bobina Tesla

O bobină Tesla la Palais de la découverte din Paris .

Bobina Tesla este un transformator rezonant de înaltă tensiune inventat de Nikola Tesla .

Este capabil să genereze fulgere similare cu cele de origine atmosferică, chiar dacă are o magnitudine redusă. Este un tip de transformator cu miez de aer (uneori umplut cu ulei) care constă din două sau chiar trei circuite electrice cuplate rezonante. Tesla a experimentat cu o mare varietate de bobine și configurații. El le-a folosit pentru a efectua experimente inovatoare privind lumina electrică, fluorescența , razele X , fenomenele de curent alternativ de înaltă frecvență, electroterapia , transmisia fără fir a semnalelor electrice și electricitatea. Schemele primelor modele sunt diferite de cele mai recente. O particularitate a acestei bobine este aceea de a putea porni tuburile fluorescente fără ca acestea să fie conectate la niciun sistem electric: este de fapt suficient să aducem tubul aproape de bobină pentru a vedea cum se aprinde.

Proiectele mai vechi și mai noi includ, în general, o sursă de înaltă tensiune, unul sau mai mulți condensatori de înaltă tensiune și o scânteie care acționează ca un "comutator" (sau comutator) pentru a energiza circuitul primar cu impulsuri periodice de curent de înaltă frecvență. O bobină Tesla funcționează, în general, la o frecvență ridicată, de la 70 kHz la 25 MHz (în cele mai noi bobine Tesla în stare solidă). Există mulți entuziaști care se dedică construirii bobinelor Tesla.

Circuitele care conțin bobine Tesla au fost utilizate comercial în emițătoarele radio cu scânteie pentru telegrafie fără fir până în anii 1920 . ^[1] Bobinele Tesla modificate sunt folosite și astăzi ca o scânteie pentru lămpile cu descărcare utilizate pentru iluminat. Deși există alte lacune , designul original al lacurilor de scânteie al Tesla este mai puțin costisitor și ușor de realizat.

Istorie

Primele role

Imitația unui Hertzian Spark Gap

Prima descriere pe care o avem despre o bobină Tesla este o vază de sticlă, de 15 cu 20 cm, în jurul acesteia este înfășurat, de la 60 la 80 de rotații, un cablu conductor cu o secțiune de 0,823 mm². În interior se introduce o înfășurare primară cu opt până la zece spire de cablu cu o secțiune de 13,3 mm²; toate scufundate într-un recipient care conține ulei izolant ( semințe de in sau ulei mineral) ^[2] .

Bobine „perturbatoare”

În primăvara anului 1891 , Tesla a susținut mai întâi o demonstrație cu diverse mașini la Institutul American de Ingineri Electrici de la Universitatea Columbia . În urma cercetărilor inițiale ale lui William Crookes privind tensiunea și frecvența, Tesla a proiectat și a construit o serie de bobine care produceau curenți la tensiuni și frecvențe ridicate. Aceste bobine timpurii au folosit o descărcare de avarie printr-un spațiu . Aparatul poate fi reprodus folosind o bobină Ruhmkorff , doi condensatori și o a doua bobină, construită într-un mod anume, perturbator. ^[3]

Bobina Ruhmkorff, fiind alimentată de o sursă principală, este conectată la condensator pe ambele terminale în serie. O distanță de scânteie este aplicată în paralel cu bobina Ruhmkorff înainte de condensatori. Terminalele de descărcare erau de obicei bile metalice cu diametrul mai mic de 25 mm (deși Tesla le-a folosit în diferite forme și dimensiuni). Condensatoarele au fost special construite, mici și cu o izolație excelentă. Acești condensatori constau din plăci mobile într-o baie de ulei. Cu cât erau mai mici, cu atât mai frecvente erau descărcările acestor prime dispozitive cu bobină. Plăcile ajută, de asemenea, la eliminarea autoinducției celei de-a doua bobine, oferindu-i capacitate. Plăcile de mică au fost plasate în fanta scânteii pentru a stabili un jet de curent de aer care trece prin terminale. Acest lucru a ajutat la eliminarea arcului electric, făcând descărcarea mai bruscă. În acest scop a fost folosit și un jet de aer. ^[4]

Condensatorii sunt conectați la o bobină primară dublă (fiecare în serie cu un condensator). Acestea sunt părți ale unei a doua bobine disruptive special construite. Înfășurările primare au fiecare douăzeci de spire de cablu conductor izolat de 1,31 mm² și sunt înfășurate separat pe tuburi din plastic cu grosimea de cel puțin 3,2 mm. Secundarul are trei sute de înfășurări de cablu conductor izolat cu mătase înfășurat în jurul unui tub sau bară de plastic, iar terminalele sunt învelite în tuburi de sticlă sau plastic. Înfășurările primare trebuie să fie suficient de largi pentru a lăsa un spațiu când bobina secundară este plasată între înfășurări. Elementele primare trebuie să acopere jumătate de centimetru în jurul secundarului. Un separator din cauciuc dur trebuie plasat între bobinele primare. Terminalele primare nu sunt conectate la condensatoare, ci la distanța de scânteie. ^[5]

În brevet ( EN ) US0454622 , Biroul de brevete și mărci al Statelor Unite, Statele Unite ale Americii. , Electric Lighting System ( 1891, 23 iunie), Tesla descrie această primă bobină perturbatoare. A fost conceput pentru a converti și livra energie electrică într-o formă adecvată pentru producerea anumitor fenomene electrice noi, care necesitau curenți de înaltă frecvență și tensiune. De asemenea, este specificat un condensator de stocare a energiei și un mecanism de descărcare pe primarul unui transformator de frecvență radio . Acesta este primul exemplu elementar de alimentare cu frecvență radio capabilă să excite o antenă pentru a emite o radiație electromagnetică puternică.

O altă bobină Tesla a fost înregistrată în 1897 de brevetul (EN) US0593138 , Biroul de brevete și mărci al Statelor Unite, Statele Unite ale Americii. , Transformator electric . Acest transformator a furnizat curenți de înaltă tensiune și a constat dintr-o bobină primară și secundară (opțional, un terminal secundar ar putea fi conectat electric la primar; la fel ca dispozitivele moderne de aprindere a mașinii). Această bobină Tesla avea secundarul plasat în interior și înconjurat de bobinele primarului. Aceasta a constat dintr-un primar și secundar înfășurat sub forma unei spirale plate. O bobină, secundară în transformare progresivă, a aparatului consta dintr-un cablu mai lung și subțire. Dispozitivul a fost, de asemenea, împământat când bobina era în uz.

Ultimele modele de bobine

Ultimele modele de bobine
( EN ) US1119732 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. Vedere din față Terminal liber și circuit de suprafață mare, cu structură de susținere și sistem generator	Bobina Tesla înfășurată sub forma unei spirale plate. Desenul original al descrierii emițătorului, brevet ( EN ) US645576 , Biroul de brevete și mărci din Statele Unite, Statele Unite ale Americii. .

Tesla, în ( EN ) US0645576 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. System of Transmission of Electrical Energy and in ( EN ) US0649621 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. Aparatul pentru transmisia energiei electrice , descrie compozițiile inovatoare ale bobinelor de transmisie. Bobina sau conductorul de transmisie este structurată și solicitată pentru a produce curenți de câmp și oscilații prin mediu până la o distanță considerabilă, până la o bobină sau conductor care primește energia transmisă. ^[6] Potențiale foarte mari au fost realizate cu aceste bobine. El a brevetat cu întârziere cu ( EN ) US0723188 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. , Metodă de raportare și cu ( EN ) US0725605 , Biroul de brevete și mărci al Statelor Unite, Statele Unite ale Americii. , Sistem de semnalizare , sisteme pentru bobine cu capacitate mare de transmisie cu electrod împământat.

Unele dintre bobinele ulterioare ale Tesla au fost considerabil cele mai mari și cu cel mai mare potențial electric. Când Tesla a brevetat cel mai recent dispozitiv din ( EN ) US1119732 , Biroul de brevete și mărci din Statele Unite, Statele Unite ale Americii. (Aparat pentru transmiterea energiei electrice), el a definit dispozitivul într-un mod destul de complex, ca un „ transformator de înaltă tensiune , cu miez de aer, autoregenerator, rezonant pentru generarea de înaltă tensiune la frecvență înaltă”.

Ultimele bobine Tesla au fost la rândul lor alimentate de transformatoare mari de înaltă tensiune, folosind condensatori mari de borcan Leyden scufundați în ulei pentru acumulare (pentru a reduce pierderile de coroană și folosind comutatoare speciale pentru a controla nivelurile ridicate. Comutatoarele au fost echipate individual cu ventilatoare de răcire în ordine pentru a rezista condițiilor de funcționare.

Tesla, deși în unele cazuri a folosit ulei pentru a-și izola bobinele, s-a bazat mai des pe proprietățile izolatoare ale aerului; el a folosit forme ale părților emițătoare din partea superioară a aparatelor ( topload ) având o rază largă de curbură, din nou pentru a minimiza pierderile datorate efectului corona (numite streamere ).

Câștigul de tensiune al circuitului la toroid este proporțional cu sarcina deplasată, care este determinată de cantitatea de capacitate (sarcină) a circuitului, de tensiunea (pe care Tesla o numește „ Presiune electrică ” în analogie cu parametrul hidraulic ), și de frecvența curentului angajat.

Operațiune

Descărcările electrice cu filament, precum flăcările de plasmă dintr-o bobină Tesla .

Un transformator cu bobină Tesla funcționează într-un mod semnificativ diferit de un transformator convențional (de exemplu, cu un miez de fier ). Într-un transformator convențional, rotațiile sunt foarte apropiate una de cealaltă, iar câștigul de tensiune este limitat la raportul rotațiilor rotațiilor. În schimb, câștigul de tensiune al unei bobine Tesla poate fi semnificativ mai mare, deoarece este proporțional cu rădăcina pătrată a raportului dintre inductanțele secundare și primare. Bobina transferă energia dintr-un circuit rezonant care oscilează de la unul (primar) la altul (secundar) pe un număr de cicluri RF. De îndată ce primarul transferă energie către secundar, tensiunea de producție secundară crește până când toată energia primară disponibilă a fost transferată către secundar (cu o eficiență bună). Chiar și cu pierderi semnificative de descărcare electrică, o bobină Tesla bine proiectată poate transfera peste 85% din energia stocată inițial în condensatorul primar către circuitul secundar. Pe măsură ce energia se formează în circuitul secundar oscilant, amplitudinea tensiunii toroidului crește rapid dincolo de valoarea critică a tensiunii, iar aerul care înconjoară toroidul începe să sufere o defecțiune dielectrică, formând descărcări de coroană.

În prezent, pasionații de echipamente de înaltă tensiune construiesc de obicei bobine Tesla care sunt similare cu unele dintre cele mai recente modele Tesla de miez de aer. Acestea constau de obicei dintr-un circuit de stocare primar care este un circuit LC de serie compus dintr-un condensator de înaltă tensiune, un decalaj de scânteie și o bobină primară; și circuitul LC secundar, un circuit de serie rezonant format din bobina secundară și toroid. În planurile inițiale ale Tesla, circuitul LC secundar este compus dintr-o bobină secundară încărcată apoi plasată în serie cu o bobină elicoidală mare. Bobina elicoidală a fost apoi conectată la toroid. Majoritatea bobinelor moderne folosesc doar o singură bobină secundară. Toroid este în vigoare un terminal al unui condensator, alte terminale fiind sol . Circuitul LC primar este reglat pentru a rezona la aceeași frecvență ca și circuitul LC secundar. Bobinele primare și secundare sunt cuplate magnetic, creând un transformator de miez de aer rezonant, dublu reglat. Spre deosebire de un transformator convențional care poate cupla mai mult de 97% din câmpurile magnetice între viraje, înfășurările unei bobine Tesla sunt „cuplate slab”, primarul și secundarul împărtășind de obicei doar 10-20% din câmpurile lor magnetice respective. Primele bobine Tesla izolate cu ulei au necesitat o izolare grea la conexiunile lor pentru a preveni descărcările în aer. Versiunile mai noi ale bobinelor Tesla emit câmpuri electrice pe distanțe mari, permițând astfel operații în exterior.

În designul original al lui Tesla pentru cea mai mare bobină, el a folosit un terminal superior format dintr-un cadru metalic în formă de tor, acoperit cu plăci metalice netede într-un semicerc (formând o suprafață conductoare foarte mare). În ansamblu, Tesla a folosit acest tip de element de formă în interiorul unei cupole. Terminalul superior avea o capacitate relativ mică, încărcat cu o tensiune cât mai mare posibil. ^[7]

Suprafața exterioară a terminalului superior este locul în care se acumulează sarcina electrică. Are o rază mare de curbură, adică este compusă din elemente separate care, spre deosebire de propria lor rază de curbură, sunt dispuse aproape una de alta, astfel încât suprafața exterioară ideală care le înconjoară să aibă o rază mare. ^[8] . Acest tip de structură a permis terminalului să reziste la tensiuni foarte mari fără a genera descărcări. În timpul procesului de solicitare a brevetului, Tesla a descris o varietate de rezonatoare terminale în partea de sus a acestei bobine mai noi. ^[9] . Majoritatea bobinelor moderne Tesla folosesc toroizi simpli, construiți de obicei din sârmă sau tuburi de aluminiu îndoite, pentru a controla câmpul electric ridicat din partea superioară a secundarului și a direcționa descărcările spre exterior, departe de bobinele primare și secundare.

Unele lucrări Tesla au necesitat o cuplare mai strânsă, un miez de aer, un transformator de înaltă frecvență, unde conductorul de ieșire a alimentat apoi un alt rezonator, numit uneori „bobină suplimentară”, sau pur și simplu „secundar superior”. Principiul este că energia se acumulează în bobina rezonantă superioară și partea transformatorului secundar este dată de secundarul separat „mai puțin puternic”; părțile nu sunt împărțite de un singur secundar. Tripla bobină modernă a sistemului de transmisie intensificatoare plasează adesea secundarul superior la o distanță de transformator sau îl înfășoară pe o formă de bobină cu diametru semnificativ mai mic. Cuplarea magnetică directă la secundarul superior nu a fost de dorit, astfel încât a treia bobină a fost proiectată pentru a fi acționată direct prin "injectarea" curentului RF direct în partea inferioară a virajelor.

Acest circuit special Tesla constă dintr-o bobină în strânsă relație inductivă cu un primar și un terminal conectat la o placă de masă, în timp ce celălalt terminal este condus printr-o bobină separată de autoinducție (a cărei conexiune ar trebui să fie întotdeauna făcută sau aproape de centrul geometric al formei circulare a acelei bobine pentru a asigura o distribuție simetrică a curentului) și a unui cilindru metalic care transportă curentul la terminal. Bobina primară poate fi excitată de orice sursă dorită de curent de înaltă frecvență. Cerința importantă este ca laturile primare și secundare să fie reglate pe aceeași frecvență rezonantă pentru a permite un transfer eficient de energie între circuitele rezonante primare și secundare. Conductorul tijei de capăt ( topload ) este sub forma unui cilindru cu o suprafață netedă cu o rază mai mare decât cea a plăcilor metalice sferice și se extinde de jos într-un container (care este utilizat pentru a preveni scurgerile de curent turbionar și pentru siguranță). Bobina secundară este înfășurată pe un tambur din material izolant, cu întoarcerile sale înguste. Când efectul micii raze de curbură a firului în sine este depășit, bobina secundară inferioară se comportă ca un conductor cu o rază mare de curbură, corespunzătoare cu cea a tamburului (acest efect este aplicabil în altă parte). Terminalul inferior al bobinei secundare superioare, dacă se dorește, poate fi extins până la terminalul ( EN ) US1119732 , Biroul de brevete și mărci al Statelor Unite, Statele Unite ale Americii. și ar trebui să fie mai degrabă sub virajul superior al bobinei primare. Acest lucru scade tendința sarcinii de a izbucni din firul care leagă ambele și de a trece de-a lungul suportului.

Bobinele moderne Tesla, fie pe bază de tranzistoare , fie pe bază de tuburi de vid, nu folosesc o scânteie. În schimb, tranzistorul (i) sau tubul (ia gol) oferă funcția de comutare sau amplificare necesară pentru a genera RF care alimentează circuitul primar. Bobinele tranzistorului Tesla utilizează cea mai mică tensiune de funcționare primară, de obicei între 175 și 800 de volți, și conduc turele primare utilizând un circuit cu jumătate de punte sau cu punte completă de tranzistoare bipolare , MOSFET sau IGBT pentru a schimba curentul primar. Bobinele alimentate de supape termionice funcționează de obicei cu tensiuni ale plăcilor între 1500 și 6000 volți, în timp ce majoritatea bobinelor cu scânteie funcționează cu tensiuni primare de 6 000 până la 25 000 volți. Înfășurarea primară a bobinei tradiționale Tesla bobină bobină doar partea inferioară a secundarului (uneori numit rezonant). Acest lucru ajută la evidențierea funcționării secundarului ca rezonator pompat. Primarul induce tensiune alternativă în porțiunea inferioară a secundarului, oferind în același timp „împingeri” regulate (similar cu împingeri calculate și previzionate corespunzător într-o oscilație de câmp). Energia suplimentară este transferată de la inductanța primară la cea secundară și capacitatea terminală superioară în timpul fiecărei „apăsări”, iar tensiunea secundară de producție constituie ieșirea buclei superioare a aparatului. Un circuit electronic de feedback este de obicei utilizat pentru a sincroniza în mod adaptiv oscilatorul primar cu rezonanță crescătoare în secundar, iar acesta este singurul aspect de reglare, altul decât alegerea inițială de proiectare a unui terminal superior motivat.

Într-o bobină Tesla cu stare solidă și rezonantă (DRSSTC), comutația electronică a SSTC este combinată cu circuitul rezonant primar al unei bobine Tesla cu scânteie. Circuitul rezonant primar este format prin conectarea unui condensator în serie cu rotirea primară a bobinei, astfel încât combinația formează un circuit serie cu o frecvență rezonantă apropiată de cea a circuitului secundar. Datorită circuitului rezonant suplimentar, sunt necesare reglaje manuale și o singură reglare adaptivă. Un comutator este adesea folosit pentru a reduce ciclul dativ al podului de comutare pentru a îmbunătăți capacitatea de vârf; în mod similar, IGBT-urile sunt mai populare în această aplicație decât tranzistoarele bipolare sau MOSFET-urile , datorită caracteristicilor superioare de manipulare a puterii. Performanța unui DRSSTC poate fi comparabilă cu o bobină Tesla de putere medie, iar eficiența (măsurată prin lungimea de descărcare față de puterea de intrare) poate fi semnificativ mai mare decât o bobină Tesla care funcționează la aceeași putere de intrare.

Dacă bobinele Tesla actuale sunt utilizate (reductiv) în principal pentru a produce descărcări perturbatoare ( fulgere artificiale , arcuri electrice ), scopul pentru care au fost proiectate a fost de a genera un câmp electric scalar capabil să transmită energie fără fire (definibil ca „reactiv”, spre deosebire de undele electromagnetice care transmit energie activă).

Chiar dacă tensiunea circuitului primar al bobinei Tesla a tranzistorului este relativ scăzută, aceasta poate fi totuși destul de periculoasă, având în vedere capacitatea ridicată a condensatorilor de netezire încărcați (vârfuri de peste 200A). Cele mai multe accidente au fost cauzate de curentul periculos al circuitului de joasă tensiune, mai degrabă decât de tensiunea înaltă a circuitului secundar. Oamenii și animalele trebuie ținute departe de rularea bobinelor Tesla.

Utilizare, producție și transmisie

O bobină mare Tesla poate funcționa la niveluri de putere de vârf foarte ridicate, până la mulți megawați (un milion de wați ^[10] ). Prin urmare, ar trebui poziționat și operat cu atenție, nu numai din motive de eficiență și economie de funcționare, ci și din motive de siguranță. Dacă, din cauza unei reglări necorespunzătoare, punctul de tensiune maximă cade sub terminal, o descărcare (scânteie) poate apărea de-a lungul bobinei secundare și poate deteriora sau distruge firul bobinei, suporturile sau obiectele din apropiere.

Tesla a experimentat diferite configurații de circuite cu bobinele sale (vezi stânga și dreapta). Înfășurarea primară a unei bobine Tesla și fanta de scânteie sunt în serie, condensatorul rezervorului în paralel sau condensatorul primar și rezervorul în serie și fanta de scânteie în paralel. În fiecare circuit, transformatorul de curent alternativ încarcă condensatorul rezervorului până când tensiunea sa este suficientă pentru a intra în spațiul de scânteie. Deschiderea (a spațiului de scânteie) scânteie imediat, permițând condensatorului încărcat să se descarce în înfășurarea primară. Odată ce deschiderea emite descărcări electrice, comportamentul electric al ambelor circuite este identic. Experimentele au arătat că niciun circuit nu oferă o performanță marcată în avantajul celuilalt.

Diagrama tipică a unei bobine Tesla
Acest circuit simplu este proiectat să ruleze prin curent alternativ. Aici fanta de scânteie scurtcircuitează frecvența înaltă de-a lungul primului transformator. O inductanță neprezentată protejează transformatorul.

Altă configurație
Acest circuit este, de asemenea, traversat de curenți alternativi. Cu toate acestea, sursa de curent alternativ de înaltă tensiune trebuie să fie capabilă să suporte tensiuni înalte de înaltă frecvență.

Cu toate acestea, în circuitul tipic (stânga), acțiunea de scurtcircuitare a distanței de scânteie împiedică revenirea oscilațiilor de înaltă frecvență la transformatorul de putere. În circuitul alternativ, amplitudinea mare a oscilațiilor de înaltă frecvență care curg prin condensator sunt, de asemenea, aplicate la rotațiile transformatorului de putere. Acest lucru poate induce descărcări de coroană între viraje care slăbesc și în cele din urmă distrug izolarea transformatorului. Constructorii de bobine cu experiență ai Tesla folosesc aproape exclusiv circuitul superior, majorându-l adesea cu filtre de trecere joasă (rezistență și rețele de condensatoare, RC) între transformatorul de putere și distanța de scânteie pentru a ajuta la protejarea transformatorului de putere. O vopsea anticorona este de asemenea utilizată pentru a preveni autodistrugerea circuitului secundar, în plus se adaugă o înfășurare de siguranță împământată deasupra circuitului primar, astfel încât atunci când descărcările secundare sunt foarte lungi, mai degrabă decât să lovească circuitul primar și să intre apoi în transformatorul HV, acestea sunt direcționate spre sol. Acest lucru este foarte important atunci când se utilizează transformatoare cu înfășurări fragile de înaltă tensiune, cum ar fi transformatoarele pentru lumini Neon (Neon Sign Transformers - NST). În ciuda configurației utilizate, transformatorul HV trebuie să fie de tipul care își autolimită curentul secundar din cauza pierderilor de inductanță internă. Un transformator normal de înaltă tensiune (cu inductanță de pierdere scăzută) trebuie să utilizeze un limitator extern (uneori numit „ balast ”) pentru a limita curentul. NST-urile sunt proiectate să aibă pierderi mari de inductanță pentru a limita curentul de scurtcircuit la un nivel sigur.

Precauții de reglare

Frecvența de rezonanță a bobinei primare ar trebui să fie reglată la aceeași valoare ca bobina secundară utilizând oscilații de putere redusă, crescând apoi puterea până când aparatul este pus sub control. Pe măsură ce se reglează, o mică proeminență (numită „punct de întrerupere”) este adesea adăugată la terminalul (superior) pentru a promova emisia de arcuri și descărcări de scânteie (uneori numite rachete) în aerul înconjurător. Prin reglare, fenomenul poate fi ajustat, astfel încât să se realizeze arce cu entități determinate și niveluri de putere, corespunzătoare cuplării de frecvență între bobina primară și secundară. Capacitatea „încărcată” de descărcări tinde să varieze (să scadă) frecvența de rezonanță a unei bobine Tesla care funcționează la putere maximă. Din o varietate de motive tehnice, toroizii oferă una dintre cele mai eficiente forme pentru terminalele superioare ale bobinelor Tesla.

Deoarece bobinele Tesla pot produce curenți (sau descărcări), de foarte mare frecvență și tensiune, acestea sunt utile în diverse scopuri, inclusiv demonstrații școlare, efecte scenografice speciale (teatru, film); pot fi folosite și pentru testarea produselor tehnologice.

Descărcări aeriene

Un tip mic, mai târziu, „bobină Tesla” în funcțiune. Produce descărcări de aproximativ 43 cm. Diametrul secundarului este de 7,5 cm. Tensiunea de alimentare este de 10.000 V, 60 Hz cu curent limitat.

Pe măsură ce descărcările sunt generate, energia electrică din secundar și toroid este transferată în aerul înconjurător sub formă de încărcare electrică, căldură, lumină și sunet. Curenții electrici care curg prin aceste descărcări sunt de fapt cauzate de schimbarea rapidă a cantității de încărcare dintr-un punct (terminalul superior) în alte puncte (regiunile învecinate ale aerului). Procesul este similar cu încărcarea sau descărcarea unui condensator. Curentul creat de fluxul de sarcini în interiorul unui condensator se numește curent de deplasare. Descărcările bobinei Tesla se formează ca urmare a curenților de deplasare, deoarece pulsațiile sarcinilor electrice sunt transferate rapid între toroidul de înaltă tensiune și regiunile învecinate ale aerului (numite regiuni de încărcare spațială). Deși regiunile de încărcare spațială din jurul toroidului sunt invizibile, ele joacă un rol cheie în aspectul și locația descărcărilor bobinei Tesla.

Când spațiul de scânteie generează scântei, condensatorul încărcat se descarcă în bobinele primare, provocând oscilații în circuitul primar. Curentul primar oscilant creează un câmp magnetic care se cuplează la rotațiile secundarului, transferând energia în al doilea de către transformator și făcându-l să oscileze cu capacitatea toroidului. Transferul de energie are loc pe mai multe cicluri, iar cea mai mare parte a energiei care a fost inițial în primar este transferată în secundar. Cu cât este mai mare cuplajul magnetic între bobine, cu atât este mai scurt timpul necesar pentru a finaliza transferul de energie. Pe măsură ce energia se formează în circuitul secundar oscilant, amplitudinea tensiunii RF a toroidului crește rapid și aerul care înconjoară toroidul începe să sufere o defecțiune dielectrică, formând descărcări.

Pe măsură ce energia bobinei secundare (și tensiunea de ieșire) continuă să crească, pulsații mai mari ale curentului de deplasare ionizează și încălzesc aerul mai mult până la punctul inițial de rupere . Aceasta formează un punct „rădăcină” foarte fierbinte și, prin urmare, mai conductiv decât plasma supraîncălzită. Rădăcina care iese din tor se numește ghid . Plasma din interiorul ghidului, deși este similară cu cea a unui arc electric, este considerabil mai fierbinte decât o simplă descărcare de arc, deci este, de asemenea, considerabil mai conductivă. Ghidul se ramifică apoi în mii de rafale mai subțiri, mai reci, asemănătoare părului (numite străluciri). Flăcările apar ca o „ceață” albăstruie la capetele ghidajelor mai strălucitoare: flash-urile sunt cele care, de fapt, transferă sarcina dintre ghidaje și toroizi în regiunile spațiale de sarcină din jurul lor. Curenții de deplasare, generați de nenumărate blițuri conținute în ghidaj, ajută la menținerea ghidului cald și electric cu conductivitate ridicată.

Într-o spirală de scânteie, bobina Tesla, procesul de transfer al energiei din primar în secundar se repetă cu pulsații tipice de 50 - 500 de cicluri pe secundă, iar canalele de ghidare care s-au format deja nu au nicio șansă să se răcească prea mult între un impuls și următorul. altul. Astfel, cu pulsații succesive, se pot forma noi descărcări pe căile fierbinți lăsate de pulsațiile anterioare. Acest lucru face ca ghidul să crească de la un impuls la altul, întinzând întreaga descărcare cu fiecare impuls ulterior. La pulsazione ripetitiva causa una crescita di scariche fino all'equilibrio, cioè fino a quando l'energia media disponibile della Bobina di Tesla durante ogni pulsazione bilancia l'energia media che si perde nelle scariche (soprattutto sotto forma di calore). A questo punto si è raggiunto un equilibrio dinamico e le scariche sono giunte alla loro lunghezza massima per il livello di potenza disponibile dalla Bobina. La combinazione di uno sviluppo con alta tensione a radiofrequenza e una pulsazione ripetitiva sembra vada bene idealmente per creare scariche lunghe e ramificate, notevolmente più lunghe di quanto ci si aspetterebbe, altrimenti, da considerazioni isolate di produzione di tensione. Scariche di alta tensione creano scariche di colore blu-violaceo filamentose multi ramificate. Scariche di alta energia creano scariche più spesse con meno rami, pallide e luminose, quasi bianche, e sono molto più lunghe di quelle a bassa energia, a causa di un aumento della ionizzazione. Si sente nell'aria un forte odore pungente di ozono e di ossidi di azoto. Per la lunghezza massima delle scariche sembrano fattori importanti la tensione, l'energia e, per quanto possibile, l'aria di bassa o moderata umidità. Comunque, a più di 100 anni dal primo uso di una Bobine di Tesla, molti aspetti delle scariche della Bobina e il processo di trasferimento dell'energia non sono ancora compresi completamente.

Ricezione

Varianti di bobine di Tesla furono suggerite da Tesla per ricevere potenza da radiazione elettromagnetica, o alternare campi elettrici vicini, di frequenza praticabile e per sfruttare il gradiente di tensione verticale nell'atmosfera della Terra. Tesla compì esperimenti di primi tipi di bobine con successo, particolarmente nell'area di ricezione di quello che probabilmente era il campo elettrico vicino di una grande bobina di Tesla a una certa distanza. Comprese che molti dei suoi esperimenti operavano su una base di onde Hertziane, onde elettromagnetiche propagate nello spazio senza guida artificiale. ^[11]

Tesla affermò che una delle sette caratteristiche di questo sistema mondiale senza fili era la costruzione di un "ricevitore risonante". ^[12] I secondari di una Bobina di Tesla ed il suo condensatore possono essere usati maniera ricevente. ^{[13] [14] [15] [16] [17] [18]} Tesla stesso dimostrò trasmissione di potenza elettrica senza fili dal trasmettitore al ricevente. Questi concetti e metodi sono parte della sua trasmissione senza fili di sistema di distribuzione di potenza elettrica (US 1119732 " Apparatus for Transmitting Electrical Energy " 1902 January 18). Tesla propose che dovrebbero esserci state "trenta" di tali antenne nel mondo. ^[19] Il circuito ricevente di queste torri è connesso ognuno con un condensatore ed un'apparecchiatura adatta ad aprire e chiudere il circuito ricevente a intervalli predeterminati di tempo. ^[20] La bobina di Tesla, usata come ricevente consentirebbe di commutare, dirigere, e selezionare gli impulsi di corrente nel circuito di carica così da renderli utilizzabili per caricare il dispositivo di immagazzinamento; in linea teorica sarebbe possibile chiudere il circuito ricevente e fare in modo che il ricevitore sia messo in funzione dall'energia accumulata. ^[21]

Bobina di Tesla in uno dei tanti esperimenti di Colorado Springs . Questa è una bobina con presa di terra risonante con un trasmettitore distante; la luce è collegata a un'altra bobina di due spire ed è accesa: chiaro esempio di radio (telegrafia senza fili) ricevente come parte di quattro circuiti sintonizzati.

Una Bobina di Tesla usata come un ricevitore di potenza elettrica è detta Antenna di Tesla . ^{[22] [23] [24] [25]} L'antenna di Tesla, usata come ricevitore, si comporta come un trasformatore "step down" cioè come un Convertitore buck con produzione di alta corrente. ^[26] I parametri di una trasmittente a Bobina di Tesla sono identicamente applicabili ad essa essendo un ricevitore (pe, un circuito di antenna), a causa della reciprocità. L'impedenza, generalmente tuttavia, non è applicata in modo ovvio; per l'impedenza elettrica, l'impedenza al carico (pe, dove la potenza è consumata) è molto critica e, per un ricevitore a Bobina di Tesla, questo è al punto di utilizzo (come per un motore a induzione) piuttosto che un punto ricevente. L'impedenza complessa di un'antenna è legata alla lunghezza elettrica dell'antenna della lunghezza d'onda in uso. Comunemente, l'impedenza è aggiustata al carico con un sintonizzatore o reti sintonizzate composte da induttanze e condensatori.

Una Bobina di Tesla può ricevere impulsi ^[27] elettromagnetici da elettricità ^{[28] [29] [30]} atmosferica ed energia radiante ^[16] , oltre alle normali trasmissioni senza fili. L'energia radiante emette con grande velocità particelle minute che sono fortemente elettrificate e, altri raggi che cadono sul conduttore isolato connessi a un condensatore , possono fare in modo che il condensatore si carichi elettricamente indefinitamente. ^[31] Il risonatore elicoidale può essere " eccitato con un colpo " dovuto a disturbi di energia radianti non solo all'onda fondamentale a un quarto di lunghezza d'onda ma anche può essere eccitato alle sue armoniche. Sebbene metodi Hertziani possono essere usati per eccitare l'Antenna di Tesla con limitazioni che danno luogo a grandi svantaggi pratici. ^[32] I metodi di conduzione a terra ed i vari metodi di induzione possono essere usati anche per eccitare l'Antenna di Tesla, ma è di nuovo uno svantaggio per l'utilizzo. ^[16] Il circuito di carica può essere adattato per essere stimolato dall'azione di vari altri disturbi ed effetti a distanza. Oscillazioni arbitrarie ed intermittenti che sono propagate via conduzione al risonatore ricevente caricheranno il condensatore del ricevitore ed utilizzeranno l'energia potenziale al più grande effetto. ^[16] Le varie radiazioni possono essere usate per caricare e scaricare conduttori, con le radiazioni considerate vibrazioni elettromagnetiche di varie lunghezze d'onda e potenziali ionizzanti. ^[16] L'Antenna di Tesla utilizza gli effetti o disturbi per caricare un dispositivo di accumulo con energia da una fonte esterna (naturale o artificiale) e controlla la carica di detta apparecchiatura dalle azioni degli effetti o disturbi (durante intervalli successivi di tempo determinati da mezzi di tali effetti e disturbi corrispondenti in successione e la durata degli effetti e disturbi). ^[33] L'energia immagazzinata può essere usata anche per azionare l'apparecchiatura ricevente. L'energia accumulata può, per esempio, azionare un trasformatore scaricando attraverso un circuito primario a durate predeterminate che, dalle correnti secondarie, azioni l'apparecchiatura ricevente. ^[16]

Mentre la Bobina di Tesla può essere usata per questi scopi, molta attenzione del pubblico e dei media sono verso le applicazioni di trasmissione della bobina di Tesla sin da quando le scariche di plasma affascinano più persone. Nonostante questo fatto, Tesla suggerì che questa variazione della sua bobina potesse utilizzare l'effetto loop- fantasma per formare un circuito per indurre energia dal campo magnetico della Terra e le altre fonti di energia raggianti (incluso, ma non limitato a, l' elettrostatica ^[34] ). Con riguardo alle asserzioni di Tesla sull'imbrigliamento di fenomeni naturali per ottenere la potenza elettrica, lui affermò:

Prima che molte generazioni passino, il nostro apparato sarà guidato da un potenza ottenibile da ogni punto dell'universo . "Esperimenti con Correnti Alternate di Alta Frequenza e Alto Potenziale " (febbraio 1892)

Tesla affermò che la potenza di produzione da queste apparecchiature, raggiunte da metodi di carica Hertziani, era bassa, ^[35] ma sono disponibili mezzi di carica alternativi. I ricevitori di Tesla azionati correttamente agiscono come un trasformatore "step down" con produzione di alta corrente. ^[36] Non c'è tutt'oggi ^{[ quando? ]} , nessuna entità di generatore di potenza commerciale o società che hanno utilizzato questa tecnologia a pieno effetto. I livelli di potenza realizzati da ricevitori a Tesla Coil sono, fino ad ora, stati una frazione della produzione di potenza delle trasmittenti. ^{[ senza fonte ]}

Ignorando correnti di terra e gli altri naturali fenomeni elettromagnetici l'antenna di Tesla può ricevere potenza elettrica proveniente da fulmini. La potenza totale ottenibile da elettricità atmosferica da cielo a terra è stata stimata a 700 megawatt. ^[37] Da paragone, una tipica centrale elettrica a combustibile fossile (come petrolio o benzina) che alimenta le reti domestiche può avere due turbine a benzina ed una sola turbina a vapore che utilizzano il calore dalla benzina di scarica delle turbine di benzina, con ognuna delle tre turbine tarate a 100 megawatt. Sul lato di carico, 700 MW è visto corrispondere a duemila famiglie che fanno uso di una potenza media di 3000 watt, contrapposto con una popolazione al mondo di più i sei miliardi di persone. Per quanto riguarda i metodi, l'elettricità atmosferica si riferisce all'elettricità statica; la corrente continua; e la tecnologia HVDC (corrente continua ad alta tensione) moderna converte la corrente continua da tali tensioni a una corrente alternata abbastanza bene per essere molto popolare nell'uso nella rete di distribuzione elettrica; una variante di bobina di Tesla non è l'unico modo di fare questo, né necessariamente il migliore, né per l'elettricità atmosferica o la potenza di correnti continue della terra. ^[38]

La più grande tensione tellurica osservata su un cavo di comunicazioni sottomarino durante uno studio di dieci anni era solamente 0.75 volt per chilometro. La superficie della Terra ha una carica negativa (NC) e l'atmosfera ha una carica positiva (PC).

L'ammontare presente di radiazione elettromagnetica sulla superficie della Terra è nota a quelli il cui lavoro tecnico sulla comunicazione radio o l'acquiescenza regolatore comporta la ricezione e misurazione. La radiazione è esaminata da dieci migliaia di hertz (cicli al secondo) su a trenta miliardi hertz (la lunghezza d'onda di un centimetro) o più in molti casi. Trasmissioni radio autorizzate ed emissioni minori da attrezzature designate ma non desiderate non sono oscurate grandemente da occorrente naturalmente energia di radiofrequenza. ^[39] Questo naturale ed innaturale ' rumore' è abbondante nell'ambiente e può essere ricevuto via ricezione di banda larga, anche se questo articolo non citi alcuna dimostrazione che offra potenza su scala domestica, commerciali o scopi industriali attualmente ^{[ quando? ]} . Una bobina di Tesla non è pertanto un'apparecchiatura a banda larga dato che opera solamente sulla sua frequenza risonante e certe armoniche.

Rischi per la vita e precauzioni: il mito della protezione dovuta all'effetto pelle

I pericoli della corrente elettrica ad alta frequenza sono percepiti qualche volta come se fossero meno pericolosi che a frequenze più basse. Questo, spesso, è erroneamente interpretato come essere dovuto all' effetto pelle , un fenomeno che tende a impedire che corrente alternata fluisca nelle parti interne di un conduttore. Anche se l'effetto pelle è applicabile a conduttori elettrici effettivi (pe i metalli conduttori), la 'profondità di pelle' della carne umana a frequenze di una tipica Bobina di Tesla di buona potenza può essere dell'ordine di 60 pollici (un metro e mezzo) o più ^{[ senza fonte ]} . Un'analisi indipendente afferma che una piccola bobina può produrre una penetrazione di 2,5 pollici, circa 80 mm, in normale ambiente salino. ^{[ senza fonte ]} Correnti di alta frequenza, quindi, fluiscono preferenzialmente attraverso le parti del corpo più profonde e più conduttive, come l'apparato circolatorio e il sistema nervoso. In realtà, il sistema nervoso di un essere umano non ha sensibilità delle correnti elettriche di oltre i 15-20 kHz, le quali, pur producendo alterazioni e pur essendo potenzialmente pericolose, invertono il flusso ionico troppo velocemente per essere recepite da un sistema adatto a ricevere frequenze più basse. Gli ioni, trasferiti così velocemente in un senso e poi nell'altro, non possono essere percepiti: è qualcosa di analogo alla mancata percezione della radioattività a cui, di norma, si è pressoché insensibili all'atto dell'irraggiamento. Dato che il corpo non dà violenti segnali dolorosi in immediato, gli sperimentatori toccano a volte gli archi di scarica delle piccole Bobine di Tesla, apparentemente senza problemi. L'evidenza insegna, però, che i danni sono possibili, con sintomi temporanei come dolori e formicolii, che si possono prolungare nel tempo. Data la sua natura di somministrazione di violenta energia localizzata sugli ioni, il fenomeno deve essere valutato con molta cautela, in analogia di altri fenomeni come, ad esempio, quelli dati da radiazioni, che inferiscono su tali parti. Comunque, è noto che certi trasformatori possono essere usati per fornire corrente alternata a una frequenza talmente alta che la profondità di pelle (vera) diviene piccola abbastanza da essere considerata meno dannosa (per il noto "effetto pelle"). Questo giustifica alcuni usi terapeutici di generatori di Tesla il cui utilizzo, salvo diversa dimostrazione, sarebbe giustificato dal bilancio costo-beneficio. La profondità di penetrazione è, infatti, inversamente proporzionale alla radice della frequenza.

Grandi Bobine di Tesla e amplificatori possono rilasciare livelli pericolosi di corrente di alta frequenza e possono sviluppare anche tensioni significativamente più alte (spesso 250 000-500 000 volt o più). A causa delle tensioni più alte, i grandi sistemi possono depositare elevate quantità di energia, in maniera molto potente, condensata e ripetuta, tale da essere potenzialmente letali. Raddoppiando la tensione prodotta si quadruplica l'energia elettrostatica immagazzinata in uscita.

Se si viene a contatto con la scarica elettrica RF, lo shock può produrre contrazioni muscolari diffuse e arresto cardiaco. Anche bobine di Tesla più piccole o allo stato solido possono dare correnti di RF lesive anche solo per effetto Joule ai tessuti (ustioni interne ed esterne). Insomma, una scarica RF può carbonizzare i tessuti e ustionare anche in profondità il tessuto osseo (ustione molto dolorosa e molto difficile da guarire), o produrre singole ma ripetute lesioni a costituire una sorta di maglio energetico distruttivo interno. Si nota che tali fenomeni, considerabili come minori da uno sperimentatore entusiasta, sono analoghi, ma possono essere enormemente superiori come energia deposta, a quelli presunti del cosiddetto Elettrosmog .

Gli sperimentatori bene informati evitano in ogni modo il contatto sia diretto che di prossimità con l'arco prodotto. I professionisti e, in genere, il personale che usa più frequentemente tali dispositivi su apparati di potenza, usa protezioni certe, come gabbie di Faraday o abiti con maglie metalliche, tali da impedire certamente la penetrazione dei flussi elettrici nel corpo, rendendo minimi anche altri eventuali effetti di campo (di certo ancora non bene investigati e spesso sottovalutati, come quelli sui tessuti molli dell'apparato riproduttivo). Per quanto riguarda direttamente la letalità delle bobine di Tesla questa è relativamente bassa, dato che le elevatissime tensioni possono fornire solo correnti relativamente basse e spesso insufficienti a causare direttamente il decesso immediato.

I pericoli maggiori associati a operazioni con bobine di Tesla sono legati al circuito primario. È il circuito primario che ha una tensione già elevata e capace di fornire una corrente sufficiente per fermare il cuore di uno sperimentatore disattento. Poiché questi componenti non sono fonte di marcati effetti visivi o sonori, possono facilmente essere trascurati tanto da essere la principale fonte di imprudenza. Un arco ad alta frequenza potrebbe colpire la bobina primaria esposta, mentre, allo stesso tempo, un'altra scarica colpisce una persona: l'aria ionizzata delle due scariche forma un circuito che può condurre letali correnti a bassa frequenza dal primario alla persona (come un filo). Si crede che sia stata questa la causa di morte di un dimostratore professionista di bobine di Tesla, Henry Leroy Transtrom, nel 1951 .

Lavorare al circuito primario di una bobina è la parte più rischiosa. Questo continua a essere vero anche quando il circuito è sconnesso dall'alimentazione, anche da diverso tempo, dato che una notevole energia residua può rimanere accumulata nei condensatori. I sistemi ben progettati includono sempre l'inserimento di resistenze di cortocircuito per eliminare cariche residue di condensatori. In più, un'operazione di cortocircuito di sicurezza dovrebbe sempre essere fatta su ogni condensatore prima di iniziare ogni lavoro o contatto sulle parti.

Applicazioni

Lo stesso argomento in dettaglio: Wardenclyffe Tower e Trasmettitore di amplificazione .

Configurazioni d'amplificazione
Configurazione guida classica. [40]	Configurazione guida di tipo più tardo. [41]

Il laboratorio di Tesla di Colorado Springs possedeva una delle più grandi bobine mai costruite, la quale faceva parte del suo trasmettitore di amplificazione (o ingrandimento ). Il Trasmettitore di Amplificazione fu qualcosa di differente dalle classiche bobine di Tesla di secondo tipo. Tale amplificatore usava una guida a due bobine per eccitare la base di una terza bobina (risonante) che era posta a distanza dalla guida. I principi operanti di entrambi i sistemi sono comunque simili.

La più grande bobina di Tesla a due spire in funzione nel 2008 - secondo il sito Atlas Obscura - era conosciuta con il nome di "Electrum" ed è stata costruita da Eric Orr e dall'ingegnere ad alta tensione Greg Leyh su commissione di Alan GIbbs nell'aprile del 1998. È un'unità di 3 milioni di Volt e fa parte di una struttura alta più di 11 metri (38 piedi). Alan Gibbs ne è il proprietario e la bobina è collocata nella sua fattoria vicino a Auckland , Nuova Zelanda . Tra le bobine di grandi dimensioni si possono citare "BIGGG" in Oklahoma , Big Bruiser in Wisconsin, e un paio di bobine conosciute come CAUAC che fanno la loro apparizione al festival musicale annuale di Coachella . Un certo numero di bobine di grandi dimensioni può essere visto anche negli incontri annuali di Teslathon . ^[42]

La bobina di Tesla è un antico predecessore (per quanto riguarda la bobina di induzione) di un dispositivo più moderno chiamato trasformatore flyback , che genera tensione necessaria per alimentare il tubo catodico usato in alcune televisioni e monitor di computer. La bobina a scarica disruptiva rimane nell'uso comune come la bobina d'accensione ^{[43] [44]} o bobina a scarica nel sistema d'accensione di motori a combustione interna. Questi apparecchi non usano risonanza per accumulare energia, che comunque è la caratteristica peculiare di una bobina di Tesla. Essi usano un "impulso" induttivo, forzato, una brusca caduta del campo magnetico, così che una tensione elevata è prodotta dalla bobina ai suoi terminali del primario, che è maggiore della tensione applicata per creare il campo magnetico, e questa tensione incrementata è a sua volta moltiplicata dal rapporto delle spire del trasformatore. Una moderna variante a bassa potenza di una bobina di Tesla è quella usata per alimentare le immagini dinamiche dei "globi di plasma" ed apparecchi ludici simili.

La preparazione di strumenti di vetro sottovuoto (pe per lavorare con sostanze volatili gassose, con sistemi di condotti di vetro) può rendere utile il rilevamento di piccole falle nei condotti stessi, mediante una bobina di Tesla. Quando il sistema è vuotato e il terminale di scarica della bobina è avvicinata al vetro, la scarica converge immediatamente sulle discontinuità, permettendo di individuarle.

Popolarità

Le bobine di Tesla sono apparecchiature molto popolari fra alcuni ingegneri elettronici ed appassionati di elettronica. Chi costruisce bobine di Tesla come hobby è chiamato "coiler". La più grande bobina di Tesla conica al mondo è mostrata al Museo della Scienza in Hot Springs (Arkansas) . Questa bobina produce 1,5 milioni di volt di potenziale elettrico. Periodicamente in Hot Spring vi sono convegni di costruttori di bobine frequentati da gente comune con le loro bobine di Tesla fatte in casa, ed altre apparecchiature elettriche di maggiore interesse. Si nota che ci sono misure di sicurezza piuttosto significative riguardo alla costruzione di bobine con operazioni da hobbysta, (ma anche da parte di ingegneri professionisti), tali misure è bene che siano opportunamente conosciute e ben applicate, con una buona informazione teorica, cioè in maniera più sicura piuttosto che tentare la propria analisi da solo, in maniera rischiosa sulla propria pelle.

Riproduci file multimediale

Dimostrazione durante una fiera

Bobine di Tesla a bassa potenza sono usate anche qualche volta come fonte di alta tensione per la fotografia Kirlian . Le bobine sono spesso utili come attrezzi istruttivi. Mag. Erwin Kohaut, un insegnante di fisica al liceo austriaco BGRG 12 Rosasgasse a Vienna , Austria , ed alcuni studenti costruìrono una bobina di Tesla come progetto. Sta in piedi nella cantina di quella scuola. Per molti anni una bobina era in mostra al St. Louis Science Center. Fu posta al primo piano, vicino al teatro di Omnimax, in un angolo e piuttosto in alto, dietro una protezione. I visitatori potevano farla funzionare, con alcune scariche, infilando una monetina in una gettoniera a fianco. Una bobina tesla molto grande, disegnata e costruita da Syd Klinge, è mostrata ogni anno al festival della musica e arte di Coachella, in Coachella , Indio, California , Stati Uniti .

Le bobine di Tesla possono essere usate anche per creare musica. Nel tema di Super Mario Bros il video mostra uno spettacolo con bobine accoppiate a stato solido che operano a 41 kHz. Le bobine furono costruite ed operarono, costruite da hobbysti, su progetto dei disegnatori Jeff Larson e Steve Ward. L'apparecchiatura è stata chiamata "Zeusaphone", in onore di Zeus , il dio greco del tuono; il nome fu proposto dal Dott. Barry Gehm, di Lyon College ed adottato da Ward il 21 giugno 2007.

Nelle opere di fantasia

Cinema

Gli effetti spettacolari delle bobine di Tesla ne hanno fatto per lungo tempo un oggetto "d'arredo" quasi obbligatorio nei laboratori di molti scienziati pazzi .

• Una bobina di Tesla fu usata per produrre gli effetti dei fulmini di V'Ger effettuato per il primo film Star Trek del 1979 . Le riprese furono svolte in un campo d'aviazione da squadre su una turnazione continua, per via dei tempi di produzione molto ristretti. Anche membri dello staff di produzione, come il direttore/supervisore degli effetti speciali visivi Douglas Trumbull , furono inclusi nel personale tecnico. All'epoca, vi furono voci tra il personale su strani effetti collaterali che sarebbero potuti accadere al termine della produzione per via dell'esposizione ai campi elettrici, voci tuttavia non confermate ufficialmente. Nell'edizione in DVD del 2001, una "Director's Cut", alcune sequenze aggiunte comportarono sostituzioni/aggiunte di animazioni in computer grafica di nuovi effetti luminosi.
• Nel film di Jim Jarmusch Coffee and Cigarettes (2003) c'è una scena in cui è protagonista Jack e Meg White dalla banda The White Stripes intitolata "Jack mostra a Meg la sua bobina di Tesla ". Nell'intervallo, la coppia prende un caffè. Jack spiega il lavoro di Nikola Tesla a Meg e mostra la bobina che ha di fianco.
• Nel film Sky Captain and the World of Tomorrow una coppia di bobine di Tesla posta a difesa dell'ufficio del fantomatico dott. Totenkopf fulmina uno degli scienziati sopravvissuti che, incautamente, fa scattare una trappola correndoci sopra.
• Nel film di Christopher Nolan The Prestige , uno dei principali attori, Hugh Jackman , cerca l'aiuto di Nikola Tesla (interpretato da David Bowie ) per realizzare uno strumento capace di teletrasportare la materia. Tesla crea poi una variante della sua Bobina per realizzarlo.
• Nell'ultimo remake di L'apprendista stregone il protagonista costruisce nel suo laboratorio quattro bobine di Tesla in quanto studente di fisica.

Televisione

• Nella serie animata Sealab 2021 trasmessa nel programma contenitore Adult Swim su Cartoon Network , le bobine di Tesla compaiono molte volte: In "Waking Quinn", Stormy fulmina il Dott. Quinn lasciando cadere una "strepitosa bobina di Tesla fatta in casa" nella piscina della luna; in "Policy", Sparks uccide il capitano Murphy lasciando cadere la stessa bobina di Tesla nella sua vasca da bagno. Questa 'bobina di Tesla ' fu ricavata da una batteria di macchina, una patata, e del filo di rame. Tutti di questi articoli furono montati disordinatamente con chiodi sopra un pezzo di legno.
• In un episodio dello show di Cartoon Network Io sono Donato Fidato , Donato usa una pietra come martello per costruire una bobina di Tesla partendo da bastoni e uno scoiattolo.
• All'inizio della serie televisiva Robot Chicken , una bobina di Tesla adorna il banco da lavoro dello Scienziato Pazzo.
• Nella serie televisiva Warehouse 13 è presente come arma d'ordinanza degli agenti la "pistola di Tesla" che rilascia scariche elettriche stordenti non letali.
• Nella serie televisiva NCIS: Los Angeles è presente nella casa di uno studente universitario come antifurto.

Videogiochi

Le bobine di Tesla appaiono come arma in molti giochi per computer, ed è in grado di sparare ai nemici frecce elettriche o veri e propri fulmini. Altre armi di energia diretta appaiono anche con la parola "Tesla" nel loro nome. Esempi di giochi che rappresentano bobine di Tesla e le altre armi di Tesla sono: Blazing Angels 2 , Blood , Command & Conquer: Red Alert , Destroy All Humans! , Tomb Raider: Legend , Arcanum: Of Steamworks and Magick Obscura , Return to Castle Wolfenstein , Tremulous ( Quake 3-ex-mod), World of Warcraft , Goldeneye: Rogue Agent , Dystopia (un Half-Life 2-mod), Ratchet & Clank , BloodRayne 2 , Crimson Skies , Fallout 3 , Clash of Clans , Clash Royale e backyard monsters .

• In Fallout si può trovare una finta Armatura di Tesla. L'armatura di Tesla offre grande protezione dalle armi a energia perché, nel contesto del gioco, l'armatura assorbe e dissipa la maggior parte dell'attacco (proprio come fa una bobina di Tesla quando si scarica); in Fallout 3 è possibile indossare ancora un'Armatura di Tesla, ed è possibile migliorare la propria abilità, con le armi a energia, leggendo il libro Tu e Nikola Tesla . Inoltre con una espansione, è possibile rubare da una base una bobina di Tesla e un'arma, inesistente nella realtà, chiamata Cannone di Tesla, in grado di convogliare le scariche della bobina in una scarica molto grande di grandi dimensioni.
• Nel gioco The Sims Bustin' Out è disponibile l'acquisto di una Bobina di Tesla. Quando i Sims la usano, si acquisiscono punti di abilità meccanici.
• Nel videogioco MMORPG Città degli Eroi , creata dai Cryptic Studios e NCsoft, i Cavalieri di Tesla sono robot ostili creati dal Re "Meccanismo" . Essi sono capaci di disabilitare le caratteristiche dei giocatori per un certo tempo circondandoli con energia elettrica. Similmente, il potere del giocatore 'Tesla Cage' è usato soprattutto per disabilitare o 'mantenere' avversari con energia elettrica nello stesso gioco.
• Nikola Tesla e le sue invenzioni compaiono nella sezione "Verità" di Assassin's Creed II . In particolare Tesla viene associato allo schieramento degli Assassini .
• Nel gioco Blazing Angels 2: Secret Mission of WWII tra le varie armi secondarie c'è anche la bobina di Tesla, simile a una bobina normale ma con al centro dei componenti per l'elettricità, in grado di emanare una scarica elettrica che può abbattere ogni aereo nemico nelle vicinanze.
• Nel videogioco d'azione cooperativo Alien Swarm è presente come arma il cannone tesla, che emette scariche elettriche stordenti, e la sentinella tesla, che ha gli stessi effetti del suddetto cannone ma è stazionaria e automatica.
• Nella serie di videogiochi di Command & Conquer: Red Alert la bobina Tesla è un sistema di difesa usato dall'esercito sovietico: è montata su apposite torrette fisse in grado di sparare potenti fulmini, e viene usata come arma anche dal Carro Tesla (un carro armato), dai Tesla Trooper (truppe di fanteria) e da un veicolo anfibio chiamato Stingray.
• Nel videogioco Pocket Tanks è presente un'arma chiamata Tesla Coil , appunto traduzione in inglese della bobina di Tesla
• Nel gioco the order 1886 che fornisce invenzioni al' ordine tra cui fucili spara fulmini basati sullo stesso funzionamento della bobina di Tesla
• Nel videogioco Clash of Clans i giocatori aventi un municipio al livello 7 o superiore potranno costruire da 2 a 4 (a seconda del livello del municipio) "Tesla Occulta" (Hidden Tesla in lingua inglese), una trappola che colpisce le truppe avversarie (sia volanti che di terra) con scariche elettriche che arrecano molto danno.
• Nel videogioco Frostpunk, uno degli insediamenti disponibili in diverse avventure è la Città di Tesla, dove possono essere rinvenute diverse risorse utili alle città. Tuttavia è un rischio mandare gli esploratori dentro essa, dato che c'è il 50% di probabilità che gli esploratori muoiano per cause "ignote"

Altri

• Nel gioco di miniature collezionabili da tavolo MageKnight di WizKids Games c'è una potente figura di "motore d'assedio", progettata per fare fronte a un piccolo esercito di figurine convenzionali ed il rappresentante della fazione Atlantidea di questa figura è un cannone elettrico a ruote noto come il Pugno di Tezla ed è un presunto riferimento a Nikola Tesla.

Curiosità

• La bobina di Tesla è stata utilizzata come " strumento musicale " per creare la base della canzone Thunderbolt nell' album discografico Biophilia ( 2011 ) della cantante islandese Björk .

Note

Bibliografia

• HS Norrie, Induction Coils , New York, Spon & Chamberlain, 1901.

Brevetti collegati

Brevetti di Tesla

Lo stesso argomento in dettaglio: Brevetti di Tesla .

• Electrical Transformer Or Induction Device , ( EN ) US433702 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , 5 agosto 1890 (History of Wireless By Tapan K. Sarkar, et al. ISBN 0-471-78301-3 )
• Means for Generating Electric Currents , ( EN ) US514168 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , 6 febbraio 1894
• Electrical Transformer , ( EN ) US593138 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , 2 novembre 1897
• Method Of Utilizing Radiant Energy , ( EN ) US685958 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , 5 novembre 1901
• Method of Signaling , ( EN ) US723188 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , 17 marzo 1903
• System of Signaling , ( EN ) US725605 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , 14 aprile 1903
• Apparatus for Transmitting Electrical Energy , ( EN ) US1119732 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , 1º dicembre 1914

Altri brevetti

• JS Stone, ( EN ) US714,832 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Apparatus for amplifying electromagnetic signal-waves . (Archiviato 2 gennaio 1901 , rilasciato 2 dicembre 1902 )
• A. Nickle, ( EN ) US2125804 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Antenna (archiviato 25 maggio 1934 , rilasciato 2 agosto 1938 )
• William W. Brown, ( EN ) US2059186 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Antenna structure (archiviato 25 maggio 1934 , rilasciato 27 ottobre 1936 ).
• Robert B. Dome, ( EN ) US2101674 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Antenna (archiviato 25 maggio 1934 , rilasciato 7 dicembre 1937 )
• Armstrong, EH, ( EN ) US1,113,149 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Wireless receiving system , 1914.
• Armstrong, EH, ( EN ) US1,342,885 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Method of receiving high frequency oscillation , 1922.
• Armstrong, EH, ( EN ) US1,424,065 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Signalling system , 1922.
• Gerhard Freiherr Du Prel, ( EN ) US1675882 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , High frequency circuit (archiviato 1º agosto 1925 , rilasciato 3 luglio 1928 )
• Leydorf, GF, ( EN ) US3,278,937 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Antenna near field coupling system , 1966.
• Van Voorhies, ( EN ) US6,218,998 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Toroidal helical antenna
• Gene Koonce, ( EN ) US6933819 , United States Patent and Trademark Office , Stati Uniti d'America. , Multifrequency electro-magnetic field generator (archiviato 29 ottobre 2004 , rilasciato 23 agosto 2005 ) (Un generatore di campo elettromagnetico in grado di generare campi radiali, orizzontali ea flusso spirale che vengono proiettati a una certa distanza dallo strumento e ricevuti da un'antenna)

Voci correlate

• Nikola Tesla

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Bobina di Tesla

Collegamenti esterni

• ( EN ) Bobina di Tesla , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

V · D · M Nikola Tesla
Carriera e invenzioni	Brevetti · Uovo di Colombo · Trasmettitore d'amplificazione · Sistema polifase · Campo magnetico rotante · Motore a induzione · Stazione sperimentale di Tesla · Teleforce · Telegeodinamica · Bobina di Tesla ( Trasferimento di energia senza fili ) · Radiocomando · Turbina di Tesla · Oscillatore di Tesla · Sistema trifase · Wardenclyffe Tower · Tesla Electric Light & Manufacturing · Teslascopio · Arte dell'individualizzazione
Opere	Appunti di Colorado Springs, 1899–1900 · Fragments of Olympian Gossip · My Inventions: The Autobiography of Nikola Tesla
Altro	Guerra delle correnti · Invenzione della radio · Westinghouse Electric · Sistema mondiale di trasmissione senza fili · Raggio della morte · Raggi X · Onde stazionarie terrestri · Piastra purpurea di Tesla
Nella cultura popolare	Il segreto di Nikola Tesla · The Prestige · The Order: 1886
Correlate	Museo Nikola Tesla · Tesla Science Center at Wardenclyffe · IEEE Nikola Tesla Award · Nikola Tesla Satellite Award · Knob Hill · Tesla Motors · Aeroporto di Belgrado-Nikola Tesla · Tower to the People (documentario) · Tesla · Corrente alternata
Wikiquote · Wikisource · Commons

Portale Elettromagnetismo

Portale Scienza e tecnica