Wo ist der geschlossene Pfad in der Tesla-Spule?

Für Gleichstromkreise benötigen wir einen geschlossenen Pfad (vollständiger Stromkreis), um einen Kreisstrom zu erzeugen. Wenn der Pfad offen ist, kann keine Energie übertragen werden.

Und für niederfrequente Wechselstromkreise ... dasselbe. Bei 60 Hz ist die Schaltung ähnlich wie bei DC-Systemen, aber die Polarität kehrt sich ständig um. Ein geschlossener Pfad ist wie ein Schwungrad oder wie ein Antriebsriemen. Ein offener Stromkreis ist wie ein Antriebsriemen mit angezogener Bremse. Wenn ein Teil des "Antriebsriemens" festgenagelt ist und sich nicht bewegen kann, kann in der gesamten Schleife kein Strom fließen.

Bei hohen Frequenzen gelten ganz andere Regeln. Analogie: Bei unserem Schwungrad oder Antriebsriemen mit Bremse können wir den Riemen nicht bewegen, selbst wenn wir hin und her reißen ... aber Schallwellen breiten sich leicht entlang des Riemens aus! Schließlich ist Sound nur AC-Riemenbewegung. Wenn wir bei konstantem Gleichstrom oder sogar bei 60 Hz ziehen, kann sich der Riemen nicht bewegen, aber wenn wir stattdessen versuchen würden, 1000 Mal pro Sekunde am Riemen zu ziehen, würde er sich ziemlich bewegen.

Um Ströme in offenen Stromkreisen zu erzeugen, könnten wir neben der Verwendung von Hochfrequenz stattdessen auch sehr stark reißen , mit anderen Worten, ein Hochspannungssystem verwenden. Selbst bei angezogenen "Bremsen" bewegt sich unser Schwungrad (oder Antriebsriemen) erheblich, wenn die Kräfte enorm sind. Hochspannung und Hochfrequenz wirken also wie Hochdruckschallwellen bei hoher Leistung. Die "Bremse" kann die Vibration nicht stoppen, die den Rest des Stromkreises durchläuft. Anders als bei Gleichstrom wirkt ein offener Stromkreis komprimierbar.

Im Detail: Der Raum um einen Stromkreis wirkt immer wie ein Kondensator. Aber für Gleichstrom mit niedriger Spannung und für Wechselstrom mit niedriger Frequenz ist die Kapazität völlig unbedeutend (einige Picofarad ) . ), I = 100 (2 pi 60*1e-11) = 0,4 Mikroampere. Wenn Sie ein Stück Lampenkabel an eine 120-VAC-Steckdose anschließen, aber keine Lampe angeschlossen ist, zieht es weniger als ein Mikroampere.

Versuchen Sie nun dasselbe für eine typische Tesla-Spule: 100 Kilovolt und 100 kHz I = 1e5*(2 pi 1e5*1e-11) = 0,63 Ampere! Der Strom im umgebenden Dielektrikum ist ziemlich enorm. Wir können es nicht einfach ignorieren, wie wir es bei DC- und 60-Hz-Schaltungen getan haben.

Also, antworte: Die Sekundärseite der Tesla-Spule ist wie eine große Kondensatorplatte, und die Erdoberfläche ist die andere Platte als Kondensator von einigen zehn Picofarad. Wir stehen alle im Dielektrikum des Kondensators! Installieren Sie einen Widerstand in Reihe mit den Metallleitern (z. B. eine Glaskugel voller Niederdruckargon) und wir werden einen erheblichen Strom durch das Gas und eine ziemlich große Spannung darüber feststellen. Das Gas wird zerfallen und glühen. Wählen Sie den richtigen Widerstand (indem Sie den Gasdruck variieren) und die Leistung unserer drahtlosen Lampe könnte bis zu 100 kV * 0,63 A = 63 Kilowatt betragen! Nun, weniger als das für die maximale Kraftübertragung von Z-Match. Vielleicht höchstens ~30kW. (Grinsen.)

Mit anderen Worten, wenn die Frequenz hoch und die Spannung groß ist, verhalten sich meterdicke Kondensatordielektrika wie gute Leiter. Ein offener Schalter, wenn er ein paar Picofarad hat, verhält sich wie ein geschlossener Schalter für Tesla-Spulensignale. Mit einer Tesla-Spule als Stromversorgung könnten wir ganze Schaltkreise aus Keramikstäben bauen (versuchen Sie es mit Bariumtitanat oder vielleicht PZT). Seite der Lampe bietet eine gute Stromleitung, um den Stromkreis zu vervollständigen und die Lampe zum Leuchten zu bringen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Dies ist ein grobes Schema des Ersatzschaltbildes, das es ermöglicht, dass xxx uA Strom die Röhre mit einem Zündkerzenauslöser beleuchten. Das sehr hohe dV/dt koppelt leicht durch die Luftkapazität. Es gibt auch ein gewisses Resonanzfrequenzschwingen bei irgendeiner Zyklusperiode$T_1^2=L_{out}*C_{out}$und zerfällt gem$T_2=R_{eq}*C_{eq}$exponentieller Abfall und sich wiederholende Lichtbögen gemäß mittlerem dV/dt=Ic/C mit einer gewissen Durchbruchsschwelle (1~3 kV/mm)