Винахід котушки Тесла

    Працюючи над генераторами, Тесла повторив експеримент Герца з електромагнітними хвилями. Цей ентузіазм став поштовхом до одного із найвідоміших винаходів - котушки Тесли. У своїх класичних експериментах з генерації та виявлення електромагнітних хвиль Герц використовував потужну індукційну котушку, підключену до акумулятора, перемикач струму та розрядник, в якому виникала іскра.

Рисунок 1 Котушка Румкорфа

А - індукційна котушка з обмотками;

B - акумулятор;

C - ключ для перемикання струму;

H - іскровий розрядник;

L - петля з дроту (приймальна антена).

    Щоб оцінити експерименти Герца, спочатку потрібно зрозуміти, як котушка працювала. Зазвичай відома як котушка Румкорфа, індукційна котушка мала дві обмотки - одну з товстого дроту, а другу з тонкого, які були ретельно ізольовані одна від одної за допомогою парафіну або гутаперчі і намотані на спільний залізний сердечник. Як і в трансформаторі, товсту обмотку називають первинною, а тонку - вторинною. Акумулятор і перемикач струму були з'єднані, а розрядник із вторинною.

    Так само, як і в трансформаторі, індукційна котушка продукувала високовольтні іскри завдяки зміні струму. Отже, щоразу коли перемикач струму розмикав або замикав коло, струм, що надходив від акумулятора до первинної обмотки, змінювався, що приводило до збільшення або зменшення електромагнітного поля навколо первинної обмотки. Коли первинне поле змінювалося, воно викликало струм у вторинній котушці. Завдяки різній товщині дроту у вторинній обмотці могло бути набагато більше витків, ніж у первинній, що давало змогу значно збільшити напругу струму, індукованого у вторинній обмотці. Оскільки, напруга у вторинній обмотці дуже велика, вона іонізувала повітря в іскровому розряднику, внаслідок чого між електродами проскакувала іскра.

    У 1890 році Тесла повторив експеримент Герца; можна з впевненістю сказати, що він був першим американським дослідником, який це зробив.

    Не вдовольнившись апаратом, який використовував Герц, Тесла змінив експериментальну установку.

Рисунок 2

    Подальшим кроком стала заміна механічного перемикача струму власним високочастотним генератором. Його генератор видавав 10000 - 20000 Гц змінного струму, тоді як механічний перемикач давав лише кілька сотень герц. Доволі швидко Тесла збагнув, що при збільшенні частоти зростає і кількість тепла, яке виділяється внаслідок чого руйнувалась парафінова або гуттаперчева ізоляція між первинною і вторинною обмотками. Щоб вирішити цю проблему, Тесла вніс зміни в конструкцію. По - перше він позбувся ізоляції, а натомість розділив первинну і вторинну обмотки індукційної котушки повітряним зазором. Оскільки залізний сердечник дуже сильно нагрівався, він спершу зробив так щоб він переміщався всередині первинної обмотки, а потім позбувся його зовсім.

    Щоб збільшити силу іскри, яка виникала у вторинній обмотці, Тесла в своєму апараті помістив конденсатор між генератором і первинною обмоткою.

    Тесла тепер зрозумів, що, ретельно підбираючи конденсатор та індукційну котушку, можна було досягти ще більшої частоти. Британський фізик Вільям Томсон математично довів, що розряджання конденсатора відбувається коливально. Так само, як вертикальна пружина з підвішеною вагою коливається вгору і вниз, коли вагу відпускають, електричний заряд рухається вперед і назад між поверхнями конденсатора доти доки накопичена енергія не розсіюється й не витече в ланцюг у вигляді високочастотного струму.

    Щоб максимально використати коливальний характер розряду конденсатора Тесла зробив наступний крок свого експерименту - ретельно налаштував індукційну котушку. Якщо конденсатор можна розглянути як електричний відповідник вагової пружини, то індукційну котушку - як відповідник маятника. При протіканні змінного струму через первинну обмотку струм, індукований у вторинній обмотці, коливається між максимальним і мінімальним значенням, так само як маятник у механічному годиннику рухається вперед і назад. Тесла тепер зрозумів, що якби йому вдалося підлаштувати кожен електростатичний розряд або "поштовх" так щоб він щоразу збігався з максимумом індукованого струму то можна було б збільшити напругу електричного струму, виробленого індукційною котушкою. Так само можна довше зберігати рух механічного маятника, надаючи йому маленький поштовх у момент, коли він досягає крайньої точки своєї траєкторії. Тесла налаштував конденсатор та індукційну котушку так, щоб кожен "поштовх" припадав на момент, коли струм в індукційній котушці сягав максимуму. При цьому винахідник скористався принципом резонансу - дія однієї частини схеми посилювала дію другої частини схеми, і за таких умов енергія на виході збільшується в рази.

    Поєднуючи своє розуміння коливальної природи конденсаторного розряду із принципом резонансу Тесла тепер мав винахід, який виробляв струми з вищою напругою та частотою, ніж могли генерувати інші машини.

    Тесла назвав цей свій винахід осциляторним трансформатором, але після того, як його почали використовувати інші дослідники, він став відомий як котушка Тесла.

    Пізніше було поєднано генератор Тесла з котушкою Румкорфа (індукційною котушкою), для отримання більш потужного передавача високої частоти.

Рисунок 3

Керівник гуртка Нікуліца В.Г., UT1YN

          Студент 4 курсу ЧНУ Ватрич Д.О. UR5YVD

 Компютерний набір матеріалу виконано студентом 4 курсу ЧНУ Ватрич Д.О.