Alex Thorn писал(а): Так может кто-нибудь "на пальцах" истолковать принцип действия трансформатора Тесла ?
Индуктор К-дзе намеренно обхожу стороной, т.к. ...
как сам понимаю процессы в трансформаторе Тесла.
1) Трансформатор Тесла - резонансный , с этим вряд ли кто будет спорить. Коэффициент трансформации может быть очень большим по напряжению и не определяться соотношением витков.
2) В отличие от четвертьволнового резонатора на длинной линии, Трансформатор ТЕСЛА является чем-то подобным, но «вывернутым наизнанку». Проще говоря в тр. Тесла всё электрическое поле расположено снаружи геометрии трансформатора, а в длинных линиях оно обычно почти полностью спрятано внутри геометрии (например в коаксиальных отрезках) . Магнитное поле тр. Тесла в основном сосредоточено внутри нижней части соленоида. Если у длинной линии имеются два проводника , то у тр. Тесла роль второго проводника играют поверхности окружающей обстановки , например стены и потолок в комнате, поверхность пола, поверхность «земли» . Не обязательно они должны быть проводящими, большая "эпсилон" тоже хорошо сработает
3) Трансформатор Тесла есть резонатор , использующий четвертьволновый резонанс своей геометрии. Ток проводимости в проводниках обмотки в нижней части трансформатора постепенно уменьшается при приближении к концу (вершине) тр. Тесла и доходит до нуля в торце проводника на вершине (при условии отсутствия плазмы и токов проводимости через неё). Ток смещения (его плотность) наоборот, увеличивается от низа к вершине. Интегральная величина тока смещения через поверхность, окружающую трансформатор Тесла, численно равна току проводимости в первом нижнем витке высоковольтной обмотки трансформатора. В резонаторе «вторичной обмотки» происходит обмен энергиями магнитного поля , сосредоточенного в нижней внутренней части «трубы» и электрического поля снаружи трубы и сконцентрированного в верхней её части вокруг самой обмотки и шарика или иного «терминала».
4) Накачка энергии в резонирующую высоковольтную обмотку обычно производится через взаимную индуктивность первичной и вторичной обмотки трансформатора. Связь между ними слабая, рассеяние велико, но это не мешает получать большие реактивные мощности на резонирующей вторичной обмотке. Теоретически, реактивная мощность вторичного резонатора может быть гораздо больше (на порядки), чем реактивная мощность первичного контура (накачивающей обмотки с её резонансным (при наличии) конденсатором), благодаря высокой добротности вторичного контура.
5) Добротность вторичного резонатора высокая, из-за малых потерь как в диэлектрике (воздух), так и в магнитопроводе (которого нету ) . Существенными потерями можно считать только омические в обмотке (с учетом скин эффекта) и потери на стриммеры и разряды , когда они начинают проявляться.
6) Трансформатор Тесла является «плохой антенной» с точки зрения генерации электромагнитной волны , распространяющейся в дальней зоне. Как и любая сильно укороченная антенна , это «плохая антенна» для поперечных электромагнитных волн. Коэффициент укорочения четвертьволнового резонатора (тр Теслы) очень высок, достаточно сравнить размеры трансформатора Тесла с длиной волны этой же частоты в свободном пространстве. Чем геометрически короче антенна , тем она хуже. Передавать с помощью тр. Тесла энергию на большие расстояния вряд ли разумно , из-за несоразмерных потерь в ближней зоне на стриммеры и нагрев обмоток. Можно привести аналогию с передачей энергии через трансформатор, с током холостого хода на порядки большем, чем рабочий ток от нагрузки. Поэтому-то трансформатор Теслы и может проявить приличные резонансые свойства , т.к. потери на излучение ЭМ волн незначительны.
7) Поскольку резонанс первой гармоники четвертьволнового резонатора неплохо аппроксимируется LC колебательным контуром с сосредоточенными элементами (на эту тему есть статьи) , то в некоторых случаях моделирование тр. Теслы можно свести к такому колебательному контуру. Если моделируется поведение двух катушек Тесла , то можно применить два слабо связанных LC контура. Вообще говоря, связь между контурами может осуществляться по магнитному полю (например между первичкой и вторичкой, а в самом тр. Теслы так и есть ) , по электрическому полю , либо по обоим вместе. В случае рядом стоящих двух одинаковых катушек Тесла , согласованных по резонансу, связь в основном определяется взаимодействием через электрическое поле, в связи с большей плотностью энергии именно электрической компоненты снаружи катушек Тесла. Поэтому в простейшем случае для моделирования достаточно объединить высоковольтные концы катушек емкостью порядка пикофарады или менее. В «натуре» этого конденсатора не видно, он как суслик, которого не видят, а он есть. Реально там происходит взаимодействие через взаимные и распределенные емкости вдоль трубы, но в симуляторе можно поставить одну небольшую сосредоточенную ёмкость, чтобы увидеть , отчего в заземленном конце второй катушки «лампочка горит»
8) На основании вышеописанного приводится картинка модели взаимодействия двух катушек Тесла , связанных «сусликом» 20 фемтофарад (0.02pF)
|
В.П. Дьяконов один из ведущих специалистов по этой теме, свою научную карьеру начинал с исследований в этой области. Популярные книжки по теме легко ищутся в интернете, самая известная работа - http://razym.ru/tehnicheskaya/electroni ... stvah.html
. Не получится - помогу.