Бифилярная катушка и ее использование

Содержание

Где применяются катушки Теслы

Сами катушки или их действие применяется в некоторых сферах жизни. Кроме комнат, описанных выше, созданные молнии высокого напряжения могут применяться в красочных лампах, которые можно трогать рукой, и разряд будет стремиться к ней.

Интересные и малоизвестные факты о молниях

Созданные молнии могут показать, где есть повреждение вакуумной системы — они всегда стремятся к месту нарушения герметичности. Эффект находит место даже в косметологии. Дело в том, что параметры тока в катушке Теслы относительно безопасны для человека и лишь ходят по поверхности кожи, слега ”пробирая” ее изнутри. Приборы, основанные на таком эффекте, позволяют стимулировать и тонизировать кожу, решая некоторые проблемы с венами, морщинами и другими неприятными изменениями. Но пользоваться такими приборами должен профессионал, так как полностью безопасными назвать их нельзя.

Катушки Теслы применяются даже в косметологии.

Чем уникальна катушка Тесла

Физик, применив устройство, при входной частоте в пару сотен килогерц способен получить напряжение размеров в 15 миллионов вольт и более. Собрать его можно даже дома, ведь все необходимые элементы доступны для покупки любому, достаточно посетить строительный гипермаркет и магазин электроники.

Получить можно следующие эффекты как вместе, так и по отдельности:

Дугообразный разряд, характерный при использовании ламповых трансформаторов.
Спарк или искры, похожий на пучок ярких веточек, которые изменяются или исчезают. Выходит из прибора на землю.
Стример – тонкий направленный в воздух светящийся поток, в составе которого есть свободные электроны и атомы газа.
Коронный разряд – очень красивое голубоватое свечение воздушных ионов, находящихся в электрическом поле. Образуется вокруг устройства.

Принцип работы

Трансформатор Тесла состоит из двух обмоток – первичной (Lp) и вторичной (Ls) (их чаще называют “первичка” и “вторичка”). К первичной обмотке подводится переменное напряжение, и она создает магнитное поле. При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную. В этом трансформатор тесла очень похож на самый обычный “железный” трансформатор.

Вторичная обмотка вместе с собственной паразитной (Cs) емкостью образуют колебательный контур, который накапливает переданную ему энергию. Часть времени вся энергия в колебательном контуре храниться в виде напряжения. Таким образом, чем больше энергии мы вкачаем в контур, тем больше напряжения получим.

Простая схема работы катушки тесла.

Тесла обладает тремя основными характеристиками – резонансной частотой вторичного контура, коэффициентом связи первичной и вторичной обмоток, добротностью вторичного контура.

Что такое резонансная частота колебательного контура, читателю должно быть известно. Я же подробнее остановлюсь на коэффициенте связи и добротности.

Коэффициент связи определяет, насколько быстро энергия из первичной обмотки передается во вторичную, а добротность – насколько долго колебательный контур может сохранять энергию.

Аналогия с качелями

Для того, чтобы лучше понять, как колебательный контур накапливает энергию, и откуда в тесле берется такое большое напряжение, представим качели, которые раскачивает здоровенный мужик. Качели – это колебательный контур, мужик– это первичная обмотка. Скорость качели – это ток во вторичной обмотке, а высота подъема – наше долгожданное напряжение.

Мужик толкает качели, и, таким образом передает в них энергию. И вот, за несколько толчков, качели раскачались и подлетают так высоко, как это только возможно – они накопили много энергии. Тоже самое происходит и с теслой, только когда энергии становится слишком много, происходит пробой воздуха, и мы видим наши красивущий стример.

Участок траектории полета качели, на протяжении которого мужик их толкает определяет коэффициент связи. Если мужик будет постоянно держать качели своей здоровенной ручищей, то он раскачает их очень быстро, но качели смогут отклониться только на длину руки мужика. В таком случае говорят, что коэффициент связи равен единице. Наши качели с большим коэффициентом связи — это аналог обычного трансформатора.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда мужик только немного подталкивает качели. В этом случае коэффициент связи мал, а качели отклоняются намного дальше – мужик теперь их не держит. Качели придется раскачивать дольше, но с этим справится даже очень хилый мужик, чуть-чуть толкая их каждый период колебаний. Такие качели и есть аналогом трансформатора Тесла. Чем больше коэффициент связи, тем быстрее во вторичный контур накачивается энергия, но при этом выходное напряжение теслы получается меньше.

Теперь рассмотрим добротность. Добротность – это противоположность трению в качелях. Если трение очень большое (низкая добротность), то мужик своими слабенькими толчками не сможет их раскачать. Таким образом, коэффициент связи и добротность контура должны быть согласованны для достижения максимальной высоты качелей (максимальной длинны стримера).

Так-как добротность вторичной обмотки в трансформаторе Тесла – величина не постоянная (она зависит от стримера), то согласовать эти две величины очень не просто, и поэтому просто подбирают опытным путем. Кратко о принципе работы трансформатора можно посмотреть в видеоролике.

Расчет катушки Тесла

Без расчетов можно изготовить слишком большой трансформатор, но разряды искры сильно разогревают воздух, создают гром. Электрическое поле выводит из строя электрические приборы, поэтому трансформатор необходимо располагать подальше.

Для расчета длины дуги и мощности расстояние между проводами электродов в см делится на 4,25, далее производится в квадрат, получается мощность (Вт).

Для определения расстояния корень квадратный от мощности умножается на 4,25. Обмотка, создающая разряд дуги в 1,5 метра, должна получать мощность1246 ватт. Обмотка с питанием в 1 кВт создает искру в 1,37 м длины.

Принцип катушки Тесла

Принцип работы катушки Николы Теслы – это преобразование и использовании энергии вокруг нас. Основой является емкость с жидкостью и колесо, которое при движении преобразует эфир вокруг нас в кинетическую энергию. Еще катушку можно сравнить с насосом тепла, только энергию он берет не от воды или ветра, а из пространства вокруг.

В зависимости от типа конструкции, отличается и принцип работы, например, сейчас применяются ламповые катушки (проводят ток за счет мощных ламп), роторные (используется вращающийся диск и электрический девайс). Состоит трансформатор из двух обмоток и двух фаз, которые взаимодействуют между собой.

Основная задача трансформатора – выведение тока на расстояние и беспроводная передача энергии. При этом возникают необычные визуальные эффекты из-за появления газовых разрядов. Поэтому многие создают катушку лишь для того, чтобы насладиться зрелищем или произвести впечатление на окружающих.

История создания катушки индуктивности

Катушки индуктивности наматываются фиксированным числом проводов. Этот факт скрывают на уроках физики, избегая забивать ученикам мозги. Потом догадываются бедняги, пытаясь уловить смысл термина бифилярная обмотка двигателя. Нитей бывает больше, выделяют катушки индуктивности:

трифилярные;
тетрафилярные;
пентафилярные.

Обычные катушки индуктивности называют унифилярными – нить проволоки одна. Сразу возникает справедливый вопрос – зачем конструкции? Изобретатель катушку индуктивности неизвестен. Ответы дают, виноват Тесла… Далеко от истины.

Дроссель

Один знаток Майл.ру – не исключено, админ ресурса – ответил: отцом катушек индуктивности является Майкл Фарадей, якобы, открыл магнитную индукцию (согласно англоязычной страничке Википедии). Напрашивается вывод, историковед не владеет вопросом. Главная причина критики “Ответов” Майл – некомпетентность. Фарадей открыл индукцию, применив тороидальный трансформатор с двумя изолированными обмотками. Намного сложнее конструкция, нежели катушка, явление заключалось сопровождалось выходом скачка тока при изменении магнитного поля сердечника.

Произошло описанное в 1831 году, первый электромагнит сконструирован малоизвестным в России Уильямом Стердженом. Знаете, как выглядел прибор? Правильно – катушка индуктивности из 18 витков оголенной медной проволоки с хорошим лакированным ферромагнитным сердечником формы лошадиной подковы. При пропускании по обмотке тока железо в округе притягивалось устройством. Годом выхода первого электромагнита в свет историки считают 1824. Раньше, нежели Фарадей начал эксперименты.

Наставник Хампфри Дэви счел работу плагиатом. Ученик не решался продолжить, конфликтовать открыто. Получилось, в 1829 году безвременно Хампфри Дэви ушел из жизни, благодаря чему Майкл Фарадей возобновил работу. Не потому считаем неверными скудные сведения рунета по рассматриваемому вопросу. Вторая причина кроется в гальванометрах: первый сконструирован 16 сентября 1820 года Иоганном Швейггером. Годом позже великий Ампер усовершенствовал прибор, угадайте, что входило в состав новинки? Правильно – катушка индуктивности, составленная несколькими витками проволоки.

В 1826 году Феликс Савари разряжал лейденскую банку через несколько витков проволоки, обмотанной вокруг стальной иглы. Наблюдая остаточную намагниченность металла. Фактически Савари создал первый колебательный контур, правильно сделав выводы о происходящих процессах.

Майкл Фарадей бессилен стать изобретателем индуктивности. Скорее ученый работал в этом направлении, вел некоторые исследования, получил новый закон касательно электромагнетизма. В результате вопрос об изобретателе катушки индуктивности оставляем открытым. Рискнем предположить, у субъекта темы два отца:

Лаплас и Швейггер

Лаплас на основе доклада Эрстеда высказал предположение: действие тока на магнитную стрелку можно усилить, изогнув провод.
Швейггер реализовал услышанное на практике, создав первый в мире гальванометр, использовав доклады Ампера о зависимости угла отклонения стрелки от силы тока.

Электромагнитная индукция ч.3. Н. Тесла и его загадки

Один из ранних патентов Николы Тесла описывает новый способ намотки катушек. Этот способ он назвал бифилярной намоткой, т.к. катушка мотается сразу двумя параллельными проводами и считал эту намотку очень важным изобретением:

«Бифилярная катушка — электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмотки. Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек: 1. параллельная намотка, последовательное соединение; 2. параллельная намотка, параллельное соединение; 3. встречно намотанная катушка, последовательное соединение; 4. встречно намотанная катушка, параллельное соединение. Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих обмотках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток протекал в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к общему магнитному полю равному нулю. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль

Бифилярная катушка что это

Бифилярная катушка – это такая электромагнитная катушка, у которой есть в наличии две параллельных, близко расположенных обмотки. Также могут использоваться и три провода, изолированных друг от друга – такое устройство будет носить название «трифилярная катушка».

В электротехнике словом «бифиляр» описывают проводник или же провод, который изготовлен из нескольких (в частности, двух – от слова «би») жил, изолированных друг от друга. Этот термин часто используется для обозначения специальных типов проводов для обмоток трансформатора. Бифилярный провод в основном представляет собой два цветных соединенных вместе эмалированных и изолированных провода.

Бифилярная катушка- это устройство, которое нужно и можно классифицировать по способу применения. Всего существует четыре основных типа такого приспособления:

Катушка с последовательным соединением и параллельной намоткой.
Параллельные соединение и намотка.
Катушка намотана встречно, а соединение последовательное.
Обмотка катушки выполнена как и в предыдущем пункте (встречно), но соединение уже параллельное.

Бифилярная катушка обычно намотана так, что в обоих ее составляющих ток будет протекать по одному и тому же направлению. Создаваемое первой обмоткой магнитное поле будет складываться с полем, создаваемым другой катушкой. Этот эффект приводит к наложению полей и созданию общего большого магнитного потока.

Есть случаи, когда бифилярная катушка собирается чуть-чуть иначе. Например, когда витки обмоток расположены таким образом, чтобы электрический ток протекал в противоположных направлениях. Это так называемые катушки с нулевым коэффициентом самоиндукции (потому что магнитное поле, создаваемое одной обмоткой, будет по направлению противоположно полю, создаваемому второй обмоткой, однако будет равно ему по значению, что в случае наложения полей в сумме дает ноль).

Такие приспособления часто используют в современной электронной технике как один из способов создания резистора проволочного с маленькой индуктивностью.

Еще один тип таких устройств, как бифилярные катушки, можно увидеть в обмотках реле или трансформаторов. Их используют также в импульсных источниках электрического питания благодаря их способности подавлять обратную электродвижущую силу (ЭДС). Намотка катушек индуктивности в таком случае выполнена следующим образом. Две обмотки расположены очень близко друг к другу и намотаны параллельно друг другу, но эффективно изолированы. Основная обмотка будет управлять реле, а вот вспомогательная обмотка коротко замкнута внутри корпуса. Ток через первую обмотку прерывается (когда отключается реле), идет поглощение части магнитной энергии вспомогательной обмоткой. Такие бифилярные катушки, кроме того, вырабатывают тепло для повышения внутреннего сопротивления.

При применении такой катушки в импульсных трансформаторах одна обмотка используется в качестве рассеивателя энергии. Из-за близости намоток оба проводника улавливают один магнитный поток и компенсируют его.

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.

Перед тем как взяться за изготовление катушки своими руками, необходимо изучить схему её строения

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

В качестве источника питания также можно использовать мощные батареи

Алгоритм изготовления катушки состоит из следующих этапов:

Подбор источника питания. Оптимальный вариант для новичка — трансформаторы для неоновых вывесок. В любом случае выходное напряжение на них не должно быть ниже 4кВ.
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.
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.
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.
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.
Пробный запуск. После выполнения первичных настроек запускают катушку.

Как сделать катушку Теслы

На самом деле было несколько некорректно расписывать, как сделать такой прибор дома самостоятельно, так как он может быть очень опасен как для людей, так и для домашней техники. Достаточно просто знать, что это возможно и на YouTube полно роликов о том, как приобщиться к этому явлению.

Добавлю только, что для создания миниатюрной катушки достаточно обзавестись несколькими вещами, которые можно найти в гараже более-менее запасливого ”самоделкина”.

Сделанная в домашних условиях катушка Теслы может даже зажигать лампочки рядом с ней.

По сути вам понадобится только источник питания, небольшой конденсатор, маленькая катушка проводника для первичной обмотки, пара сотен метров тонкой медной эмалированной проволоки для вторичной обмотки, диэлектрическая труба для ее намотки и все.

Если вы решили сделать что-то подобное, то в каждом ролике более точно расскажут, что нужно для эксперимента. Но помните, что без специальной подготовки это может быть смертельно опасно.

Тесла и Тунгусский метеорит

Про Тунгусский метеорит сказано более чем много, и я сейчас не буду подробно пересказывать историю этого происшествия. Скажу только, что не все верят в метеорит, природное явление, крушение инопланетного корабля, столкновение с Землей миниатюрной черной дыры (есть и такая версия) или испытание какого-то оружия. Многие уверены, что катастрофа была связана именно с попыткой Николы Теслы передать энергию на большое расстояние.

Лично я к этой версии отношусь довольно скептически, но если ученый смог создать прибор, который мог сотворить такое, то только представьте, какой потенциал имели созданные им технологии, которые мы сейчас используем для развлечения.

Катушка Теслы несет в себе не только красоту, но и опасность.

Прямых доказательств или явных опровержений виновности Николы Теслы во взрыве в Сибири нет. Поэтому оставим версию конспирологами или простым людям для развития фантазии.

Что вызывает статическое электричество.

Электромагнитная индукция ч.3: Н. Тесла и его загадки

«Бифилярная катушка — электромагнитная катушка, которая содержит две близко расположенных, параллельных обмотки. Есть четыре типа бифилярно намотанных катушек:

1. параллельная намотка, последовательное соединение; 2. параллельная намотка, параллельное соединение; 3. встречно намотанная катушка, последовательное соединение; 4. встречно намотанная катушка, параллельное соединение.

Некоторые бифилярные катушки намотаны так, что ток в обеих обмотках течёт в одном и том же направлении. Магнитное поле, созданное одной обмоткой складывается с созданным другой, приводя к большему общему магнитному полю. В других — витки расположены так, чтобы ток протекал в противоположных направлениях. Поэтому магнитное поле, созданное одной обмоткой равно и направлено противоположно созданному другой, приводя к общему магнитному полю равному нулю. Это означает, что коэффициент самоиндукции катушки — ноль».

На рисунке выше изображена катушка первого вида и в ней магнитные поля обмоток складываются. Тесла указывал на то, что магнитное поле такой катушки намного больше, чем у обычной.

Вот так выглядит катушка с нулевой самоиндукцией (второй вид):

Любому специалисту по одному её виду становится сразу понятно, что в такой катушке не может появиться индукционный ток, т.к. он будет направлен в обоих проводах в одну сторону и на концах проводов никакой разности потенциалов не будет. Такая катушка будет только греться, но никакой энергии не выдаст. На этом эффекте был построен «Парадокс Геринга», о котором я писал в статье » Удивительная. тупость «. Два оставшихся вида намотки – это частные случаи двух первых и особого интереса не представляют.

Т.к. безындукционная намотка слишком наглядна, то все известные мне изобретатели вечных двигателей сконцентрировались на первом виде намотки, дающем большое магнитное поле. Однако мне долго не давало покоя не очень понятное описание катушки в патенте. Вот этот текст:

« Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL : здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий

И в конце что-то вроде предупреждения:

« Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая

Действительно, у каждой катушки есть ещё и своя небольшая ёмкость, которая скорее создаёт дополнительные проблемы, чем помогает их решить. К тому же, никто не делает конденсаторы из провода. В общем, стало понятно только то, что патент серьёзно правили и не оставили в нём самой главной информации, до которой, без глубокого понимания процесса, дойти невозможно.

Из чего состоит катушка Тесла

Прежде чем собирать катушку Тесла, рассмотрим ее составляющие и форму.

Строение катушки Тесла

Тороидальные фигуры: что это?

Катушка Тесла выполняется в форме Тора (тороидальной фигуры, тороида).

Лучше один раз взглянуть, чем пытаться себе представить. На рисунке ниже — тороидальные поверхности.

Вот так выглядит классическая тороидальная фигура

Тороид является важной составляющей катушки Тесла и изготавливается, как правило, из алюминиевой гофры. В составе этого устройства он выполняет следующие функции:

уменьшает резонансную частоту;
аккумулирует энергию перед образованием стримера;
создает электростатическое поле, отталкивающее стример от вторичной обмотки трансформатора.

Кстати, о том, что такое стример, можно прочитать в нашей отдельной статье, посвященной молниям.

Нельзя не обратить внимение на забавную игру слов. В скандинавской мифологии Тор — бог грома и молний. Составляющая катушки Тесла, благодаря которой образуется разряд (молния) — Тор, или тороид.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка — основная составляющая катушки Тесла, которую также называют просто «вторичка». Обмотка, как правило, содержит около 800-1200 витков, а мотают ее на трубах ПВХ, которые можно купить в обычном строительном магазине.

Исходя из необходимого количества витков выбирается диаметр провода обмотки. Стандартное отношение длины вторичной обмотки катушки к ее диаметру — 4:1 или 5:1. Для того, чтобы витки не расползались, их покрывают лаком.

Первичная обмотка и защитное кольцо

Первичная обмотка (или первичка) катушки Тесла должна иметь низкое сопротивление, так как по ней будет проходить большой ток. Обычно ее изготавливают из проводов сечением более, чем 6 миллиметров. Также в качестве первичной обмотки часто используют медную трубу для кондиционеров.

Форма первичной обмотки — цилиндрическая, плоская или коническая.

Защитное кольцо — незамкнутый плоский виток заземленного медного провода. Кольцо устанавливается для того, чтобы стример из тороида, попав в первичную обмотку, не вывел из строя электронику.