พัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2434 โดยนิโคลา เทสลา ขดลวดเทสลาถูกสร้างขึ้นเพื่อทำการทดลองในการสร้างการปล่อยไฟฟ้าแรงสูง ประกอบด้วยชุดจ่ายไฟ ตัวเก็บประจุ และชุดหม้อแปลงคอยล์เพื่อให้แรงดันไฟสูงสุดสลับกันระหว่างทั้งสอง และอิเล็กโทรดที่ตั้งค่าเพื่อให้ประกายไฟกระโดดไปมาระหว่างกันผ่านอากาศ ใช้ในการใช้งานตั้งแต่เครื่องเร่งอนุภาคไปจนถึงโทรทัศน์และของเล่น ขดลวดเทสลาสามารถทำจากอุปกรณ์ร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือจากวัสดุส่วนเกิน บทความนี้อธิบายวิธีสร้างขดลวดเทสลาแบบช่องว่างระหว่างประกายไฟ ซึ่งแตกต่างจากขดลวดเทสลาแบบโซลิดสเตตและไม่สามารถเล่นเพลงได้
ขั้นตอน
ส่วนที่ 1 จาก 2: การวางแผน Tesla Coil
ขั้นตอนที่ 1 พิจารณาขนาด ตำแหน่ง และความต้องการพลังงานของขดลวดเทสลาก่อนสร้าง
คุณสามารถสร้างขดลวดเทสลาขนาดใหญ่ได้ตามงบประมาณของคุณ อย่างไรก็ตาม ประกายไฟคล้ายสายฟ้าที่ขดลวดเทสลาสร้างความร้อนและขยายอากาศรอบตัวพวกเขา สนามไฟฟ้าของพวกมันยังสามารถสร้างความหายนะให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ ดังนั้นคุณอาจต้องการสร้างและใช้งานขดลวดเทสลาของคุณในที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ เช่น โรงรถหรือเวิร์กช็อปอื่นๆ คุณจะต้องพิจารณาด้วยว่าการสร้างขดลวดเทสลาจากชุดอุปกรณ์หรือรวบรวมวัสดุตั้งแต่เริ่มต้นนั้นเหมาะสมกว่าหรือไม่ ทั้งสองมีข้อดีและข้อเสียในด้านต้นทุน เวลาในการสร้าง ทรัพยากรสำหรับความช่วยเหลือ และความน่าเชื่อถือ
ในการหาขนาดช่องว่างประกายไฟที่คุณสามารถรองรับได้ หรือกำลังที่คุณต้องการเพื่อให้มันทำงานได้ ให้แบ่งความยาวของช่องว่างประกายไฟเป็นนิ้วด้วย 1.7 และยกกำลังสองเพื่อกำหนดกำลังไฟฟ้าเข้าในหน่วยวัตต์ (ในทางกลับกัน ในการหาความยาวช่องว่างประกายไฟ ให้คูณรากที่สองของกำลังเป็นวัตต์ด้วย 1.7) ขดลวดเทสลาที่สร้างช่องว่างประกายไฟขนาด 60 นิ้ว (150 ซม.) (1.5 เมตร) จะต้องใช้ 1, 246 วัตต์ (ขดลวดเทสลาที่ใช้แหล่งพลังงาน 1 กิโลวัตต์จะสร้างช่องว่างประกายไฟได้เกือบ 54 นิ้วหรือ 1.37 เมตร)
ขั้นตอนที่ 2 เรียนรู้คำศัพท์
การออกแบบและสร้างขดลวดเทสลาต้องเข้าใจคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์และหน่วยวัดบางอย่าง คุณจะต้องเข้าใจจุดประสงค์และหน้าที่ของมันเพื่อสร้างขดลวดเทสลาอย่างเหมาะสม ต่อไปนี้คือข้อกำหนดบางประการที่คุณจำเป็นต้องทราบ:
- ความจุคือความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าหรือปริมาณประจุไฟฟ้าที่เก็บไว้สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด (อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อเก็บประจุไฟฟ้าเรียกว่า ตัวเก็บประจุ) หน่วยวัดความจุคือฟารัด (ตัวย่อ "F") ฟารัดถูกกำหนดให้เป็น 1 แอมแปร์-วินาที (หรือคูลอมบ์) ต่อโวลต์ โดยทั่วไป ความจุจะวัดเป็นหน่วยที่เล็กกว่า เช่น ไมโครฟารัด (ตัวย่อ "uF") หนึ่งในล้านของฟารัด หรือพิโกฟารัด (ตัวย่อ pF และบางครั้งอ่านว่า "พัฟ") หนึ่งในล้านล้านของฟารัด
- การเหนี่ยวนำหรือการเหนี่ยวนำตนเองคือแรงดันไฟฟ้าที่วงจรไฟฟ้ามีต่อปริมาณกระแสในวงจร (สายไฟฟ้าแรงสูงซึ่งมีไฟฟ้าแรงสูงแต่กระแสต่ำมีความเหนี่ยวนำสูง) หน่วยวัดสำหรับการเหนี่ยวนำคือเฮนรี่ (ตัวย่อ "H") เฮนรี่ถูกกำหนดให้เป็น 1 โวลต์ต่อวินาทีต่อแอมแปร์ของกระแส โดยทั่วไป การเหนี่ยวนำจะถูกวัดในหน่วยที่เล็กกว่า เช่น มิลลิเฮนรี (ตัวย่อ "mH") หนึ่งในพันของเฮนรี หรือไมโครเฮนรี (ตัวย่อ "uH") หนึ่งในล้านของเฮนรี
- ความถี่เรโซแนนซ์หรือความถี่เรโซแนนซ์คือความถี่ที่ความต้านทานการถ่ายโอนพลังงานน้อยที่สุด (สำหรับขดลวดเทสลา นี่คือจุดปฏิบัติการที่เหมาะสมสำหรับการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ) หน่วยวัดสำหรับความถี่เรโซแนนซ์คือเฮิรตซ์ (ตัวย่อ "Hz") ซึ่งกำหนดเป็น 1 รอบต่อวินาที โดยทั่วไปแล้ว ความถี่เรโซแนนซ์จะวัดเป็นกิโลเฮิรตซ์ (ตัวย่อ "kHz") โดยกิโลเฮิรตซ์จะเท่ากับ 1,000 เฮิรตซ์
ขั้นตอนที่ 3 รวบรวมชิ้นส่วนที่คุณต้องการ
คุณจะต้องมีหม้อแปลงไฟฟ้า, ตัวเก็บประจุหลักความจุสูง, ชุดประกอบช่องว่างประกายไฟ, ขดลวดเหนี่ยวนำหลักที่มีความเหนี่ยวนำต่ำ, ขดลวดเหนี่ยวนำรองที่มีความเหนี่ยวนำสูง, ตัวเก็บประจุรองความจุต่ำ และบางสิ่งที่จะระงับหรือทำให้หายใจไม่ออก, พัลส์สัญญาณรบกวนความถี่สูงที่สร้างขึ้นเมื่อขดลวดเทสลาทำงาน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับชิ้นส่วนต่างๆ โปรดดูส่วนถัดไป "การผลิตขดลวดเทสลา"
แหล่งพลังงาน/หม้อแปลงไฟฟ้าของคุณจ่ายพลังงานผ่านโช้กไปยังวงจรหลักหรือวงจรถัง ซึ่งเชื่อมต่อตัวเก็บประจุหลัก ขดลวดเหนี่ยวนำหลัก และส่วนประกอบช่องว่างประกายไฟ ขดลวดเหนี่ยวนำหลักวางอยู่ติดกับขดลวดเหนี่ยวนำของวงจรทุติยภูมิแต่ไม่ได้ต่อสายเข้ากับขดลวดเหนี่ยวนำซึ่งเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุรอง เมื่อตัวเก็บประจุสำรองสร้างประจุไฟฟ้าเพียงพอแล้ว กระแสไฟ (สายฟ้า) จะปล่อยออกมา
ส่วนที่ 2 จาก 2: การสร้างขดลวดเทสลา
ขั้นตอนที่ 1 เลือกหม้อแปลงจ่ายไฟของคุณ
หม้อแปลงไฟฟ้าจ่ายไฟของคุณกำหนดขนาดที่คุณสามารถทำขดลวดเทสลาของคุณ ขดลวดเทสลาส่วนใหญ่ทำงานกับหม้อแปลงไฟฟ้าที่ให้แรงดันไฟฟ้าระหว่าง 5,000 ถึง 15,000 โวลต์ที่กระแสไฟระหว่าง 30 ถึง 100 มิลลิแอมแปร์ คุณสามารถรับหม้อแปลงไฟฟ้าจากร้านค้าส่วนเกินของวิทยาลัยหรือจากอินเทอร์เน็ต หรือกินหม้อแปลงไฟฟ้าจากป้ายไฟนีออน
ขั้นตอนที่ 2 สร้างตัวเก็บประจุหลัก
วิธีที่ดีที่สุดในการสร้างตัวเก็บประจุนี้คือการต่อตัวเก็บประจุขนาดเล็กจำนวนหนึ่งเป็นอนุกรม เพื่อให้ตัวเก็บประจุแต่ละตัวมีส่วนแบ่งเท่ากันของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรหลัก (สิ่งนี้ต้องการให้ตัวเก็บประจุแต่ละตัวมีความจุเท่ากันกับตัวเก็บประจุอื่นในซีรีย์นี้) ตัวเก็บประจุชนิดนี้เรียกว่าตัวเก็บประจุแบบหลายมินิหรือ MMC
- ตัวเก็บประจุขนาดเล็กและตัวต้านทานไล่เลือดออกที่เกี่ยวข้องสามารถหาได้จากร้านจำหน่ายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หรือคุณสามารถหาตัวเก็บประจุเซรามิกจากโทรทัศน์รุ่นเก่าก็ได้ คุณสามารถสร้างตัวเก็บประจุจากแผ่นโพลีเอทิลีนและอลูมิเนียมฟอยล์
- เพื่อเพิ่มเอาต์พุตกำลังสูงสุด ตัวเก็บประจุหลักควรสามารถเก็บประจุได้เต็มในแต่ละครึ่งรอบของความถี่ของกำลังที่จ่ายไป (สำหรับแหล่งจ่ายไฟ 60 Hz หมายถึง 120 ครั้งต่อวินาที)
ขั้นตอนที่ 3 ออกแบบชุดประกอบช่องว่างประกายไฟ
หากคุณกำลังวางแผนเกี่ยวกับช่องว่างประกายไฟ คุณจะต้องใช้สลักเกลียวโลหะหนาอย่างน้อยหนึ่งในสี่นิ้ว (6 มม.) เพื่อทำหน้าที่เป็นช่องว่างประกายไฟเพื่อทนต่อความร้อนที่เกิดจากการปล่อยกระแสไฟฟ้าระหว่างประกายไฟ คุณยังสามารถต่อช่องประกายไฟหลายช่องเป็นชุด ใช้ช่องว่างประกายไฟแบบหมุน หรือเป่าลมอัดระหว่างประกายไฟเพื่อลดอุณหภูมิ (เครื่องดูดฝุ่นแบบเก่าใช้เป่าลมได้)
ขั้นตอนที่ 4 สร้างขดลวดเหนี่ยวนำหลัก
ตัวม้วนเองจะทำจากลวด แต่คุณจะต้องมีบางอย่างเพื่อพันลวดให้เป็นเกลียว ลวดควรเป็นลวดทองแดงเคลือบ ซึ่งคุณสามารถหาซื้อได้จากร้านขายอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือโดยการกินสายไฟจากอุปกรณ์ที่ถูกทิ้ง วัตถุที่คุณพันลวดอาจเป็นทรงกระบอกก็ได้ เช่น กระดาษแข็งหรือหลอดพลาสติก หรือทรงกรวย เช่น โป๊ะโคมเก่า
ความยาวของสายไฟเป็นตัวกำหนดความเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดปฐมภูมิควรมีค่าความเหนี่ยวนำต่ำ ดังนั้นคุณจะใช้การหมุนค่อนข้างน้อย คุณสามารถใช้ส่วนที่ไม่ต่อเนื่องของเส้นลวดสำหรับขดลวดปฐมภูมิ เพื่อให้คุณเชื่อมส่วนต่างๆ เข้าด้วยกันตามความจำเป็นเพื่อปรับการเหนี่ยวนำได้ทันที
ขั้นตอนที่ 5. เชื่อมต่อตัวเก็บประจุหลัก ชุดประกอบช่องว่างประกายไฟ และขดลวดเหนี่ยวนำหลักเข้าด้วยกัน
เสร็จสิ้นวงจรหลัก
ขั้นตอนที่ 6 สร้างขดลวดเหนี่ยวนำรอง
เช่นเดียวกับขดลวดปฐมภูมิ คุณกำลังพันลวดรอบรูปทรงกระบอก ขดลวดทุติยภูมิต้องมีความถี่เรโซแนนซ์เท่ากับขดลวดปฐมภูมิเพื่อให้ขดลวดเทสลาทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ขดลวดทุติยภูมิต้องสูง/ยาวกว่าขดลวดปฐมภูมิ เนื่องจากต้องมีค่าความเหนี่ยวนำมากกว่าขดลวดปฐมภูมิ และเพื่อป้องกันการคายประจุไฟฟ้าจากวงจรทุติยภูมิมาชนและทอดวงจรปฐมภูมิ
หากคุณขาดวัสดุที่จะทำให้ขดลวดทุติยภูมิสูงพอ คุณสามารถชดเชยด้วยการสร้างรางกระแทก (โดยพื้นฐานแล้วคือสายล่อฟ้า) เพื่อป้องกันวงจรปฐมภูมิ แต่จะหมายความว่าการปล่อยขดลวดเทสลาส่วนใหญ่จะกระทบรางและ ไม่ได้เต้นรำในอากาศ
ขั้นตอนที่ 7 สร้างตัวเก็บประจุรอง
ตัวเก็บประจุทุติยภูมิหรือขั้วดิสชาร์จสามารถเป็นรูปทรงกลมใดก็ได้ โดยที่นิยมมากที่สุด 2 แบบคือพรู (รูปวงแหวนหรือโดนัท) และทรงกลม
ขั้นตอนที่ 8 แนบตัวเก็บประจุรองกับขดลวดเหนี่ยวนำรอง
เสร็จสิ้นวงจรทุติยภูมิ
วงจรทุติยภูมิของคุณควรต่อกราวด์แยกต่างหากจากกราวด์สำหรับวงจรในครัวเรือนของคุณที่จ่ายพลังงานให้กับหม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟเดินทางจากขดลวดเทสลาไปยังกราวด์สำหรับวงจรในครัวเรือนของคุณ การดันเหล็กแหลมลงไปที่พื้นเป็นวิธีที่ดีในการทำเช่นนี้
ขั้นตอนที่ 9 สร้างพัลส์สำลัก
โช้คเป็นตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กที่เรียบง่ายซึ่งเก็บพัลส์ที่เกิดจากการประกอบช่องว่างประกายไฟไม่ให้ทำลายหม้อแปลงจ่ายไฟ คุณสามารถสร้างมันขึ้นมาได้โดยการพันลวดทองแดงเส้นบางๆ รอบท่อแคบๆ เช่น ปากกาลูกลื่นแบบใช้แล้วทิ้ง
ขั้นตอนที่ 10. ประกอบส่วนประกอบ
วางวงจรหลักและวงจรรองไว้ติดกัน และเชื่อมต่อหม้อแปลงไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟกับวงจรหลักผ่านโช้ก เมื่อคุณเสียบปลั๊กหม้อแปลง คอยล์เทสลาของคุณก็พร้อมทำงาน
หากขดลวดปฐมภูมิมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่เพียงพอ ก็สามารถใส่ขดลวดทุติยภูมิเข้าไปได้
เคล็ดลับ
- ในการควบคุมทิศทางของกระแสน้ำที่พุ่งออกมาจากตัวเก็บประจุรอง ให้วางวัตถุที่เป็นโลหะไว้ใกล้ ๆ แต่อย่าสัมผัสตัวเก็บประจุ ลำแสงจะโค้งจากตัวเก็บประจุไปยังวัตถุ หากวัตถุมีแสง เช่น หลอดไส้หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ กระแสไฟฟ้าที่มาจากขดลวดเทสลาจะทำให้ไฟสว่างขึ้น
- การออกแบบและสร้างขดลวดเทสลาที่มีประสิทธิภาพต้องใช้สมการทางคณิตศาสตร์ที่ค่อนข้างซับซ้อน โชคดีที่คุณสามารถหาสมการที่เกี่ยวข้องและเครื่องคำนวณออนไลน์เพื่อทำการคำนวณที่เกี่ยวข้องได้อย่างง่ายดาย
คำเตือน
- หม้อแปลงไฟฟ้าป้ายนีออนแบบทึบ เช่น ที่เพิ่งผลิตขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ มักจะมีตัวขัดขวางวงจรไฟฟ้าขัดข้องของกราวด์ จึงไม่สามารถใช้งานคอยล์ได้
- การสร้างขดลวดเทสลาไม่ใช่เรื่องง่ายเว้นแต่คุณจะมีความรู้ด้านวิศวกรรมและอิเล็กทรอนิกส์อยู่แล้ว
- ตัวเก็บประจุที่ใช้สำหรับขดลวดเทสลาและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแรงสูงและไอออนหรืออุปกรณ์อื่นๆ เช่น ลิฟเตอร์ สามารถสะสมและกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจำนวนมหาศาลและปล่อยพลังงานทั้งหมดในทันที ใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งและอย่าปล่อยให้เด็กหรือใครก็ตามที่ไม่มีการฝึกอบรมด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมแตะต้องหรือทำงานกับมัน
