سیم پیچ تسلا که در سال 1891 توسط نیکولا تسلا توسعه یافت ، برای انجام آزمایشاتی در ایجاد تخلیه های الکتریکی با ولتاژ بالا ایجاد شد. این شامل یک منبع تغذیه ، یک خازن و یک ترانسفورماتور سیم پیچ به گونه ای است که قله های ولتاژ بین این دو متناوب است و الکترودها طوری تنظیم می شوند که جرقه ها بین آنها در هوا پرش می کنند. سیم پیچ تسلا که در برنامه های کاربردی از شتاب دهنده ذرات گرفته تا تلویزیون و اسباب بازی استفاده می شود ، می تواند از تجهیزات فروشگاه لوازم الکترونیکی یا از مواد اضافی ساخته شود. این مقاله نحوه ساخت سیم پیچ تسلا با جرقه را توضیح می دهد ، که با سیم پیچ تسلا حالت جامد متفاوت است و نمی تواند موسیقی پخش کند.
مراحل
قسمت 1 از 2: برنامه ریزی سیم پیچ تسلا
مرحله 1. قبل از ساختن سیم پیچ تسلا ، اندازه ، محل استقرار و قدرت مورد نیاز را در نظر بگیرید
شما می توانید به اندازه بودجه خود یک سیم پیچ تسلا بسازید. با این حال ، جرقه های صاعقه مانند سیم پیچ های تسلا حرارت تولید می کنند و هوا را در اطراف خود گسترش می دهند (در اصل ، ایجاد رعد و برق). میدان های الکتریکی آنها همچنین می تواند با دستگاه های الکترونیکی خراب شود ، بنابراین احتمالاً می خواهید سیم پیچ تسلا خود را در مکانی دور از دسترس مانند گاراژ یا کارگاه دیگر بسازید و اجرا کنید. همچنین باید در نظر بگیرید که آیا ساختن سیم پیچ تسلا از یک کیت منطقی تر است یا جمع آوری مواد از ابتدا. هر دو مزایا و معایبی در زمینه هزینه ، زمان ساخت ، منابع برای کمک و قابلیت اطمینان دارند.
برای درک میزان جرقه ای که می توانید در آن جابجا شوید یا چقدر قدرت لازم برای کارکردن آن را دارید ، طول فاصله جرقه را بر حسب اینچ بر 1.7 تقسیم کرده و آن را مربع کنید تا قدرت ورودی بر حسب وات تعیین شود. (برعکس ، برای یافتن طول فاصله جرقه ، ریشه مربع توان را در وات در 1.7 ضرب کنید.) یک سیم پیچ تسلا که فاصله جرقه ای از 60 اینچ (150 سانتی متر) (1.5 متر) ایجاد می کند ، به 1 ، 246 وات نیاز دارد. (سیم پیچ تسلا با استفاده از منبع تغذیه 1 کیلوواتی فاصله جرقه ای تقریبا 54 اینچی یا 1.37 متر ایجاد می کند.)
مرحله 2. اصطلاحات را بیاموزید
طراحی و ساخت سیم پیچ تسلا مستلزم درک اصطلاحات و واحدهای اندازه گیری علمی خاصی است. شما باید هدف و عملکرد آنها را برای درست ساختن سیم پیچ تسلا درک کنید. در اینجا برخی از اصطلاحاتی که باید بدانید آورده شده است:
- ظرفیت خازنی توانایی نگه داشتن بار الکتریکی یا مقدار بار الکتریکی ذخیره شده برای ولتاژ معین است. (دستگاهی که برای نگه داشتن بار الکتریکی طراحی شده است خازن نامیده می شود.) واحد اندازه گیری خازن فاراد است (به اختصار "F"). فاراد 1 آمپر ثانیه (یا کولنب) در ولت تعریف می شود. عموماً ظرفیت خازنی در واحدهای کوچکتر مانند میکروفاراد (مخفف "uF") ، یک میلیونیم فاراد یا پیکوفراد (به اختصار pF و گاهی اوقات "پف" خوانده می شود) ، یک تریلیونیم فاراد اندازه گیری می شود.
- سلف ، یا خود القایی ، مقدار ولتاژی است که یک مدار الکتریکی به ازای مقدار جریان در مدار حمل می کند. (خطوط برق فشار قوی ، که دارای ولتاژ بالا اما جریان کم هستند ، دارای اندوکتانس بالا هستند.) واحد اندازه گیری سلف ، هنری (به اختصار "H") است. هنری به عنوان 1 ولت ثانیه بر آمپر جریان تعریف می شود. به طور معمول ، اندوکتانس در واحدهای کوچکتر اندازه گیری می شود ، مانند millihenry (به اختصار "mH") ، یک هزارم یک henry ، یا microhenry (به اختصار "uH") ، یک میلیونیم یک henry.
- فرکانس رزونانس یا فرکانس رزونانس ، فرکانسی است که در آن مقاومت در برابر انتقال انرژی در حداقل است. (برای سیم پیچ تسلا ، این نقطه عملکرد بهینه برای انتقال انرژی الکتریکی بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه است.) واحد اندازه گیری فرکانس تشدید هرتز (به اختصار "هرتز") است که به صورت 1 چرخه در ثانیه تعریف می شود. به طور معمول ، فرکانس رزونانس بر حسب کیلوهرتز (به اختصار "kHz") اندازه گیری می شود و کیلوهرتز برابر با 1000 هرتز است.
مرحله 3. قطعات مورد نیاز خود را جمع آوری کنید
شما به یک ترانسفورماتور منبع تغذیه ، یک خازن اولیه با ظرفیت بالا ، یک مجموعه جرقه ، یک سیم پیچ سلف اولیه با اندوکتانس کم ، یک سیم پیچ سلف ثانویه با سلف بالا ، یک خازن ثانویه با ظرفیت کم و چیزی برای سرکوب یا خفه شدن نیاز دارید. ، پالس های نویز فرکانس بالا هنگام کار سیم پیچ تسلا ایجاد می شود. برای اطلاعات بیشتر در مورد قطعات ، به بخش بعدی ، "ساخت سیم پیچ تسلا" مراجعه کنید.
منبع تغذیه/ترانسفورماتور شما از طریق چوک ها به مدار اصلی یا مخزن تغذیه می کند که خازن اولیه ، سیم پیچ سلف اولیه و مجموعه شکاف جرقه را متصل می کند. سیم پیچ سلف اولیه در مجاورت سیم پیچ سلف مدار ثانویه که به خازن ثانویه متصل است ، اما سیم کشی نشده است. هنگامی که خازن ثانویه بار الکتریکی کافی ایجاد کرد ، جریانهای الکتریکی (برق) از آن تخلیه می شوند
قسمت 2 از 2: ساخت سیم پیچ تسلا
مرحله 1. ترانسفورماتور منبع تغذیه خود را انتخاب کنید
ترانسفورماتور منبع تغذیه شما تعیین می کند که چقدر می توانید سیم پیچ تسلا خود را بزرگ کنید. اکثر سیم پیچ های تسلا با ترانسفورماتور کار می کنند که ولتاژ بین 5 تا 15 هزار ولت را در جریان بین 30 تا 100 میلی آمپر ایجاد می کند. می توانید ترانسفورماتور را از فروشگاه مازاد کالج یا از اینترنت تهیه کنید ، یا ترانسفورماتور را از روی یک تابلوی نئون بخورید.
مرحله 2. خازن اولیه را بسازید
بهترین راه برای ایجاد این خازن سیم کشی تعدادی خازن کوچک به صورت سری است به طوری که هر خازن سهم مساوی از ولتاژ کل مدار اولیه را بر عهده دارد. (این امر مستلزم این است که هر خازن جداگانه دارای خازنی مشابه سایر خازن های سری باشد.) این نوع خازن را خازن چند مینی یا MMC می نامند.
- خازنهای کوچک و مقاومتهای ناشی از خونریزی آنها را می توانید از فروشگاههای لوازم الکترونیکی تهیه کنید ، یا می توانید خازنهای سرامیکی را از تلویزیونهای قدیمی جستجو کنید. همچنین می توانید خازن ها را از ورقه های پلی اتیلن و فویل آلومینیوم بسازید.
- برای به حداکثر رساندن توان خروجی ، خازن اصلی باید بتواند در هر نیم سیکل فرکانس توان تأمین شده به آن ، به ظرفیت کامل خود برسد. (برای منبع تغذیه 60 هرتز ، این بدان معناست که 120 بار در ثانیه است.)
مرحله 3. مجموعه شکاف جرقه ای را طراحی کنید
اگر در حال برنامه ریزی برای ایجاد یک جرقه هستید ، به پیچ های فلزی با ضخامت حداقل یک چهارم اینچ (6 میلی متر) احتیاج دارید تا به عنوان شکاف جرقه ای برای مقاومت در برابر حرارت ناشی از تخلیه برق بین جرقه ها عمل کند. همچنین می توانید چندین جرقه را به صورت سری سیم کشی کنید ، از شکاف جرقه ای دوار استفاده کنید یا هوای فشرده را بین جرقه ها دمیده تا دما را تعدیل کنید. (می توان از جاروبرقی قدیمی برای دمیدن هوا استفاده کرد.)
مرحله 4. سیم پیچ سلف اولیه را بسازید
سیم پیچ به خودی خود از سیم ساخته می شود ، اما برای پیچاندن سیم به شکل مارپیچ به چیزی نیاز دارید. سیم باید مفتول مسی باشد که می توانید آن را از یک فروشگاه لوازم الکتریکی تهیه کنید یا با خوردن سیم خروجی از یک دستگاه دور انداخته تهیه کنید. جسمی که سیم را دور آن می پیچید می تواند استوانه ای باشد ، مانند مقوا یا لوله پلاستیکی ، یا مخروطی ، مانند آباژور قدیمی.
طول طناب ، سلف سیم پیچ اولیه را تعیین می کند. سیم پیچ اولیه باید اندوکتانس پایینی داشته باشد ، بنابراین نسبتاً چند دور در ساخت آن استفاده خواهید کرد. می توانید برای سیم پیچ اولیه از مقاطع غیر پیوسته سیم استفاده کنید ، به طوری که در صورت لزوم می توانید مقاطع را به هم وصل کنید تا سلف در حال حرکت تنظیم شود
مرحله 5. خازن اولیه ، مجموعه جرقه و سیم پیچ سلف اولیه را به یکدیگر وصل کنید
با این کار مدار اولیه تکمیل می شود.
مرحله 6. سیم پیچ سلف ثانویه را بسازید
مانند سیم پیچ اولیه ، شما سیم را به دور یک شکل استوانه ای می پیچید. سیم پیچ ثانویه باید فرکانس تشدید مشابه سیم پیچ اولیه را داشته باشد تا سیم پیچ تسلا به طور کارآمد کار کند. با این حال ، سیم پیچ ثانویه باید بلندتر/بلندتر از سیم پیچ اولیه باشد زیرا باید دارای اندوکتانس بزرگتری نسبت به سیم پیچ اولیه باشد و همچنین برای جلوگیری از هرگونه تخلیه الکتریکی از مدار ثانویه جهت برخورد و سرخ شدن مدار اولیه.
اگر فاقد مواد کافی برای بلند شدن سیم پیچ ثانویه هستید ، می توانید با ساخت یک ریل ضربه ای (در اصل یک رعد و برق) برای محافظت از مدار اولیه ، جبران کنید ، اما این بدان معناست که بیشتر تخلیه های سیم پیچ تسلا با ریل ضربه ای برخورد می کند و در هوا نمی رقصید
مرحله 7. خازن ثانویه را بسازید
خازن ثانویه یا ترمینال تخلیه می تواند هر شکل گردی باشد که 2 مورد از آنها معروف ترین توروس (شکل حلقه یا پیراشکی) و کره است.
مرحله 8. خازن ثانویه را به سیم پیچ سلف ثانویه وصل کنید
با این کار مدار ثانویه تکمیل می شود.
مدار ثانویه شما باید جدا از اتصال زمین برای مدارهای خانگی شما که به ترانسفورماتور تغذیه می کنند ، متصل شود تا از عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ تسلا به زمین برای مدارهای خانگی شما و احتمالاً سرخ کردن هر چیزی که به آن پریزها وصل شده جلوگیری کند. هدایت یک سنبله فلزی به زمین راه خوبی برای این کار است
مرحله 9. چوک های نبض را بسازید
چوک ها سلف های ساده و کوچکی هستند که پالس های ایجاد شده توسط مجموعه شکاف جرقه را از خراب شدن ترانسفورماتور منبع تغذیه باز می دارند. می توانید با پیچاندن سیم مسی نازک به دور یک لوله باریک ، مانند قلم توپ یکبار مصرف ، آن را بسازید.
مرحله 10. اجزاء را مونتاژ کنید
مدارهای اولیه و ثانویه را در کنار یکدیگر قرار دهید و ترانسفورماتور منبع تغذیه را از طریق چوک ها به مدار اصلی وصل کنید. هنگامی که ترانس را وصل می کنید ، سیم پیچ تسلا آماده اجرا است.
اگر سیم پیچ اولیه دارای قطر کافی باشد ، سیم پیچ ثانویه را می توان در داخل آن قرار داد
نکات
- برای کنترل جهت خروج جریانها از خازن ثانویه ، اجسام فلزی را نزدیک خازن قرار دهید ، اما به آن دست نزنید. استریمر از خازن به جسم قوس می گیرد. اگر جسم دارای یک چراغ مانند لامپ رشته ای یا لوله فلورسنت باشد ، الکتریسیته ای که از سیم پیچ تسلا می آید باعث روشن شدن آن می شود.
- طراحی و ساخت سیم پیچ تسلا کارآمد مستلزم کار با معادلات ریاضی نسبتاً پیچیده است. خوشبختانه شما به راحتی می توانید معادلات مربوطه و ماشین حساب های آنلاین را برای انجام محاسبات مربوطه پیدا کنید.
هشدارها
- ترانسفورماتورهای علامت نئون جامد ، مانند ترانسفورماتورهای اخیر ساخته شده ، تمایل به قطع کننده خطای زمین دارند. بنابراین ، آنها نمی توانند سیم پیچ را کار کنند.
- ساخت سیم پیچ تسلا کار ساده ای نیست مگر اینکه از قبل دانش مهندسی و الکترونیک داشته باشید.
- خازنی که برای سیم پیچ های تسلا و سایر ژنراتورهای ولتاژ بالا و یونها یا دستگاههایی مانند Lifter استفاده می شود ، می تواند حجم عظیمی از انرژی الکتریکی را جمع کرده و در خود نگه دارد و تمام انرژی را در یک لحظه تخلیه کند. بسیار احتیاط کنید و اجازه ندهید کودکان یا هر کسی که آموزش ایمنی مناسب را ندارد با آن برخورد کرده یا کار کند.
