6 потрясающих экспериментов: электричество, магнетизм и др.

Физика – это точная наука со своими законами, для демонстрации которых можно ставить зрелищные опыты. Рассмотрим 6 интересных экспериментов.

1. Получение электричества от разности температур

Для опыта потребуется:


В опыте используется элемент Пельтье, применяемый в системах охлаждения. При подаче на него напряжения происходит нагрев одной стороны прибора и охлаждение второй. При этом элемент может действовать и в обратном направлении – вырабатывать электричество при разности температур своих стенок.

Если положить элемент Пельтье на холодный радиатор от платы, а сверху поставить чашку с кипятком, то прибор сгенерирует электричество. Выработанной энергии достаточно для питания микроэлектродвигателя.

2. Доказательство весомости воздуха

Для опыта понадобятся:

• рычажные весы;
  
• 2 воздушных шарика;
  
• иголка.

Нужно надуть 2 шарика и повесить их на рычажные весы. Одни надуть изначально больше.

Поскольку они оба имеют не идентичную массу, то плечи весов застывают не горизонтально. Если аккуратно проколоть иголкой один из шариков, то после спуска воздуха коромысло с ним поднимется. Эксперимент подтверждает, что воздух имеет вес.

3. Электромагнитная пушка

Основываясь на силе Ампера можно сделать пушку. Для ее сборки потребуется:

• пластиковая трубка до 30 см;
  
• медная проволока с изоляцией;
  
• 2 литиевые аккумуляторные батареи 18650 в кассете;
  
• неодимовые магниты шайбы 5-8 шт.

Нужно заглушить один конец пластиковой трубки. У ее края наматывается 50 витков проволоки. Один конец проволоки присоединяется к плюсовой или минусовой клемме кассеты с батареями. В трубку помещаются несколько неодимовых магнитов.

Если замкнуть цепь катушки, подсоединив ее свободный конец ко второй клемме, то магниты будут вытолкнуты силой Ампера. Это происходит настолько быстро, что создается визуальное впечатление выстрела.

4. Электромагнитный попрыгун

Этот эксперимент работает по тем же физическим законам, что и магнитная пушка. Для его проведения потребуются такие же материалы, а также:

• конденсатор 3300 мкФ 63 В;
  
• проводок;
  
• замыкатель цепи.

В конструкцию уже имеющейся магнитной пушки нужно включить конденсатор. На один из проводов катушки устанавливается самодельный замыкатель цепи, сделанный из шканта и проволоки. Он замыкает цепь катушки при нажатии, а при отсутствии давления размыкает.



Замыкатель вставляется в трубку. Если опустить в нее магниты, то те прижав контакты замкнут цепь и сила Ампера их подтолкнет. Подпрыгнув вверх, а не вылетев полностью, поскольку импульс тока на катушке очень короткий, они снова упадут. Прыжки снаряда будут продолжаться, пока не разрядятся аккумуляторы.

5. Как заставить алюминий реагировать на неодимовые магниты

Можно создать условия, когда алюминий взаимодействует с магнитом. Для опыта потребуется:

• алюминиевая пластина;
  
• мощный магнит;
  
• нитка;
  
• 2 пачки от спичек.

Просто приложив неподвижный магнит до алюминиевой пластины можно убедиться, что притяжения не будет. Если поставить пластину на два спичечных коробка, и подвесить над ней магнит, то при его раскачивании можно заметить пошатывание алюминия.

Такой эффект возникает, поскольку когда магнит пролетая над пластиной, на ней зарождается электрический ток, создающий и электромагнитное поле. Оно взаимодействует с полем магнита, поэтому пластина и расшатываться.

6. Простейший электрогенератор на базе спиннера

Для опыта потребуется:

• спиннер;
  
• катушка;
  
• диод;
  
• микроэлектродвигатель;
  
• неодимовые магниты.

Можно запитать электродвигатель, если подключить к нему через диод катушку и воздействовать на нее вращающимися неодимовыми магнитами. Достаточно прикрепить постоянные магниты на лопастях спиннера и поставить его на стойку. Вращающиеся на нем магниты, поднесенные к катушке, вместе повторяют схему генератора электричества.



Если подключить к такой катушке светодиод напрямую, то тот загорится. При этом свет будет мерцающим, что вызвано низкими оборотами постоянных магнитов.

Если к вырабатывающей электричество катушке подсоединить еще одну подвесную катушку, в оси которой будут находиться магниты, то она начнет колебаться под воздействием силы Ампера. Конечно, только если запустить генератор со спиннера.

Смотрите видео

[media=https://www.youtube.com/watch?v=Cuobx2uPgY0]

Исследовательская работа. Приборы и методы экспериментальной физики. Катушка Тесла.

Муниципальное образовательное учреждение

«Красноярская средняя общеобразовательная школа №2»

Жирновского муниципального района, Волгоградской области

                                         Исследовательская работа.

 

                            Приборы и методы экспериментальной физики.

                                                 Катушка Теслы.

                                                                Автор: Якутин Александр, 10 класс, 15 лет

                                                                          Руководитель: Пеньковская Татьяна Викторовна,

                                                                            учитель физики и информатики МОУ «КСОШ №2»

        

                                                                  2013 г.

Содержание:

1. Актуальность и цели исследовательской работы.
2. Тесла и его изобретения.
3. Катушка Теслы.
4. Схема установки.
5. Результаты исследования.
6. Современное применение идей Теслы.

1. Актуальность темы:

   Физика – это удивительная наука! Это наука из наук! Еще из незапамятных времен она  держалась и всегда будет держаться на трех китах:  гипотеза, закон, эксперимент. Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Эксперименты с электричеством… кажется, что тут еще можно открывать и экспериментировать, ведь сейчас мы воспринимаем электричество как самое обыденное явление: холодильник, телевизор, компьютер, микроволновка. Однако,  сам ток доходит к нам, увы, лишь по проводам. Это всё очень далеко от того, что Никола Тесла мог делать более 100 лет назад, и чего современная физика не может объяснить до сих пор. Ещё в 1900–х годах Тесла мог передавать на огромные расстояния ток без проводов, получить ток 100 млн. ампер и напряжение 10 тыс. вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время. Современная физика достичь таких показателей просто не в состоянии. Современные учёные достигли лишь планки в 30 миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции — да и то, на доли секунды. Однако, в наше время, энтузиасты и учёные мира пытаются повторить опыты гениального учёного и найти им применение. Я считаю себя одним из таких энтузиастов.

  Цель исследовательской работы:

1. Собрать действующую катушку Тесла, изучить ее работу, пронаблюдать образование искрового разряда.
2. Демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки Тесла и необыкновенно интересных опытов по применению катушки.

   Предмет исследования: Катушка Тесла.

   Гипотеза исследования: 1. Вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности 2. Электромагнитное поле катушки Тесла способно передавать электрический ток без проводным способом.

2. Тесла и его изобретения.

  Ни́кола Те́сла (10 июля 1856 г (Хорватия) – 7 января 1943 г (Нью-Йорк, США)) — физик, инженер, изобретатель  в области электротехники  и радиотехники.

   Широко известен благодаря своему научно-революционному вкладу в изучение свойств электричества и магнетизма, теоретические работы Теслы дали основу для изобретения и развития многих современных устройств, работающих на переменном токе.  Именем Н. Теслы названа единица измерения магнитной индукции. Среди многих наград учёного — медали Э. Крессона, Дж. Скотта, Т. Эдисона. Современники-биографы считали Теслу «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества, который  получил повсеместное признание как выдающийся инженер-электротехник и изобретатель. Его считают одним из гениев 20 века.   Многие изобретения Теслы до сих пор хранятся правительством США под грифом «Совершенно секретно». Он настолько обогнал науку, что многие из его опытов учёные не могут повторить даже сейчас. Он открыл переменный ток, флюоресцентный свет, беспроводную передачу энергии, построил первые электрические часы, турбину, двигатель на солнечной энергии. Он включал и выключал электродвигатель дистанционно, в его руках сами собой загорались электрические лампочки.  По идее, от экспериментатора не должно было бы остаться и уголька. А Тесла улыбался как ни в чём не бывало. Убивает не напряжение, а сила тока и ток высокой частоты проходит только по поверхностным покровам. Но это мы знаем сейчас. А Тесла знал это более 100 лет назад.
  Теоретики современной физики так и не смогли дать толкование взглядам Теслы на физическую реальность. Почему он сам не сформулировал своей теории? Ответа на этот вопрос мы уже не узнаем.
         
3. Катушка Тесла.
   С помощью катyшки pазмеpом в 61 метр, полюс котоpой возглавляла большая медная сфеpа, возвышающейся над его лабоpатоpией, Тесла генеpиpовал потенциалы, котоpые pазpяжались стpелами молний длиной до 40 метров. Гpом от высвобождаемой энеpгии мог быть yслyшан за 24 километра. Вокpyг экспеpиментальной башни пылал шаp света диаметpом в 30 метров.

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в резонансной частоте способствует созданию внушительных электрических разрядов в воздухе. Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (телеуправление).

Вы не найдете трансформатор Теслы в кабинете физики в школе. Ими перестали комплектовать кабинеты.

Аттракцион Dr Megavolt в Окленде (США)

Оригинальное противоугонное средство, работающее по принципу все тех же катушек.

Катушки Теслы  называют трансформаторами Теслы

     Некоторые катушки Тесла создавались с большим прицелом на будущее, другие — исключительно в развлекательных целях. Первый такой прибор, являющийся по сути классическим резонансным трансформатором, был создан и запатентован Николой Теслой еще в 1896 году.

К сожалению, катушки Теслы мы используем чаще, как красивые игрушки. И выглядим наверно, как человек, забивающий микроскопом гвозди…

4. Схема установки.

Я хочу продемонстрировать вам работу одной из таких катушек Тесла и результаты исследования, которые я проводил. Установку я собирал сам на основе схемы «Качера Бровина». Это устройство производит высокое напряжение при высокой частоте.

---

Моя установка состоит из трех блоков.

 Первый блок (Блок 1) это так называемый блок питания всей установки он состоит из понижающего трансформатора Т (мощностью 9 ватт) с тремя обмотками. Первичная обмотка рассчитана на напряжение  220 вольт с частотой 50 герц. И две вторичных: первая на 40 вольт и вторая на 12 вольт.

 Второй блок (Блок 2) состоит из генератора высокой частоты на основе блокинг- генератора и выпрямителей напряжения от питающего трансформатора выполненный на 2-х полупроводниковых выпрямительных диодах(VD1-VD2) и фильтрующих электролитических конденсаторах(C2-C3), которые дают выпрямленное напряжение величиной 60В. Непосредственно сам генератор выполнен на одном транзисторе VT и пассивных деталей. Фильтр частот это конденсатор (С1) емкостью 0,1 мкФ.

 Третий блок (Блок 3) это и есть сам трансформатор Тесла (Т). Трансформатор представляет собой катушку с двумя обмотками. В отличие от других трансформаторов, здесь нет никакого ферромагнитного сердечника и таким образом взаимоиндукция между двумя катушками маленькая. Первичная (высоковольтная) обмотка намотана на пластиковый каркас диаметром 2,5 см, длиной 10см  и имеет около1500 витков, намотанных в один слой лакированным проводом  диаметром 0,05мм. Вторичная обмотка диаметром 6 см длиной около 5см и имеет 3,5 витка, намотанных проводом диаметром 1мм. Первичная обмотка вложена во вторичную. Работает установка очень просто, первый блок (Блок 1) дает напряжение для питания (Блок 2).

Демонстрирую работу катушки.

5. Результаты исследования.

Можно подвести некоторые итоги. Мои гипотезы подтвердились: 1)  лампочки, наполненные инертным газом   светятся вблизи катушки, следовательно, вокруг установки действительно существует электромагнитное поле высокой напряженности; 2) лампочки загорались сами по себе у меня в руках на определенном расстоянии, значит, электрический ток может передаваться без проводов.

Необходимо отметить и еще одну важную вещь: действие этой установки на человека:

Как Вы заметили при работе меня не било током: токи высокой частоты, которые проходят по поверхности человеческого  организма не причиняют ему вреда, наоборот,  оказывают тонизирующее и оздоровительное действие, это используется даже в современной медицине. Однако надо заметить, что электрические разряды, которые Вы видели, имеют высокую температуру, поэтому долго ловить молнию руками не советую!

6. Современное применение идей Теслы:

1. Переменный ток, впервые полученный Тесла,  является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния
2. Электрогенераторы, которые изобрел Никола Тесла,  являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, АЭС, ТЭС и т. д.
3. Электродвигатели используются во всех современных электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах
4. Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран.
5. Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки мобильных телефонов или ноутбуков.
6. Оригинальные современные противоугонные средства для автомобилей работают по принципу все тех же катушек.
7. Использование в развлекательных целях и в медицине.
   

  Литература.

1. Желько Сарич. Посвящённый. Роман о Николе Тесле.- М: Дельфис, 2010
2. Марк Сейфер Абсолютное оружие Америки. — М: Эксмо, 2005.
3. Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. — М: Азбука-классика, 2010
4. Ржонсницкий Б. Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12.   — М: Молодая гвардия, 1959.
5. Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. — Ленинград. Наука. 1974.
6. Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. — М.: Альпина нон-фикшн, 2012.
7. Интернет ресуры:

Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

Видеоподборка опытов Николы Тесла. http://ntesla.at.ua/news/2009-07-12-13

        

КАТУШКА ТЕСЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

КАТУШКА ТЕСЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

Кочнева Л.С. 1

---

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

О сколько нам открытий чудныхГотовят просвещенья духИ опыт, сын ошибок трудных,И гений, парадоксов друг,И случай, бог изобретатель…

А.С. Пушкин

Введение

Актуальность темы

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент — это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе.

В наше время остро стоит вопрос о передаче энергии на расстояние, в частности передача энергии беспроводным способом. Здесь можно вспомнить идеи великого ученого Николы Тесла, который занимался этими вопросами еще в 1900х годах и добился внушительного успеха, построив свой знаменитый резонансный трансформатор – катушку Тесла. Вот и я решил разобраться в этом вопросе самостоятельно, попытавшись повторить эти эксперименты.

Цели исследовательской работы

-Собрать действующие катушки Тесла по транзисторной технологии (Class-E SSTC) и по ламповой технологии (VTTC)

-Пронаблюдать образование различных видов разрядов и выяснить, насколько они опасны.

-Передать энергию беспроводным способом, при помощи катушки Тесла

-Изучить свойства электромагнитного поля, генерируемого катушкой Тесла

-Изучить практическое применение катушки Тесла

Предмет исследования:

Две катушки Тесла, собранные по разным технологиям, поля и разряды, генерируемые этими катушками.

Методы исследования:

-Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов, исследование, эксперимент.

-Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы и возможных электрических схем сборки катушки.

Этапы исследования:

-Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

-Практическая часть. Изготовление трансформаторов Тесла и проведение опытов с построенным оборудованием.

Теоретическая часть

Изобретения Николы Тесла

Никола Тесла — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

В 1885 году Никола представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики.

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Практическая часть.

Катушка Тесла (Class-ESSTC)

Резонансный трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника, — это нужно для создания низкого коэффициента связи. На первичной обмотке находится несколько витков толстого провода. На вторичную обмотку наматывают от 500 до 1500 витков. За счет такой конструкции катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на вторичной обмотке к количеству витков на первичной. При этом должно соблюдаться условие возникновения резонанса между первичным и вторичным колебательными контурами. Напряжение на выходе такого трансформатора может превышать несколько миллионов Вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Я выбрал одну из схем.

Рис.1

Установку я собирал сам на основе вышеуказанной схемы (Рис.1). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 80 мм. Первичная обмотка содержит всего 7 витков, провод диаметром 1 мм, был использован одножильный медный провод МГТФ. Вторичная обмотка содержит около 1000 витков обмоточного провода диаметром 0,15 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. В результате получилось устройство производящее высокое напряжение при высокой частоте. (Рис.2)

Рис.2

Большая катушка Тесла (VTTC)

Эта катушка собрана на базе генераторного пентода гу-81м по автогенераторной схеме, т.е. с самовозбуждением тока сетки лампы.

Рис.3

Как видно по схеме (Рис.3), лампа подключена как триод, т.е. все сетки объединены между собой. Конденсатор C1 и диод VD1 образуют однополупериодный удвоитель. Резистор R1 и конденсатор C3 нужны для регулировки режима работы лампы. Катушка L2 нужна для возбуждения тока сетки. Первичный колебательный контур образуется из конденсатора C2 и катушки L1. Вторичный колебательный контур образован катушкой L3 и ее собственной межвитковой емкостью. Первичная обмотка на каркасе диаметром 16 см содержит 40 витков с отводами от 30, 32, 34, 36 и 38 витков, для подстройки резонанса. Вторичная обмотка содержит около 900 витков на каркасе диаметром 11см. Сверху вторичной обмотки находится тороид, — он необходим для накопления электрических зарядов.

Рис.3

Обе этих установки (Рис.2 и Рис.3) предназначены для демонстрации высокочастотных токов высокого напряжения и способов их создания. Также катушки могут быть использованы для беспроводной передачи электрического тока. В ходе работы я продемонстрирую действие и возможности изготовленных мною катушек Тесла.

Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, однако необходимо соблюдать правила безопасности. Для проведения опытов должна быть очень надежная проводка, вблизи катушки не должно быть предметов, должна быть возможность аварийно обесточить оборудование.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Обычно люди собирают эти катушки для того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления.

Катушка Тесла может создавать несколько видов разрядов:

-Спарки — это искровые разряды между катушкой, и каким либо предметом, производит характерный хлопок, из-за резкого расширения газового канала, как при природной молнии, но в меньшем масштабе.

-Стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример — это видимая ионизация воздуха. Т.е. свечение ионов, которые образует высокое напряжение трансформатора.

-Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг высоковольтных частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

-Дуговой разряд — образуется при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет. Между ним и терминалом загорается дуга.

Некоторые химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, натрий меняет голубоватый цвет разряда на оранжевый, бор — на зелёный, марганец – на синий, а литий – на малиновый окрас.

При помощи данных катушек можно провести ряд довольно интересных, красивых и эффектных экспериментов. Итак, начнем:

Опыт 1: Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование: катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.4 и Рис.5

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 5-7мм

Опыт 2: Демонстрация разряда в люминесцентной лампе

Оборудование: катушка Тесла, люминесцентная лампа (лампа дневного света).

Рис.6 Рис.7

Наблюдается свечение в люминесцентной лампе на расстоянии до 1 м. от установки.

Опыт 3: Эксперимент с бумагой

Оборудование: катушка Тесла, бумага.

Рис.8 Рис.9

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага загорается

Опыт 4: «Дерево» из плазмы

Оборудование: катушка Тесла, тонкий многожильный провод.

Рис.10

Разветвляем жилы у заранее зачищенного от изоляции провода, и, прикручиваем к терминалу, в результате получаем «дерево» из плазмы.

Опыт 5: Демонстрация газовых разрядов на большой катушке Тесла. Стример, спарк, дуговой разряд

Оборудование: большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.11 Рис.12 Рис.13

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 45-50см, при поднесении предмета к тороиду — загорается дуга

Опыт 6: Разряды в руку

Оборудование: большая катушка Тесла, рука.

Рис.14 Рис.15

При поднесении руки к стримеру разряды начинают бить в руку, не причиняя боль

Опыт 7: Демонстрация газовых разрядов из предмета, находящегося в поле катушки Тесла.

Оборудование: большая катушка Тесла, толстая медная проволока.

Рис.16 Рис.17

Рис.18 Рис.19

При внесении медной проволоки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда из проволоки в сторону тороида.

Опыт 8: Демонстрация разряда в шаре, наполненного разреженным газом, в поле катушки Тесла

Оборудование: большая катушка Тесла, шар наполненный разреженным газом.

Рис.20 Рис.21

Рис.22 Рис.23

При внесении шара в поле катушки Тесла загорается разряд внутри шара.

Опыт 9: Демонстрация разряда в неоновых и люминисцентных лампах.

Оборудование: большая катушка Тесла, неоновые и люминисцентные лампы.

Рис.24 Рис.25

При внесении лампы в поле катушки Тесла загорается разряд внутри неоновых и люминисцентных ламп на расстоянии до 1,5 м..

Опыт 10: Разряды из руки

Оборудование: большая катушка Тесла, рука с напальчниками из фольги.

Рис.26 Рис.27 Рис.28

При внесении руки в поле катушки Тесла (с убранным терминалом), происходит появление разряда с напальчников в сторону тороида.

Заключение

Все поставленные цели выполнены. Я построил 2 катушки и на их примере доказал следующие гипотезы:

-Катушка Тесла может генерировать реальные электрические разряды различных видов.

-Разряды, создаваемые катушкой тесла, безопасны для человека и не могут нанести ему урон путем удара электрическим током. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла или рукой. Почему при прикосновении к источнику напряжения 1 000 000 В высокой частоты с человеком ничего не случается? Потому что при протекании тока высокой частоты наблюдается так называемый скин-эффект, т.е. заряды текут только по краям проводника, не трогая сердцевину.

Ток протекает по коже, и не касается внутренних органов. Именно поэтому можно безопасно касаться этих молний.

-Катушка Тесла может передавать энергию без проводов путем создания электромагнитного поля.

-Энергия этого поля может передаваться как на любые предметы в этом поле, от разреженных газов, до человека.

Современное применение идей Николы Тесла:

-Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

-Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на электростанциях турбинного типа (ГЭС, АЭС, ТЭС).

-Электродвигатели переменного тока, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

-Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п.

-Беспроводные заряжающие устройства уже используются для зарядки мобильных телефонов.

-Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

-Использование в развлекательных целях и шоу.

-В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

-В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

-Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Ошибочно мнение, что катушки Тесла не имеют широкого практического применения. Основное их использование приходится на развлекательно-медийную сферу развлечений и шоу. При этом сами катушки или устройства, использующие принципы работы катушек, довольно распространены в нашей жизни, о чем свидетельствуют вышеприведенные примеры.

Литература

1. Пиштало В. Никола Тесла. Портрет среди масок. — М: Азбука-классика, 2010

2. Ржонсницкий Б. Н. Никола Тесла. Жизнь замечательных людей. Серия биографий. Выпуск 12. — М: Молодая гвардия, 1959.

3. Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. — М.: Альпина нон-фикшн, 2012.

4. Тесла и его изобретения. http://www.374.ru/index.php?x=2007-11-19-20

5. Цверава Г. К. Никола Тесла, 1856-1943. — Ленинград. Наука. 1974.

6. Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D0%BB%D0%B0,_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0

7. Никола Тесла: биография http://www.people.su/107683

Просмотров работы: 3114

Исследовательская работа по теме «Катушка Тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки Тесла «

Катушка Тесла и демонстрация невероятных свойств

электромагнитного поля катушки Тесла

Оглавление

Введение………………………………………………………..……………………2 стр.

1. Теоретическая часть

   1. Никола Тесла и его изобретения…………………..……………………5 стр.

   2. Схема установки катушки Тесла…………………………..……………8 стр.

2. Практическая часть

   1. Социологический опрос среди обучающихся ФСОШ №5…… 8 стр.

   2. Сборка катушки Тесла…………….…………….…..………………9 стр.

   3. Расчет основных характеристик изготовленной катушки Тесла 9 стр.

   4. Экспериментальные опыты применения катушки Тесла….……11 стр.

   5. Современное применение идей Тесла…………………………..13 стр.

   6. Фото и видео отчет проведения исследования………………..14 стр.

Заключение………………………………………………….……………………15 стр.

Список литературы……………………………………….……………….…..16 стр.

Приложения………………………………………………….…….……….…..18 стр.

Введение

Я мог бы расколоть земной шар, но никогда

не сделаю этого.

Моей главной целью было указать на новые явления

и распространить идеи, которые и станут

отправными точками для новых исследований.

Никола Тесла

«Я, наконец, преуспел в создании разрядов, мощность которых значительно превосходит силу молний. Вам знакомо выражение «выше головы не прыгнешь»? Это заблуждение. Человек может все». В Международный год света и световых технологий, думаю, стоит вспомнить о легендарной личности Никола Тесла, причем о смысле некоторых его изобретений спорят, и по сей день. О нем сказано много и разного, но люди в большинстве своем, в том числе и я, единодушны в своем мнении – Тесла сделал немало для развития науки и техники для своего времени. Многие его патенты воплотились в жизнь, часть же до сих пор остается за гранью понимания сути. Но основными заслугами Тесла можно считать исследования природы электричества. Особенно высоковольтного. Тесла поражал своих знакомых и коллег удивительными экспериментами, в которых без труда и опаски он управлял высоковольтными генераторами, которые вырабатывали сотни, а иногда и миллионы вольт. Еще в 1900-х годах Тесла мог передавать на огромные расстояния ток без проводов, получить ток 100 млн.ампер и напряжение 10 тыс.вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время. Для тех, кто жил рядом с ним, мир менялся, превращался в сказочное пространство, где ничему не стоит удивляться. Вспыхивали северные сияния над всей Атлантикой, обычные бабочки превратились в ярких светлячков, шаровые молнии запросто доставались из чемоданов и использовались для освещения гостиных. Его опыты всегда балансировали на грани зла и добра. Падение тунгусского метеорита, землетрясение в Нью-Йорке, испытания чудовищного оружия, способного мгновенно уничтожать целые армии – вот что еще, кроме светящихся бабочек приписывают экспериментам Тесла. Именно он послужил для многих писателей-фантастов образом безумного профессора, изобретения которого грозят уничтожить всю планету. На самом деле мы ничего не знаем о том, каким человеком был Никола Тесла, каким героем он должен стать для биографов хорошим или плохим.

Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Никто не будет спорить с тем, что эксперимент — это мощный импульс к пониманию сущности явлений в природе. Любоваться природой можно, и не зная физики. Но понять ее и увидеть то, что скрыто за внешними образами явлений, можно лишь с помощью точной науки и проведения эксперимента. Сегодня можно с уверенностью сказать, что точным в природе является только свершившийся факт, т.е. опыт или эксперимент, или результаты природного процесса, течение которого не зависит от человека. Непоколебимым остается только результат, полученный посредством того или иного действия. Как уже сказал, это единственное несомненное в гипотезе. Всем известно, что любая гипотеза держится на трех китах: результат эксперимента, его описание и вывод, который опирается на признанные стереотипы (Приложение 1).

Эксперименты с электричеством. Если рассуждать, ну что еще можно открывать и экспериментировать? Ведь сейчас без электричества человечество уже давно не мыслит своего существования. С помощью него работают все бытовые приборы, вся наша промышленность, медицинские приборы. Одно но, сам ток доходит к нам, увы, лишь по проводам. Это все очень далеко от того, что Никола Тесла мог делать более 100 лет назад, и чего современная физика и не может объяснить до сих пор. Современная физика достичь таких показателей просто не в состоянии. Он включал и выключал электродвигатель дистанционно, в его руках сами собой загорались электрические лампочки. Современные ученые достигли лишь планки в 30 миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции — да и то, на доли секунды.

Актуальность заключается в том, что в наше время, энтузиасты и ученые мира пытаются повторить опыты гениального ученого и найти их применение. В мистику вдаваться не буду, я попытался сделать кое-что эффектное по «рецептам» Тесла. Это катушка Тесла. Увидев ее один раз, вы никогда не забудете это невероятное и удивительное зрелище.

Объект исследования: катушка Тесла.

Предмет исследования: электромагнитное поле катушки Тесла, высокочастотные разряды в газе.

Цель исследования: изготовить высокочастотную катушку Тесла и на основе собранной действующей установки провести эксперименты.

Объект, предмет и цель исследования обусловили постановку следующей гипотезы: вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности, способное передавать электрический ток беспроводным способом.

Задачи:

1. Изучить литературу по проблеме исследования.

2. Познакомиться с историей изобретения и принципом работы катушки Тесла.

3. Поиск деталей и изготовление катушки Тесла.

4. Провести социологический опрос среди учащихся 7-11 классов «Федоровской СОШ№5».

5. Провести расчеты характеристик катушки Тесла и опыты, демонстрирующие ее работу.

6. Подготовить фото и видеоотчет о проделанной работе для ознакомления учащихся 9-11 классов.

Методы исследования:

1. Эмпирические: наблюдение высокочастотных электрических разрядов в газовой среде, исследование, эксперимент.

2. Теоретические: конструирование катушки Тесла, анализ литературы, статистическая обработка результатов.

Этапы исследования:

1. Теоретическая часть. Изучение литературы по проблеме исследования.

2. Практическая часть. Изготовление трансформатора Тесла и демонстрация невероятных свойств электромагнитного поля катушки Тесла

Новизна: заключается в том, что, как и многие изобретатели-экспериментаторы, я

впервые, изучив научно-популярную литературу, собрал катушку Тесла и в рамках проведения Международного года света и световых технологий-2015 провел серию опытов и тем самым, показал значимость трудов Тесла.

Практическая значимость: результат работы носит просветительный характер, это позволит, повысит заинтересованность учеников к углубленному изучению таких предметов, как физика, юных исследователей — к исследовательской деятельности, и возможно для кого-то определит область дальнейшей деятельности.

1. Теоретическая часть

I.1.Никола Тесла и его изобретения

Что мы знаем о Николе Тесла и его работах? Простому обывателю деятельность Тесла безразлична и неинтересна. В школах и институтах о Тесла упоминается только когда говорят об одноименной единице индуктивности. Так общество «отблагодарило» великого практика за весь вклад, который он внес в развитие электротехники. Вся его деятельность окутана завесой таинственности, а многие просто считают его шарлатаном от науки. Попытаемся рассмотреть значимость «наследия» Тесла.

НИКОЛА ТЕСЛА — изобретатель в области электротехники и радиотехники, инженер, физик. Родился и вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США.

Также он известен как сторонник существования эфира: известны многочисленные его опыты и эксперименты, целью которых было показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике. Именем Н. Тесла названа единица измерения плотности магнитного потока. Современники-биографы считали Тесла «человеком, который изобрёл XX век» и «святым заступником» современного электричества. Ранние работы Тесла проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение.

До 1882 года Тесла работал инженером-электриком в правительственной телеграфной компании в Будапеште. В феврале 1882 года Тесла придумал, как можно было бы использовать в электродвигателе явление, позже получившее название вращающегося магнитного поля. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя, а в 1883 году демонстрировал работу двигателя в мэрии Страсбурга.

6 июля 1884 года Тесла прибыл в Нью-Йорк. Он устроился на работу в компанию Томаса Эдисона в качестве инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока. Эдисон довольно холодно воспринимал новые идеи Тесла и всё более открыто высказывал неодобрение направлению личных изысканий изобретателя. Весной 1885 года Эдисон пообещал Тесле 50 тыс. долларов, если у него получится конструктивно улучшить электрические машины постоянного тока, придуманные Эдисоном. Никола активно взялся за работу и вскоре представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики. Одобрив все усовершенствования, в ответ на вопрос о вознаграждении Эдисон отказал Тесле. Оскорблённый Тесла немедленно уволился.

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. Эти годы были наиболее плодотворными, именно тогда он запатентовал большинство своих изобретений.

В конце 1896 года Тесла добился передачи радиосигнала на расстояние 48 км.

В Колорадо Спрингс Тесла организовал небольшую лабораторию. Для изучения гроз Тесла сконструировал специальное устройство, представляющее собой трансформатор, один конец первичной обмотки которого был заземлён, а второй соединялся с металлическим шаром на выдвигающемся вверх стержне. К вторичной обмотке подключалось чувствительное самонастраивающееся устройство, соединённое с записывающим прибором. Это устройство позволило Николе Тесле изучать изменения потенциала Земли, в том числе и эффект стоячих электромагнитных волн, вызванный грозовыми разрядами в земной атмосфере. Наблюдения навели изобретателя на мысль о возможности передачи электроэнергии без проводов на большие расстояния.

Следующий эксперимент Тесла направил на исследование возможности самостоятельного создания стоячей электромагнитной волны. На огромное основание трансформатора были намотаны витки первичной обмотки. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. При пропускании через первичную катушку переменного напряжения в несколько тысяч вольт во вторичной катушке возникал ток с напряжением в несколько миллионов вольт и частотой до 150 тысяч герц.

При проведении эксперимента были зафиксированы грозоподобные разряды, исходящие от металлического шара. Длина некоторых разрядов достигала почти 4,5 метров, а гром был слышен на расстоянии до 24 км.

На основании эксперимента Тесла сделал вывод о том, что устройство позволило ему генерировать стоячие волны, которые сферически распространялись от передатчика, а затем с возрастающей интенсивностью сходились в диаметрально противоположной точке земного шара, где-то около островов Амстердам и Сен-Поль в Индийском океане.

В 1917 году Тесла предложил принцип действия устройства для радиообнаружения подводных лодок.

Одним из его самых знаменитых изобретений является Трансформатор (катушка) Тесла.

Трансформатор Тесла, также катушка Тесла — устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала.

Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов.

После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения.

Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

I.2. Схема установки катушки Тесла

Резонансный генератор, катушка или трансформатор Тесла – гениальное изобретение великого сербского изобретателя, физика и инженера. Трансформатор состоит из двух катушек, у которых нет общего железного сердечника. На первичной обмотке должно быть не менее десятка витков толстой проволоки. На вторичную наматывают уже как минимум 1000 витков. Учтите, что катушка Тесла обладает таким коэффициентом трансформации, который в 10-50 раз больше, чем отношение количества витков на второй обмотке к первой. На выходе напряжение такого трансформатора может превышать несколько миллионов вольт. Именно это обстоятельство и обеспечивает возникновение зрелищных разрядов, длина которых может достигать сразу нескольких метров. Очень важно: и конденсатор, и первичная обмотка обязательно должны, в конечном счете, образовывать специфический колебательный контур, входящий в состояние резонанса с вторичной обмоткой. К Схема установки катушки Тесла предполагает силу тока 5-8 А.Максимальное значение этой величины, которое еще оставляет шанс на выживание, равно 10 А. Так что при работе ни на секунду не забывайте о простейших мерах предосторожности.

В Интернете можно найти разные варианты изготовления источников высокой частоты и напряжения. Мы выбрали одну из схем (Приложение 2), которая состоит из:

1. Источник питания (220В – 24 В)

2. Переменный резистор

3. Резистор

4. Первичная катушка (9 витков)

5. Вторичная катушка (1000 витков)

6. Транзистор на радиаторе (MJE 13007)

2. Практическая часть

II.1 Социологический опрос среди обучающихся 7-11 классов ФСОШ№5

В опросе приняло участие 325 человек. Были предложены вопросы:

1. Слышали ли Вы об изобретениях Никола Тесла (катушка Тесла)?

2. Хотели бы Вы увидеть серию экспериментов применения катушки Тесла?

После обработки результатов, итог следующий: 176 обучающихся слышали об изобретениях Тесла, 156 учащихся — не слышали. 97 человек видели видео экспериментов по сети Интернет, 228 не имеют представления, как выглядит катушка и ее применение. Все, 325 учащихся хотели бы посмотреть результат исследовательской работы и серию опытов применения катушки Тесла.

II.2 Сборка катушки Тесла

Обратимся к устройству, которое сейчас известно, как трансформатор (катушка) Тесла. Во всем мире «тесластроители» ежегодно воспроизводят его многочисленные модификации. Основной целью у большинства таких радиолюбителей Тесла, является получение световых и звуковых эффектов, достигаемых в экспериментах с высоким напряжением, которое присутствует на выходе высоковольтной катушки трансформатора Тесла (ТТ). Многих также привлекают идеи Тесла по генерации энергии большой мощности, а еще более привлекательным, является попытка создания «сверхединичного» (СЕ) устройства на основе ТТ. Эта сфера альтернативной науки.

Установку я собирал сам на основе схемы (Приложение 2, Рис.1, 2, 3, 4, 5). Катушка, намотанная на каркасе от пластмассовой (сантехнической) трубы с диаметром 5 см. Первичная обмотка содержит всего 9 витков, провод диаметром 1,5 мм, был использован одножильный медный провод в резиновой изоляции. Вторичная обмотка содержит 1000 витков провода 0,1 мм. Вторичная обмотка мотается аккуратно, виток к витку. Это устройство производит высокое напряжение при высокой частоте. Катушка Теслы — это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния. В ходе исследования я продемонстрирую действие изготовленной мною катушки Тесла (Приложение 3, Рис.6).

II.3 Расчет основных характеристик изготовленной катушки Тесла

• ЭДС: 24 В. Два аккумулятора от шуруповёрта по 12 В каждый.

• Сопротивление: R=50075 Ом. R= R₁+ R₂ (последовательное соединение) Внутренним сопротивлением источника, проводов, обмоток посчитано необходимым, пренебречь. 1)Переменный резистор (Реостат) 50 КОм. 2)Резистор 75 Ом.

• Сила тока: 0,5 мА. Рассчитано из закона Ома для полной цепи I= ЭДС/ R+r

и проверено амперметром.

• Входное напряжение: 24 В.

• Выходное напряжение: ~2666,7 В.

• Коэффициент трансформации – это величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

K=U₁/U₂=N₁/N₂, где

N₁ — число витков на первичной обмотке трансформатора

N2— число витков на вторичной обмотке трансформатора

U1 — напряжение на первичной обмотке трансформатора

U2— напряжение на вторичной обмотке трансформатора

при условии K < 1, U2 > U1, N2> N1 – повышающий трансформатор

при условии K >1, U1> U2, N1> N2 – понижающий трансформатор

K=U₁/U₂ =24/2667=0,009 < 1 повышающий трансформатор

K= N₁/N₂ =9/1000=0,009 < 1 повышающий трансформатор

Построим график зависимости выходного напряжения от числа витков вторичной катушки (Приложение 4). Из диаграммы видно, чем больше число витков на вторичной обмотке, тем больше выходное напряжение катушки.

ВЫВОД: разряды катушки не являются опасными для человеческого организма при кратковременном воздействии, так как сила тока ничтожно мала, а частота и напряжение слишком высоки.

II.4 Экспериментальные опыты применения катушки Тесла

С готовой катушкой Тесла можно провести ряд интересных опытов, соблюдая правила безопасности. Для проведения опытов у вас должна быть очень надежная проводка, иначе беды не избежать. К выходной катушке высокого напряжения можно даже прикоснуться куском металла. Почему при прикосновении к источнику напряжения 250000 В высокой частоты 500 кГц с экспериментатором ничего не случается? Ответ прост. Николой Тесла была открыта и эта «страшная» тайна – токи высоких частот при высоких напряжениях безопасны.

Во время работы катушка Тесла создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают катушки Тесла ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Тесла производит несколько видов разрядов:

• Спарк — это искровой разряд. Также имеет место особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.

• Стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Протекает от терминала катушки прямо в воздух, не уходя в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.

• Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

• Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга

Интересно заметить, что некоторые ионные химические вещества, нанесённые на разрядный терминал, способны менять цвет разряда. Например, ионы натрия меняют обычный окрас спарка на оранжевый, а бора — на зелёный, марганца – на синий, лития – на малиновый окрас.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление это связано с превращением стримеров в искровые каналы, который сопровождается резким возрастанием силы тока и энергии, выделяющейся в них.

С помощью изготовленной катушки Тесла демонстрирую множество красивых и эффектных экспериментов. Демонстрации с использованием трансформатора. Пронаблюдаем разряды.

Демонстрация №1. Демонстрация газовых разрядов. Стример, спарк, дуговой разряд.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, отвертка.

При включении катушки, с терминала начинает выходить разряд, который в длину 6-7 мм. (Приложение 5, Рис.7, 8).

Демонстрация №2. Демонстрация тлеющего разряда. Свечение спектральных трубок, наполненных инертными газами: гелием, водородом, неоном.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, набор спектральных трубок.

При поднесении этих ламп к катушке Тесла, мы будем наблюдать, как газ, которыми наполнены трубки, будет светиться (Приложение 6, Рис.9, 10,11).

Демонстрация №3. Демонстрация разряда в люминесцентной лампе и лампе дневного света (ЛДС).

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, люминесцентная лампа, лампа дневного света.

Наблюдается разряд в люминесцентной лампе (Приложение 7, Рис.12, 13).

Демонстрация №4. Эксперимент с линейками.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, металлическая линейка, деревянная линейка.

При внесении металлической линейки в разряд стример ударяется об нее, при этом линейка остается холодной. При внесении деревянной линейки в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд линейка загорается (Приложение 8, Рис.14, 15, 16).

Демонстрация №5. Эксперимент с бумагой.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, бумага.

При внесении бумаги в разряд, стример быстро охватывает ее поверхность и через несколько секунд бумага вспыхивает (Приложение 9, Рис.17).

Демонстрация №6. Эксперимент с венчиком.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы, заранее припаиваем к терминалу (Приложение 10, рис.18).

Демонстрация №7. Дерево из плазмы.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, тонкий многожильный провод.

Разветвляем жилы, у заранее зачищенного от изоляции провода, и прикручиваем к терминалу (Приложение 11, Рис.19,20, 21, 22).

Демонстрация №8. Ионный мотор.

Оборудование: катушка (трансформатор) Тесла, пластина-крест.

К терминалу трансформатора прикручиваем иглу, сверху по центру устанавливаем пластину-крест. После включения катушки из 4 концов креста начинают выходить стримеры и под их действием пластина начинает вращаться (Приложение 12, Рис.23).

II.5 Современное применение идей Тесла

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электрогенераторы являются основными элементами в генерации электроэнергии на ГЭС, АЭС, ТЭС и т. д.

Электродвигатели, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления), но и в военной сфере, в гражданской сфере, в вопросах военной, гражданской и внутренней, а также и внешней безопасности стран и т. п.

Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки мобильных телефонов или ноутбуков.

Переменный ток, впервые полученный Тесла, является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния

Оригинальные современные противоугонные средства для автомобилей работают по принципу все тех же катушек.

Использование в развлекательных целях и шоу.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов, беспроводной передачи данных и беспроводной передачи энергии.

В фильмах эпизоды строятся на демонстрации трансформатора Тесла, в компьютерных играх.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Он используется для поджига газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах.

Основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое. В основном это связано со значительными трудностями при необходимости управляемого отбора высоковольтной мощности или тем более передача её на расстояние от трансформатора, так как при этом устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура.

Вывод: неверно считать, что катушка Тесла не имеет широкого практического применения. Перечисленные мною выше примеры ярко об этом свидетельствуют. Тем не менее, основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое (Приложение 13, Рис.24).

II.6. Фото и видео отчет проведения исследования

В приложении фото отчет, видео отчет прилагается к работе на электронном носителе. Буклет-памятка «Современное применение идей Тесла» (Приложение 14).

Заключение

Одной из самых ярких, интересных и неординарных личностей среди ученых-физиков является Никола Тесла. Почему-то его несильно жалуют на страницах школьных учебников физики, хотя без его трудов, открытий и изобретений трудно представить себе существование обыденных, казалось бы, вещей, таких как, например, наличие электротока в наших розетках. Подобно Ломоносову, Никола Тесла опередил своё время и не получил заслуженного признания при жизни, впрочем, и поныне его труды не оценены по достоинству.

Тесла удалось соединить в одном приборе свойства трансформатора и явление резонанса. Так был создан знаменитый резонанс-трансформатор, сыгравший огромную роль в развитии многих отраслей электротехники, радиотехники и широко известный под названием «трансформатора Тесла«.

Трансформатор (катушка) Тесла — удивительное устройство, позволяющее получить мощный интенсивный поток автоэлектронной эмиссии чрезвычайно экономичным способом. Однако его уникальные свойства и полезные применения далеко еще не исчерпаны.

Бесспорно, Никола Тесла является интересной фигурой с точки зрения на перспективу использования на практике его нетрадиционных идей. Сербскому гению удалось оставить заметный след в истории науки и техники.

Его инженерные разработки нашли применение в области электроэнергетики, электротехники, кибернетики, биофизике, медицине. Деятельность изобретателя окутана мистическими рассказами, среди которых надо выбрать именно те, в которых содержится правдивая информация, действительные исторические факты, научные достижения и конкретные результаты.

Вопросы, которыми занимался Никола Тесла, остаются актуальными и сегодня. Их рассмотрение позволяет творческим инженерам и студентам физических специальностей шире смотреть на проблемы современной науки, отказаться от шаблонов, научиться отличать правду от вымысла, обобщать и структурировать материал. Поэтому взгляды Н. Тесла можно считать актуальными ныне не только для исследований в области истории науки и техники, но как достаточно действенной средство поисковых работ, изобретение новых технологических процессов и использования новейших технологий.

В результате моих исследований гипотеза подтвердилась: вокруг катушки Тесла образуется электромагнитное поле огромной напряженности, способное передавать электрический ток беспроводным способом:

• лампочки, наполненные инертным газом светятся вблизи катушки, следовательно, вокруг установки действительно существует электромагнитное поле высокой напряженности;

• лампочки загорались сами по себе у меня в руках на определенном расстоянии, значит, электрический ток может передаваться без проводов.

Необходимо отметить и еще одну важную вещь: действие этой установки на человека: как Вы заметили при работе меня не било током: токи высокой частоты, которые проходят по поверхности человеческого организма не причиняют ему вреда, наоборот, оказывают тонизирующее и оздоровительное действие, это используется даже в современной медицине (из научно-популярной литературы). Однако надо заметить, что электрические разряды, которые Вы видели, имеют высокую температуру, поэтому долго ловить молнию руками не рекомендуется!

Никола Тесла заложил основы новой цивилизации третьего тысячелетия и его роль нуждается в переоценке. Только будущее даст настоящее объяснение явлению Теслы.

Шесть опытов с катушкой Томсона « Учи физику!

Катушка Томсона — несложный прибор, с которым раньше демонстрировали на уроках физики различные эффекты, возникающие при взаимодействии проводников с переменным магнитным полем. На школьных концертах с его помощью показывали забавные электрофокусы, устраивали веселые вечера занимательной науки.
Представьте себе сцену, на ней — стол, покрытый скатертью. Вы кладете на стол алюминиевое кольцо, и оно вдруг неожиданно взлетает вверх. Сковорода, поставленная на стол, сама по себе нагревается, и вода, налитая в нее, закипает, вспыхивает поднесенная к столу электрическая лампа, хотя к ней и не тянутся провода… Вот такие забавные опыты демонстрировали школьники… спрятав катушку Томсона под стол (рис.1).

Хотелось бы сразу предупредить: этот прибор рассчитан на большой ток, примерно 10— 13 ампер, поэтому пользоваться катушкой Томсона можно только в помещении, где имеется соответствующая силовая проводка. И конечно, в присутствии учителя. Работать будем с напряжением 127 В, поэтому вам потребуется понижающий трансформатор.

Сначала расскажем, как сделать катушку Томсона. Она собирается из -деревянного каркаса, железного сердечника и обмотки (рис. 1), Сердечник набран из пластин’ трансформаторной стали шириною 50 мм и- длиной 380 мм. (Если в вашем распоряжении окажутся пластины другой ширины, количество их должно быть таким, чтобы площадь сердечника была не менее 25 см2.)

Пластины покройте лаком -с каждой стороны. Заизолированные таким образом пластины соберите в пакет, вставьте его в каркас.
Неплотно подогнанные пластины будут «гудеть», и зритель срезу обнаружит это. Поэтому перед укладкой пластин в каркас покройте их эпоксидным клеем. Сердечник можно сделать м из кусков стальной отожженной проволоки диаметром 2—3 мм. Выбирайте только мягкую проволоку» упругая, сталистая не годится. Куски проволоки покрасьте краской. Если вы будете собирать сердечник из проволоки, отверстие в каркасе катушки нужно увеличить до площади 36 см2. Перед укладкой проволоку тоже смажьте эпоксидным клеем, чтобы получился монолитный пучок-сердечник.

По собранному сердечнику склейте из фанеры каркас катушки. Обмотка выполняется виток к витку проводом диаметром в 2,4 мм с двойной бумажной изоляцией. В одном слое должно уместиться около 90 витков. А всего их 9. Каждый слой промажьте быстросохнущим лаком, а потом оберните обмотку калькой. И так каждый слой. Испытывать готовую катушку можно только после того, как лак затвердеет. При демонстрации опытов следите, чтобы обмотка не перегревалась. А теперь расскажем о самих опытах-фокусах.

Опыт I
Итак, катушка -Спрятана под столом. Вы берете массивную алюминиевую сковороду, наливаете в нее немного воды и ставите на стол, предварительно положив на него кусок асбеста. По вашему (конечно, незаметному для зрителя) сигналу находящийся за кулисами помощник включает ток, и через некоторое время вода в сковороде закипает (рис. 2). Происходит это потому, что под действием переменного магнитного поля катушки в сковороде возникают вихревые токи. Их ЭДС (электродвижущая сила) — доли вольта, зато величина токов большая. В результате, несмотря на незначительное сопротивление самой сковороды, на поверхности ее происходит интенсивное выделение тепла.

Если вода выкипит, сковорода может сильно нагреться. Поэтому опыт нужно проводить с осторожностью и не забывать про асбестовую прокладку.
А теперь зададим себе вопрос: почему нагревается сковорода, а не крышка стола, почему к столу можно свободно поднести руку, если, конечно, на ней нет металлических предметов, например, часов или колечка! Ведь и в крышке стола, и в руке тоже возникают вихревые токи, но из-за высокого сопротивления величина их незначительная, и тепла выделяется немного.
Если же частоту тока переменного магнитного поля увеличить, что вполне возможно в промышленных  условиях, то соответственно возрастет и получаемое тепло. И тогда можно, например, сушить сырые доски. Дерево прогревается при этом равномерно — изнутри и снаружи — и быстро высыхает. Этим же способом врачи в кабинетах физиотерапии лечат насморк (УВЧ). Переменное электромагнитное поле используется и в металлургии, например, при выплавке качественных сортов стали.

Опыт II
На столе лежит алюминиевое кольцо. Вдруг оно высоко подпрыгивает и падает. Причина такого необычного поведения кольца — тоже вихревые токи. Протекая по кольцу, они превращают его в электромагнит (рис. 3). Направление тока в кольце и в катушке Томсона меняется 50 раз в секунду. Причем, если на верхнем конце сердечника катушки возникает северный магнитный полюс, то на нижней поверхности кольца тоже устанавливается такой же полюс. И наоборот.
Одноименные магнитные полюса, как известно, отталкиваются. Вот поэтому кольцо и подпрыгивает над столом.
Этот же опыт можно показать и по-другому. Пропустите через кольцо тонкую незаметную нить, и кольцо будет висеть над столом, слегка вибрируя. А можно заставить его свободно парить.

В книге Тринга и Лейтуэйта «Как изобретать?», выпущенной в русском переводе издательством «Мир» в 1980 году, описаны устройства, благодаря которым это можно сделать. Две индукционные катушки, набранные на Ш-образных сердечниках и соединенные параллельно создают электромагнитное поле, в котором может устойчиво парить (ле-витировать) ‘прямоугольная металлическая пластина (рис. 4).
На одной из международных выставок в начале пятидесятых годов с помощью подобного устройства демонстрировалась парящая в воздухе сковорода, на которой жарили яичницу.

Красивый фокус, и только — скажете вы. Но фокус этот, как показало время, пригодился в технике, в частности в металлургии, при плавке сверхчистых металлов. Металлурги знают, как трудно сохранить выплавляемый металл чистым – любое прикосновение к тиглю (емкости для металла) приводит к загрязнению. И они нашли выход – плавку без тигля. Используя левитацию, кусок металла подвешивают в вакууме, и он плавится, нагреваемый вихревыми токами.

Опыт III
Сделайте из фанеры или картона катушку, назовем ее приемной (рис. 5). Наберитесь Терпения — намотайте на катушку 1500 витков лакированной проволоки диаметром 0,25 мм и соедините концы с электропатроном. Затем привинтите к верхней щеке катушки патрон и вставьте в него 15-ваттную лампу на 127 В. Катушку и патрон обклейте цветной бумагой, чтобы получилась конусообразная коробочка. Медленно приближайте лампу к столу — по мере приближения к спрятанной под столом катушке она будет загораться все ярче и ярче. Объясняется все просто: индукционные токи в переменном магнитном поле образовали в витках катушки ток, от него и загорается лампа. Все это устройство напоминает .трансформатор, первичная обмотка которого спрятана под столом, а вторичная — в руках экспериментатора. Можно взять лампу меньшей мощности, например, от карманного фонаря или неоновую. Свечение их будет заметно на еще большем расстоянии от стола. Особенно интересный результат получается от применения светодиода, ведь для его свечения достаточно совсем немного энергии. Приемную катушку в этом случае можно сделать размером с перстень.

Опыт IV
Приклейте приемную катушку к ,дну бумажной модели автомобиля. Через любой, диод, способный выдержать ток 0,5 А, присоедините ее к микроэлектродвигателю (рис. 6). Автомобиль в этом случае будет ездить по столу без батарей, получая энергию от электромагнитного поля. При этом учтите, что электродвигатель и другие металлические детали игрушки могут перегреться и выйти из строя, поэтому показывайте опыт не более 30—40 секунд.
Этот опыт демонстрирует старую идею передачи энергии без проводов. Помните, еще герои романа «Аэлита» А. Толстого летели над Марсом на корабле, питаемом энергией электромагнитного поля. Над этой идеей работали и работают многие изобретатели разных стран.

В середине 60-х годов во Франции проводились опыты по питанию двигателя небольшого вертолета пучком сантиметровых радиоволн. (Напомним: всякое переменное электромагнитное поле можно рассматривать как радиоволны.) Хотя вертолет и летал, но питающее его устройство лог’«шилось слишком громоздким, дорогим и малоэффективным. И от него отказались. Стало ясно, что необходимо уменьшить длину радиоволн. Тогда размеры передающих и приемных антенн станут приемлемыми, а потери при передаче уменьшатся. Сейчас мы умеем получать электромагнитные волны длиною в несколько микрон и даже меньше. Это излучение создается лазерами. Во многих странах разрабатываются проекты космических ракет, получающих энергию по лучу лазера. Предполагают, что такой способ передачи энергии будет полезен даже при межзвездных перелетах.

Опыт V
На стол ставят стеклянную чашу с водой. В нее пускают полый металлический шар (рис. 7). При включении катушки Томсона шар начинает вращаться вокруг горизонтальной оси. Опыт демонстрирует принцип действия простейших двигателей переменного тока. Возникающие на поверхности шара индукционные токи как бы стремятся поднять одну из его половинок. Так возникает вращение.

На этом принципе работает электросчетчик, у которого ротором служит обычный алюминиевый диск.
Кстати, в высокочастотном электромагнитном поле ротор двигателя можно раскрутить до миллионов оборотов в минуту. Этот принцип вращения заложен, например, в установках, применяющихся для изучения прочности   конструкций  и  материалов.

Опыт VI
Налейте в тарелку соленую воду и поставьте ее на стол. Включите катушку Томсона, и на поверхности воды появятся волны. Чтобы их хорошо было видно зрителям, направьте на тарелку свет, от фонаря так, чтобы отражение от поверхности воды спроецировалось на стене (рис. 8).

Объяснение этому опыту вы, вероятно, легко дадите сами. Скажем лишь, что вихревые токи электромагнитного поля, возникающие в жидкости, оказывают на нее такое же действие, как на обычные проводники. В промышленности это явление используют при перемешивании расплавленной стали.
Вот, пожалуй, и все, что нам удалось вспомнить об опытах с катушкой Томсона.
А. ИЛЬИН, инженер
Рисунки А. МАТРОСОВА. Журнал Юный  техник.

Ты знаешь как все начиналось?

Хочу написать несколько слов об истории. Откуда взялись эти все формулы расчета индуктивностей, кто их придумал, когда, где…

В 1820 г. Ганс Христиан Эрстед показал, что протекающий по цепи электрический ток вызывает отклонение магнитной стрелки. Если электрический ток порождает магнетизм, то с магнетизмом должно быть связано появление электрического тока. Эта мысль захватила английского ученого М. Фарадея. «Превратить магнетизм в электричество», — записал он в 1822 г. в своем дневнике. Многие годы настойчиво ставил он различные опыты, но безуспешно, и только 29 августа 1831 г. наступил триумф: он открыл явление электромагнитной индукции. Фарадей первый в 1845 году употребил термин «магнитное поле».

В это же время американский физик Джозеф Генри также успешно проводил опыты по индукции токов, но пока он собирался опубликовать результаты своих опытов, в печати появилось сообщение М. Фарадея об открытии им электромагнитной индукции. Генри первый придумал покрывать изоляцией провод, благодаря чему появилась возможность наматывать многослойные катушки с большой индуктивностью, электромагниты. Катушка индуктивности, созданная Генри, хранится в известном Принстонском институте, профессором которого он был с 1832 г. Именно его именем названа единица измерения индуктивности.

Большой вклад в науку о магнетизме внес российский ученый Эмилий Христианович Ленц(1804 – 1865). В честь него индуктивность в физических формулах обозначается буквой L

 

Когда в 1831 г. М. Фарадей открыл электромагнитную индукцию, его соотечественник английский физик Джеймс Клерк Максвелл только родился. В дальнейшем он стал основоположником классической электродинамики и создателем теории электромагнитного поля. В 1873 году увидел свет его «Трактат об электричестве и магнетизме», который ознаменовал собой новую эру в науке об электричестве и магнетизме, да и во всей физике!
Дальнейшее развитие теория Максвелла получила в трудах нидерландского физика Н.А. Лоренца (1853—1928), который создал классическую электронную теорию

Воистину гением был сербско-хорватский ученый, изобретатель Никола Тесла (1856-1943), именем которого названа единица магнитной индукции. Это он придумал и создал генератор многофазного переменного тока. Наша современная система производства и распределения электроэнергии неразрывно связана с его именем. В 1888 Тесла открыл явление вращающегося магнитного поля, на основе которого построил электрогенераторы высокой и сверхвысокой частот. Еще при его жизни многие работы Тесла были окружены ореолом мистики и таинственности, чему в немалой степени он сам способствовал демонстрацией опытов и публикациями в прессе.

---

Так откуда же эти формулы?. Первые формулы для расчета индуктивностей были предложены еще в XIX веке Максвеллом и Лоренцом. Формулы включали в себя эллиптические интегралы и были достаточно сложны для практических расчетов. В тоже время они не обладали абсолютной точностью, т.к. предполагали что катушка намотана бесконечно тонким проводом. К тому же в то время еще не определились с единицами измерения индуктивности. Тесла мало пользовался расчетами и больше полагался на свою интуицию и гениальный дар.

В 1909 году японский физик Хантаро Нагаока (1865–1950) преобразовал формулу Лоренца и привел ее к виду, из которого вытекало, что индуктивность зависит исключительно от формы и размеров катушки. Вот эта формула:

K_L — т.н. коэффициент Нагаока, учитывающий форм-фактор катушки, при расчете которого применялись те же самые эллиптические интегралы из формулы Лоренца.

 Если бы в то время были компьютеры, то расчет эллиптических интегралов не вызвал бы трудностей. Но тогда приходилось пользоваться толстыми таблицами и вести достаточно рутинные расчеты, что, конечно не вызывало энтузиазма у конструкторов. Это продолжалось до 1928 года, когда 25-и летний американский инженер Харольд Вилер (Harold Alden Wheeler (1903-1996)) предложил ряд простых эмпирических формул для расчета индуктивностей, которыми радиолюбители пользуются до сих пор. Например, для многослойной катушки

L (uH) = 0.8 * a^2 * n^2 / (6*a + 9*b + 10*c )

Размерность в дюймах. Эти формулы, адаптированные к метрической системе использует и Coil32.
В Coil32 для Linux и в онлайн калькуляторе используется более сложная формула для расчета однослойных катушек, которая является усовершенствованной версией формулы, предложенной тем же Вилером в 1982 году. Ведь спустя 54 года появилась техническая возможность считать точнее по более сложной формуле.
Кроме формул для расчета индуктивностей, Вилер оставил свой вклад в радиотехнику изобретением приемника с АРУ в 1925 году, а также в области акустики, малогабаритных антенн для подвижной связи, телевидения.

Для расчета однослойных катушек известна также формула Ричарда Лундина, также американского инженера, которую он опубликовал в 1985 г. Она состоит из двух частей, одна для длинных, вторая для коротких катушек, где рассчитывается коэффициент Нагаока без применения эллиптических интегралов. Формула дает хорошее согласование с моделью Лоренца с точностью не хуже ±0.0003% Здесь онлайн калькулятор считающий по этой формуле

Что касается многослойной катушки, то формула Вилера имеет существенные ограничения по точности и расчет с применением эллиптических интегралов, «по первоисточникам» — более предпочтителен. Coil32 для Windows и Android использует численный метод расчета однослойной катушки, позволяющий учесть шаг намотки.

Генерация электрического тока. Видеоурок. Физика 11 Класс

Начиная изучать тему «Электромагнитная индукция», мы отметили, что это явление лежит в основе всей современной цивилизации. Даже личный комфорт каждого человека напрямую связан с этим явлением. На данном уроке, тема которого: «Генерация электрического тока», мы узнаем, как создается электроэнергия, которая поступает в каждый дом, каждую квартиру.

В основе явления электромагнитной индукции лежит возникновение индукционного тока в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Таким образом, если создать систему, в которой магнитный поток, пронизывающий контур, меняется постоянным образом, то такая система генерировала бы электрический ток непрерывно. При этом совершенно неважно, происходит ли движение магнита относительно контура или движение контура относительно магнита.

Машина, в которой магнитный поток, пронизывающий контур, меняется непрерывно периодическим образом, при этом генерируя электрический ток, называется генератором электрического тока.

Рис. 1. Генератор электрического тока

На рисунке 1 представлена модель генератора переменного тока. В этой модели две токопроводящие катушки (1) закреплены на валу и могут вращаться между полюсами магнитов (2). Вал соединен с помощью ременной передачи (3) с колесом (4), которое приводится во вращение вручную. Другой конец вала имеет скользящие контакты (5) (контакты с выводами катушки). На скользящих контактах возникает электрическое напряжение, приблизительно равное ЭДС индукции. Вращающаяся часть генератора называется ротор, неподвижная – статор.

Рис. 2. Гидроэлектростанция

Рис. 3. Теплоэлектростанция

По принципу представленной модели работают все генераторы переменного тока, в частности и самые мощные, которые называются электростанциями. В зависимости от способа, которым приводится во вращение ротор электростанции, они подразделяются на разные типы. На гидроэлектростанциях (см. Рис. 2) вращение ротора происходит за счет энергии падающей воды; на теплоэлектростанциях (см. Рис. 3) – за счет работы водяного пара, получаемого при сжигании топлива; на атомных электростанциях (см. Рис. 4) – также за счет работы водяного пара, который получается из-за выделения атомной энергии.

Рис. 4. Атомная электростанция

Одним из первых конструкторов гидроэлектростанции был английский промышленник и инженер Джозеф Свон. Он владел поместьем, по территории которого протекала река. На берегу реки англичанин установил водяное колесо, которое приводило во вращение катушку, расположенную между двумя большими магнитами. К катушке Свон присоединил провода и впервые в истории человечества осветил собственный дом электрическим светом.

Известно, что при протекании электрического тока в проводнике выделяется тепло (по закону Джоуля – Ленца), следовательно, происходят потери энергии. Если учесть, что между электростанцией и потребителем протягивают линии электропередач на очень большие расстояния, то в этих проводах должны происходить очень большие потери энергии.

Способы повышения эффективности электростанции и понижения потерь энергии обсудим на следующих уроках, посвященных электромагнитной индукции.

 

Список литературы

1. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2010.
2. Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е. Физика. 10 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений и шк. с углубл. изучением физики. – М.: Просвещение, 2011.
3. Куперштейн Ю.С. Физика. Опорные конспекты и дифференцированные задачи. 11 класс. – СПб.: БХВ – Петербург, 2007.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Fizikaklass.ru (Источник).
2. Class-fizika.narod.ru (Источник).
3. 5klass.net (Источник).

 

Домашнее задание

1. На каком принципе основана работа генераторов переменного тока?
2. Назовите основные типы электростанций. Приведите примеры электростанций различных типов.
3. С какой целью в генераторе электрического тока используют скользящие контакты?