Сочетание нескольких физических законов в одном приборе воспринимается далёкими от физики людьми как чудо или фокус: вылетающие разряды, похожие на молнии, светящиеся вблизи катушки люминесцентные лампы, не подключённые к обычной электросети и т.д. При этом собрать катушку тесла своими руками можно из стандартных деталей, продающихся в любом магазине электротехники. Настройку устройства разумнее делегировать тем, кто знаком с принципами электричества, либо тщательно изучить соответствующую литературу.

Как Тесла изобрёл свою катушку

Одним из направлений работы Никола Тесла в конце девятнадцатого столетия стала задача передачи электрической энергии на большие расстояния без проводов. 20 мая 1891 года на своей лекции в университете штата Колумбия (США) он продемонстрировал сотрудникам Американского института электроинженерии удивительный прибор. Принцип его действия лежит в основе современных энергосберегающих люминесцентных ламп.

Во время экспериментов с катушкой Румкорфа по методике Генриха Герца Тесла обнаружил перегревание стального сердечника и плавление изоляции между обмотками при подключении к прибору высокоскоростного генератора переменного тока. Тогда он принял решение модифицировать конструкцию, создав воздушный зазор между обмотками и перемещая сердечник в различные положения. Он добавил в схему конденсатор, препятствующий выгоранию катушки. 

Принцип работы катушки тесла и применение

Это резонансный трансформатор, в основе работы которого лежит следующий алгоритм:

• конденсатор заряжается от высоковольтного трансформатора;
• при достижении необходимого уровня заряда происходит разрядка с проскакиванием искры;
• в первичной катушке трансформатора происходит замыкание, приводящее к возникновению колебаний;
• перебирая точку подключения к виткам первичной катушки, изменяют сопротивление и настраивают всю схему.

В результате высокое напряжение в верхней части вторичной обмотки приведёт к появлению впечатляющих разрядов в воздухе. Для большей наглядности принцип действия устройства сравнивают с качелями, которые раскачивает человек. Качели — это колебательный контур из трансформатора, конденсатора и разрядника, человек — первичная обмотка, ход качели — движение электрического тока, а высота подъёма — разность потенциалов. Достаточно несколько раз с определённым усилием толкнуть качели, как они поднимутся на значительную высоту.

Помимо познавательно-эстетического использования (демонстрация разрядов и светящихся без подключения к сети ламп), устройство нашло своё применение в следующих отраслях:

• радиоуправление;
• передача данных и энергии без проводов;
• дарсонвализация в медицине — обработка поверхности кожи слабыми токами высокой частоты для тонизирования и оздоровления;
• поджиг газоразрядных ламп;
• поиск течи в вакуумных системах и др.

Изготовление катушки Тесла своими руками в домашних условиях

Проектирование и создание устройства не представляет сложности для людей, знакомых с принципами электротехники и электричества. Однако даже новичку под силу будет справиться с этой задачей, если провести грамотные расчёты и скрупулёзно следовать пошаговой инструкции. В любом случае до начала работ следует обязательно ознакомиться с правилами техники безопасности для работ с высоким напряжением.

Схема

Катушка тесла представляет собой две катушки без сердечника, посылающих большой импульс тока. Первичная обмотка состоит из 10 витков, вторичная — из 1000. Включение в схему конденсатора позволяет снизить до минимума потери искрового заряда. Выходная разность потенциалов превышает миллионы вольт, что позволяет получать эффектные и зрелищные электрические разряды.

Инструменты и материалы

Для сбора и последующего функционирования катушки Тесла понадобится подготовить следующие материалы и оборудование:

• трансформатор с выходным напряжением от 4 кВ 35 мА;
• болты и металлический шарик для разрядника;
• конденсатор с рассчитанными параметрами ёмкости не ниже 0,33 µF 275 В;
• ПВХ труба диаметром 75 мм;
• эмалированная медная проволока сечением 0,3–0,6 мм — пластиковая изоляция предотвращает пробой;
• полый металлический шар;
• толстый кабель или трубка из меди сечением 6 мм.

Пошаговая инструкция по изготовлению катушки

Алгоритм изготовления катушки состоит из следующих этапов:

1. Подбор источника питания. Оптимальный вариант для новичка — трансформаторы для неоновых вывесок. В любом случае выходное напряжение на них не должно быть ниже 4кВ.
2. Изготовление разрядника. От качества этого элемента зависит общая производительность устройства. В самом простом случае это могут быть вкрученные на расстоянии в несколько миллиметров друг от друга обыкновенные болты, между которыми установлен металлический шарик. Расстояние подбирают таким образом, чтобы искра пролетала в том случае, когда только разрядник подключён к трансформатору.
3. Расчёт ёмкости конденсатора. Резонансную ёмкость трансформатора умножают на 1,5 и получают искомую величину. Конденсатор с заданными параметрами разумнее приобрести готовый, поскольку при отсутствии достаточного опыта сложно собрать этот элемент самостоятельно, чтобы он работал. При этом могут возникнуть сложности с определением его номинальной ёмкости. Как правило, при отсутствии большого элемента конденсаторы катушки представляют собой сборку из трёх рядов по 24 конденсатора в каждом. При этом на каждом конденсаторе должен быть установлен гасящий резистор 10 МОм.
4. Создание вторичной катушки. Высота катушки равна пяти её диаметрам. Под эту длину подбирают подходящий доступный материал, например, поливинилхлоридную трубу. Её обматывают медной проволокой в 900–1000 витков, а затем покрывают лаком для сохранения эстетичного внешнего вида. К верхней части прикрепляют полый шар из металла, а нижнюю часть заземляют. Желательно продумать отдельное заземление, так как при использовании общедомового велика вероятность выхода из строя других электроприборов. Если готовый металлический шар отсутствует, то его можно заменить другими аналогичными вариантами, выполненными самостоятельно:
   • обернуть пластиковый шар фольгой, которую следует тщательно разгладить;
   • обмотать алюминиевой лентой гофротрубу, свёрнутую в круг.
5. Создание первичной катушки. Толщина трубки препятствует резистивным потерям, с увеличением толщины уменьшается её способность к деформированию. Поэтому сильно толстый кабель или трубка будут плохо сгибаться и трескаться в местах сгибов. Шаг между витками выдерживают в 3–5 мм, количество витков зависит от общих габаритов катушки и подбирается экспериментально, также как и место подключения устройства к источнику питания.
6. Пробный запуск. После выполнения первичных настроек запускают катушку.

Особенности изготовления других видов устройств

Для изготовления плоской катушки предварительно готовят основание, на которое последовательно укладывают два медных провода сечением 1,5 мм параллельно плоскости основания. Сверху укладку лакируют, продлевая срок службы. Внешне этот прибор представляет собой ёмкость из двух вложенных друг в друга спиральных обкладок, подключаемых к источнику питания.

Технология изготовления мини-катушки идентична выше рассмотренному алгоритму для стандартного трансформатора, но в этом случае понадобится меньше расходных материалов, а запитать её можно будет от стандартной батарейки «Крона» 9В.

Видео: как создать мини-катушку тесла

При подключении катушки к трансформатору, выводящему ток посредством музыкальных волн высокой частоты, можно получить устройство, разряды которого меняются в зависимости от ритма звучащей музыки. Используется при организации шоу и развлекательных аттракционов.

Катушка Тесла — высокочастотный резонансный трансформатор высокого напряжения. Потери энергии при высокой разнице потенциалов позволяют получать красивые электрические явления в виде молний, самозагорающихся ламп, реагирующих на музыкальный ритм разрядов и др. Собрать этот прибор можно из стандартных электротехнических деталей. Однако не следует забывать о мерах предосторожности как во время создания, так и во время использования устройства.