hết sức thận trọng và không để trẻ em hoặc bất kỳ ai không được đào tạo về an toàn thích hợp chạm vào hoặc làm việc với nó.
