PBS: Tesla-Master of Lightning: Die Tesla-Spule

Um den elektrischen Bereich von Hochfrequenz und Hochspannung zu untersuchen, hat Tesla ein Gerät erfunden, das die Grenzen des elektrischen Verständnisses überschreitet. Keine der typischen Komponenten der Schaltung war zu dieser Zeit unbekannt, aber ihr Design und Betrieb zusammen erzielten einzigartige Ergebnisse—nicht zuletzt aufgrund der meisterhaften Verfeinerungen von Tesla bei der Konstruktion von Schlüsselelementen, insbesondere eines speziellen Transformators oder einer Spule, die im Mittelpunkt der Leistung der Schaltung steht.,

Ein solches Gerät erschien erstmals in Teslas US-Patent No. 454,622 (1891) für den Einsatz in neuen, effizienteren Beleuchtungssystemen. In seiner Grundform erfordert die Schaltung eine Stromversorgung, einen großen Kondensator, die Spule (Transformator) selbst und einstellbare Funkenspaltelektroden. Warum diese Komponenten und was erreichen sie?

Oszillatoren

Kondensatoren (oder Kondensatoren) und Induktivitäten (oder Spulen) sind elektrisch gesehen im Betrieb etwas entgegengesetzt. Während Strom baut schnell in einem Kondensator, wie es auflädt, Spannung hinkt., In einem Induktor wird sofort Spannung gefühlt, während Strom verzögert wird, da er gegen das Magnetfeld wirkt, das sein eigener Durchgang in der Spule aufbaut. Wenn eine Spule und ein Kondensator so dimensioniert und ausgewählt sind, dass sie genau entgegengesetzt wirken—wobei die Spannung in der Spule ihren Höhepunkt erreicht, sobald sie ein Minimum im Kondensator erreicht—, erreicht die Schaltung möglicherweise niemals einen elektrisch leisen, stabilen Zustand. Ein bisschen wie das Hin-und Herschleudern von Wasser in einer Wanne können Strom und Spannung erzeugt werden, um sich von Ende zu Ende des Stromkreises hin und her zu jagen. (Ein Oszillator dieser Art wird oft als Tankschaltung bezeichnet.,)

Funkenlücken

Um seinen Oszillator „klingeln“ zu lassen, verwendete Tesla plötzliche Entladungen, Funken, über einen einstellbaren Spalt zwischen zwei Elektroden. Die Spannung an einem Kondensator baut sich auf, bis er ein Niveau erreicht, bei dem Luft im Spalt als Isolator zusammenbricht. (Präzisionsschrauben stellen den Spaltabstand so ein, dass ein größerer oder kleinerer Spalt eine größere oder kleinere Durchbruchspannung auswählt.,)

Der Anfangsimpuls ist sehr stark—die gesamte über mehrere Mikrosekunden gespeicherte Energie wird in Eile freigesetzt, und dieser Impuls wird selbst in eine etwas höhere Spannung umgewandelt, die von den Primärspulenwicklungen zu denen seiner Sekundärwicklung übergeht. Dies schließt natürlich nur einen einzigen Zyklus im Betrieb der Schaltung ab. Der Luftspalt stellt sich als Isolator wieder her und der Kondensator beginnt sich zu laden, bis er wieder einen Durchbruchswert erreicht. Der gesamte Vorgang kann sich viele tausend Mal pro Sekunde wiederholen.,

Auch die Sekundärspannung des Transformators ist etwas Besonderes, entworfen von Tesla, um schnell auf eine plötzliche Energiespitze zu reagieren und vor allem die Spannung an einem Ende als stehende Welle zu konzentrieren. Seine Länge wird so berechnet, dass Wellenkämme, wenn sie das Ende erreichen und zurück reflektiert werden, auf die dahinter liegenden Wellen treffen und diese genau verstärken. Der Nettoeffekt ist eine Welle, eine Spannungsspitze, die still zu stehen scheint.

Anwendungen

Wenn Tesla, wie in der Praxis geschehen, eine Antenne des Hochspannungsende seiner sekundären gemacht, wurde es ein leistungsfähiger Funksender., In der Tat, in den frühen Jahrzehnten des Radios, Die meisten praktikablen Radios verwendeten Tesla-Spulen in ihren Sendeantennen. Tesla selbst verwendete größere oder kleinere Versionen seiner Erfindung, um Fluoreszenz, Röntgenstrahlen, Radio, drahtlose Energie, biologische Effekte und sogar die elektromagnetische Natur der Erde und ihrer Atmosphäre zu untersuchen.

Heute betreiben Hochspannungslabors oft solche Geräte, und Amateur—Enthusiasten auf der ganzen Welt bauen kleinere, um lichtbogenförmige, Streaming-elektrische Displays zu erzeugen-es ist nicht schwer, eine Viertelmillion Volt zu erreichen., (Eines der ersten Teilchenbeschleunigerdesigns von Rolf Wideroe aus dem Jahr 1928 erzeugte seine Hochspannung in einer Tesla-Spule.) Die Spule ist in der Elektronik üblich geworden und dient zur Versorgung der Vorderseite von Fernsehbildröhren mit Hochspannung in einer Form, die als Flyback-Transformator bekannt ist.