سیم‌پیچ تسلا

تاثیر بر فناوری رادیویی
در سال 1893، تسلا به طور عمومی اصول ارتباطات رادیویی را با استفاده از سیستم سیم پیچ فرکانس بالا خود به نمایش گذاشت. او نشان داد که چگونه می‌توان مدارهای فرستنده و گیرنده را برای انتقال بی‌سیم سیگنال‌ها، که اصل اساسی رادیو است، روی یک فرکانس تنظیم کرد.

پتنت‌های تسلا در مورد سیستم مدار چهار تنظیم شده، که در سال 1897 ثبت شد، پیش درآمدی برای فناوری رادیویی مدرن بود. این سیستم از دو مدار تنظیم شده در فرستنده (باز و بسته) همراه با دو مدار تنظیم شده در گیرنده استفاده می‌کرد که امکان انتقال و دریافت انتخابی سیگنال‌ها را فراهم می‌ساخت.

عملکرد با فرکانس بالا و ولتاژ بالا سیم‌پیچ تسلا الهام‌بخش تحقیقات بیشتر در زمینه انتشار امواج الکترومغناطیسی و توسعه فرستنده‌ها و گیرنده‌های رادیویی کارآمدتر شد.

در حالی که تسلا به طور مستقیم رادیو را به‌شکلی که امروزه می‌شناسیم اختراع نکرد، کار او با سیم‌پیچ تسلا و انتقال انرژی بی‌سیم زمینه نظری و تجربی را برای توسعه فناوری رادیویی مدرن ایجاد کرد. سیم‌پیچ تسلا اصول مدارهای تنظیم شده، رزونانس و انتقال بی‌سیم را نشان داد که برای سیستم‌های ارتباط رادیویی اساسی هستند.

اجزای کلیدی سیم‌پیچ تسلا
یک ترانسفورماتور ولتاژ بالا برای افزایش ولتاژ تغذیه؛
خازنی که یک مدار تنظیم شده با سیم‌پیچ اولیه را تشکیل می‌دهد؛
شکاف جرقه‌ای که به‌عنوان یک سوئیچ در مدار اولیه عمل می‌کند؛
دو سیم‌پیچ تشدید کننده هسته هوا (اولیه و ثانویه) که ترانسفورماتور تشدید را تشکیل می‌دهند.

سیم‌پیچ اولیه به منبع ولتاژ بالا و خازن متصل می‌شود. هنگامی که خازن به ولتاژ به اندازه کافی بالا شارژ شد، در سراسر شکاف جرقه تخلیه می‌شود و یک جریان نوسانی فرکانس بالا در سیم‌پیچ اولیه ایجاد می‌کند. این باعث ایجاد ولتاژ بسیار بالاتری در سیم‌پیچ ثانویه به دلیل تعداد چرخش و خواص تشدید بیشتر آن می‌شود. ولتاژهای بسیار بالای حاصل (اغلب بیش از 1 میلیون ولت) هوای اطراف را یونیزه می‌کند و به قوس‌های الکتریکی و تخلیه تاج دستگاه اجازه تشکیل می‌دهد.

یک توضیح ساده!
منبع تغذیه ولتاژ بالا خازن C1 را شارژ می‌کند (مثل باتری). هنگامی که خازن به ولتاژ کافی بالا می‌رسد، شکاف جرقه تخلیه می‌شود. شکاف جرقه مانند یک سوئیچ است. وقتی ولتاژ بالا می‌رود روشن می‌شود و وقتی ولتاژ پایین می‌آید خاموش می‌شود. هنگامی که شکاف جرقه تخلیه می‌شود، انرژی ذخیره شده در خازن به یک ترانسفورماتور افزایش دهنده 1:100 تخلیه می‌شود. اولیه (L1) حدود ۱۰ دور سیم سنگین است. ثانویه (L2) حدود ۱۰۰۰ دور سیم نازک است. ۱۰:۱۰۰۰ یا ۱:۱۰۰. 10000 ولت تغذیه کنید 1000000 ولت خارج کنید. همه اینها با سرعت بیش از 120 بار در ثانیه اتفاق می‌افتد و اغلب تخلیه های متعددی را در جهات مختلف ایجاد می‌کند.

یک توضیح کمی پیچیده!

واقعیت کمی پیچیده‌تر از توضیح داده شده در بالا است. اگرچه نسبت چرخش حدود 1:100 است، اما عملکرد ترانسفورماتور بیشتر بر اساس نسبت رزونانس و سپس بر اساس چرخش است. هنگامی که شکاف جرقه شلیک می‌شود، بار الکتریکی در C1 به L1 می‌ریزد و سپس به C1 و سپس به L1 باز می‌گردد که به آن تشدید (رزونانس) می‌گویند. C1 و L1 چیزی را تشکیل می‌دهند که تشدید کننده نامیده می‌شود. آن‌ها در حال تغییر میدان الکتریکی (C1 ولت) به میدان مغناطیسی (L1 gauss) و دوباره با نرخ (فرکانس) تعیین شده توسط مقدار C1 x L1 هستند. ثانویه (L2) هر بار که L1 شارژ می‌شود مقداری انرژی از L1 دریافت می‌کند. ترمینال خروجی C2 هر بار که L2 تخلیه می‌شود از L2 شارژ الکتریکی دریافت می‌کند. ثانویه و ترمینال خروجی در فرکانس تعیین شده توسط L2 x C2 طنین انداز می‌شوند. جادو زمانی اتفاق می‌افتد که L1 x C1 = L2 x C2، یا هر دو تشدید کننده با سرعت یکسانی طنین‌انداز می‌شوند (این امر با تنظیم ضربه روی L1 اتفاق می‌افتد). هنگامی که هر دو تشدید کننده در یک سرعت هستند، انرژی در L2 در هر چرخه کمی از L1 ایجاد می‌شود که به آن افزایش رزونانس می‌گویند. ولتاژ ترمینال خروجی در هر سیکل بالاتر می‌رود، تا زمانی که ولتاژ برای نگه‌داشتن بیش از حد بالا برود.

این شبیه به یک فرد در هنگام تاب‌سواری است. تصور کنید پاها یک تشدید کننده هستند و با سرعت مشخصی به جلو و عقب می‌روند. تاب با شخص تشدید کننده دیگری است که با سرعت معینی به جلو و عقب می‌چرخد. در ابتدا، تاب به سختی حرکت می‌کند. پاها شروع به عقب و جلو رفتن می‌کنند و تاب شروع به حرکت می‌کند. اگر درست انجام شود، پاها در اوج حرکت چرخشی تغییر موقعیت می‌دهند. آنها با همان سرعتی که تاب در حال تاب خوردن است نوسان می‌کنند. با رسیدن به هر اوج حرکت تاب، حرکت پا کمی به چرخه بعدی اضافه می‌کند به طوری که قوس تاب هر بار کمی رشد می‌کند. این می‌تواند تا زمانی ادامه یابد که قوس بیش از 180 درجه (افقی در هر قله) شود. سپس، زنجیرها شروع به سست شدن می‌کنند و همه چیز می‌تواند بسیار غیرقابل پیش‌بینی شود. به همین ترتیب، تشدید کننده C1xL1 مانند پاها عمل کرده و در هر چرخه انرژی کمی به تشدید کننده C2xL2 (تاب + نفر) اضافه می‌کند تا زمانی که ولتاژ در C2 آنقدر بالا برود که فقط به عنوان تخلیه الکتریکی در جستجوی زمین منفجر شود.

برگرفته از اینجا و اینجا و اینجا