X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Катушка Тесла
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ.
Никола Тесла - гениальный физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники, родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны, Австрийской империи (ныне территория Хорватии).
Давным-давно в 1893 году на Всемирной выставке в Чикаго, гениальный сербский изобретатель Никола Тесла продемонстрировал передачу электрической энергии без проводов, зажигая ряд лампочек в процессе называемым электродинамическая индукция*. Он верил и мечтал, чтобы когда-нибудь такая технология поможет передавать электрическую энергию на большие расстояния по атмосфере, обеспечивая страны и города достаточным количеством энергии для комфортного проживания. Никола Тесла - гениальный физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники, родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны, Австрийской империи (ныне территория Хорватии). Умер 7 января 1943, в Нью-Йорке, США.Тесла вырос в Австро-Венгрии, а в зрелые годы в основном работал во Франции и США.
Актуальность:
Величина напряжения на выходе катушки Тесла иногда достигает миллионов вольт, что формирует значительные воздушные электрические разряды длиной в несколько метров. Поэтому такие эффекты применяют в качестве создания показательных шоу.
Катушка Тесла нашла применение в медицине в начале прошлого века. Больных обрабатывали маломощными токами высокой частоты. Такие токи протекают по поверхности кожи, оказывают оздоравливающее и тонизирующее влияние, не причиняя при этом никакого вреда организму человека. Однако мощные токи высокой частоты оказывают негативное влияние.
Новизна: новизна моего проекта является субъективной, впервые изучив информацию с страниц научных книг и веб сайтов, самостоятельно сделал катушку Тесла и показал актуальность трудов этого великого ученого на эти дни.
Спустя 126 лет, одна компания под названием Sony хочет применить беспроводную передачу энергии к таким вещам как, повербанки, мобильные телефоны, ноутбуки и т.д.
Цели проекта: создание «мини версии» трансформатора Тесла.
Задачи проекта:
Изучить исторический и научный опыт: Николы Тесла
Разработать план действий по созданию мини -версии
Спроектировать и создать мини версию трансформатор Тесла.
Выбрать инструменты и материалы для изготовления изделия.
Провести опыт и демонстрацию с трансформатором
Практическая значимость проекта: практическая значимость моего проекта заключается в том, что результат моей работы поможет повысить интерес к такому предмету как физика, а также замотивирует кого-то из молодого поколения на путь удивительных открытий и интересных экспериментов!
ГЛАВА1. ТЕОРИТЕЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
1.1 Устройство и принцип работы катушки Тесла:
Принцип работы таков: конденсатор заряжается от высоковольтного источника питания, затем разряжается через искровой промежуток на первичную катушку. Таким образом, на вторичную катушку передается часть энергии, и возникают резонансные колебания, что приводит к возникновению на выходе высокого напряжения. Разряды с триода могут достигать длины в несколько метров, но расстояние пробоя зависит от мощности и напряжения первичного контура. Трансформатор Тесла основан на использовании резонансных стоячих электромагнитных волн в катушках. Его первичная обмотка содержит небольшое число витков и является частью искрового колебательного контура, включающего в себя также конденсатор и искровой промежуток. Вторичной обмоткой служит прямая катушка провода. При совпадении частоты колебаний колебательного контура первичной обмотки с частотой одного из собственных колебаний (стоячих волн) вторичной обмотки вследствие явления резонанса во вторичной обмотке возникнет стоячая электромагнитная волна и между концами катушки появится высокое переменное напряжение.
ГЛАВА 2 : СБОРКА ТРАНФОРМАТОРА ТЕСЛА.
1.2 Варианты корпуса изделия:
Вариант №1 Орк стекло
Плюсы: Не требует больших трудозатрат при обработке, можно купить в любом строительном магазине и не высокая цена.
Минусы: Покупка обойдется дороже, чем дощечка.
Вариант №2 Дощечка
Плюсы: Дешевле чем орк стекло
Минусы: Требует больших трудозатрат и временных затрат.
1.4Ресурсы для реализации проекта:
1) Провод медный обмоточный D0,2 мм 32 метра 48 рубл. (для вторичной катушки)
2) Провод медный обмоточный D1 мм 20 см 30 рубл. (для первичной катушки)
3) Транзистор биполярный NPN 1 штука 10 рубл.
4) Резистор 20-50 кОм 1 штука 12 рубл.
5) Шприц 20 мл 1 штука 20 рубл.
6) Пластмассовая коробочка
7) Колодка для батарейки кроны 11 рубл.
8) Батарейка крона 38 рубл.
Итого: 170 рубл.
Дополнительно:
1) Скотч
2) Нож
3) Наждачная бумага
1.4Инструкция по сборке катушки Тесла:
Первое что нужно сделать это намотать вторичную катушку на шприц, предварительно от шприца можно отрезать все лишнее. Самое главное, что проволоку надо наматывать очень аккуратно виток к витку без каких-либо нахлестав, чем аккуратнее вы намотаете вторичную катушку, тем сильнее будет эффект, процесс этот длительный поэтому можно включить фильм или музыку. Остановится можно будет, когда будет намотано около 5 см.
И после намотки нужно оставить кусочек проволоки примерно длиной 6-7 см и с его края счистить прозрачную изоляцию с помощью наждачки. Следующий этап — это создание первичной катушки для этого берём небольшой кусок толстой медной проволоки и ножичком или наждачной бумагой счищаем прозрачный изолирующий лак с концов по 1,5 см, далее обматываем вокруг шприца два раза и получаем готовую первичную катушку. Далее берём транзистор и ножку номер три накручиваем на один из контактов первичной катушки. Затем одну ножку резистора накручиваем на второй контакт первичной катушки, вторую ножку резистора накручиваем на центральную ножку транзистора. Получившееся конструкцию можно спаять. Запомните главное, чтобы не было лишних контактов и соприкосновений! Теперь вдеваем вторичную катушку в первичную и торчащий тоненький провод наматываем на центральную ножку транзистора. Далее отрицательный контакт то беж черный провадочек накручиваем на свободную ножку транзистора, ну а положительный красный накручиваем на контакт первичной катушки к которой подключен резистор. Все наш «карманный» трансформатор Тесла готов!
1.6Эксперименты с катушкой тесла:
Эксперимент №1 «Свечение ламп»
При включении трансформатора Тесла генерируется электромагнитное поле, с помощью которого можно зажигать люминесцентные лампы, при этом без какого-либо вреда для человека.
Эксперимент №2 «Высоко частотный ток»
Стример из конца иглы можно трогать руками, при этом не получая никого урона так как срабатывает скин-эффект*
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе работы над проектом, я лучше ознакомился со свойствами мини трансформатора Тесла и улучшил свои навыки в обработки разный материалов. А также приобрел интересные и в тоже время полезные знания о некоторых электрических процессах.
С её помощью можно зажигать люминесцентные лампы на расстоянии без проводов, лишь подводя их к катушке. Также можно передавать электроэнергию на расстояние без проводов. На его концах выходит напряжение около 1000вольт. Но у этого тока маленькая сила тока и очень большая частота около 20МГц. Поэтому это электричество не приносит никакого вреда. Зато если пустить его через диодный мост и стабилитрон, то можно будет спокойно заряжать телефон без проводов. Но вы скажете, зачем мы не используем эту катушку Тесла. Мы её не используем, так как у неё очень маленький КПД. Около 10%.
Так же данный прибор можно применять на уроках физики как дополнительный материал для объяснения принципа работы трансформатора и электромагнитной индукции. Я надеюсь, что, увидев зажигательные опыты с помощью катушки Тесла, у учащихся нашей школы возрастёт интерес к изучению физики. Еще его можно использовать в больницах или в других помещениях, где должен быть ионизированный воздух.
ВЫВОД
Целью моего проекта была создать рабочую катушку Тесла, для демонстрации опытов, связанных с ней. Я считаю, что мне пригодятся эти навыки в будущем, как в быту, так и в работе над другими изделиями. Проделанная мною работа важный объект моего саморазвития и считаю, что трансформатор изготовленным качественно и хорошо.
Библиография
YouTube канал «Физика от Побединского» https://youtu.be/JoP6q5gGReo
Дмитрий Побединский «Только физика. Только хардкор!»
Никола Тесла: Мои изобретения, 1919
Никола Тесла: Эксперименты с переменными токами высокого напряжения и высокой частоты, 1892.
Приложения
Словарик
Скин-эффект - эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое.
Электродинамическая индукция- это явление возникновения тока в замкнутом проводнике при прохождении через него магнитного потока, изменяющегося со временем.