Ein paar Dinge über die Tesla Coil

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Um den elektrischen Bereich von Hochfrequenz und Hochspannung zu untersuchen, erfand Tesla ein Gerät, das die Grenzen des elektrischen Verständnisses erweiterte. Keine der typischen Komponenten der Schaltung war damals unbekannt, aber ihr Design und ihre Funktionsweise erzielten einzigartige Ergebnisse, nicht zuletzt wegen Teslas meisterhafter Verfeinerungen bei der Konstruktion von Schlüsselelementen, insbesondere eines speziellen Transformators oder einer Spule, die bei der Herzstück der Leistung der Schaltung.

Eine solche Vorrichtung erschien zuerst in Teslas US-Patent Nr. 454 622 (1891) zur Verwendung in neuen, effizienteren Beleuchtungssystemen. In ihrer Grundform erfordert die Schaltung eine Stromversorgung, einen großen Kondensator, die Spule (Transformator) selbst und einstellbare Funkenstreckenelektroden. Warum diese Komponenten und was erreichen sie?

Oszillatoren

Kondensatoren (oder Kondensatoren) und Induktoren (oder Spulen) sind elektrisch etwas entgegengesetzt im Betrieb. Während sich der Strom in einem Kondensator schnell aufbaut, während er sich auflädt, bleibt die Spannung nach. In einem Induktor wird die Spannung sofort gefühlt, während der Strom verzögert wird, da er gegen das Magnetfeld arbeitet, das sein eigener Durchgang in der Spule bildet. Wenn eine Spule und ein Kondensator so dimensioniert und ausgewählt sind, dass sie mit genau entgegengesetzter Zeitsteuerung arbeiten, wobei die Spannung in der Spule ihren Höhepunkt erreicht, wenn sie ein Minimum im Kondensator erreicht, dann kann die Schaltung niemals einen elektrisch ruhigen, stabilen Zustand erreichen. Ein bisschen wie das Hin und Herschwappen von Wasser in einer Wanne, können Strom und Spannung dazu gebracht werden, sich von Ende zu Ende der Schaltung hin und her zu bewegen. (Ein Oszillator dieser Art wird oft als Tankschaltung bezeichnet.)

Spark Lücken

Um seinen Oszillator "klingeln" zu lassen, benutzte Tesla plötzliche Entladungen, Funken, über eine einstellbare Lücke zwischen zwei Elektroden. Die Spannung an einem Kondensator baut sich auf, bis die Luft im Spalt als Isolator zusammenbricht. (Präzisionsschrauben stellen den Spaltabstand ein, so dass ein größerer oder kleinerer Spalt eine größere oder kleinere Durchbruchsspannung auswählt.)

Der Anfangsimpuls ist sehr kraftvoll: "Die gesamte Energie, die über einige Mikrosekunden gespeichert wird, wird in Eile freigesetzt, und dieser Impuls wird selbst in eine etwas höhere Spannung umgewandelt, wenn er von den Primärspulenwindungen zu denen seiner Sekundärwicklung übergeht. Dies schließt natürlich nur einen einzigen Zyklus in der Schaltung ab. Der Luftspalt stellt sich selbst als Isolator wieder her, und der Kondensator beginnt zu laden, bis er erneut einen Durchbruchwert erreicht. Der ganze Prozess kann sich viele tausend Mal pro Sekunde wiederholen.

Die Sekundärwicklung des Transformators ist ebenfalls etwas Besonderes, entworfen von Tesla, um schnell auf eine plötzliche Energiespitze zu reagieren und, am wichtigsten, die Spannung an einem Ende als stehende Welle zu konzentrieren. Seine Länge ist so berechnet, dass Wellenkämme, wenn sie das Ende erreichen und zurückreflektiert werden, sich treffen und die Wellen hinter ihnen genau verstärken. Der Nettoeffekt ist eine Welle, eine Spannungsspitze, die still zu stehen scheint.

Anwendungen

Wenn, wie es in der Praxis geschah, Tesla eine Antenne des Hochspannungsendes seiner Sekundärseite machte, wurde es ein leistungsfähiger Radiosender. In den frühen Jahrzehnten des Radios nutzten die meisten praktikablen Radios 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.

Heutzutage arbeiten Hochspannungslabors oft mit solchen Geräten, und Hobby-Enthusiasten auf der ganzen Welt bauen kleinere, um Lichtbögen zu erzeugen, die elektrische Displays strahlen lassen. Es ist nicht schwer, eine Viertelmillion Volt zu erreichen. (Eine der allerersten Teilchenbeschleuniger-Konstruktionen, von Rolf Wideroe 1928, erzeugte seine Hochspannung in einer Tesla-Spule.) Die Spule ist in der Elektronik ein alltäglicher geworden, um Hochspannung an die Vorderseite von Fernsehbildröhren zu liefern, in einem Form bekannt als der Flyback-Transformator.

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