Gunter Wahl/Burkhard Kainka
Impresszum
Tesla-energia tanulókészlet
Ez a mű szerzői jog által védett Az összes jog, a fordítás, az utánnyomás és a sokszorosítás joga is, fenntartva. A kiadó írásos engedélye nélkül nem szabad egyetlen részét sem bármilyen alakban - fénymásolat, mikrofilm vagy más eljárás - reprodukálni, vagy más elektronikus rendszer által feldolgozni, sokszorosítani vagy terjeszteni - még oktatási anyag létrehozása céljából sem. Kizárás a garanciából: A gyártó nem vállal felelősséget ennek a tanulócsomagnak a használatából eredő bármilyen kárért. Különösen nem vállal felelősséget a szoftver használatával kapcsolatos közvetlen vagy közvetett következményként jelentkező személyi-, dologi vagy anyagi károkért. Az esetleges műszaki hibákért vagy a közölt adatok helyességéért sem vállal felelősséget. © 2010 Franzis Verlag, Poing Korszerűsítések, tévedések és nyomtatási hibák joga fenntartva.
1 2
Bevezetés Előkészületek
5 6
3 4
A kvarcoszcillátor A rezgőkör
9 11
5
A nagyfrekvenciás (RF) végfokozat
13
6
A nagyfrekvenciás teljesítmény kicsatolása
15
7
Egy amplitúdómodulált adó
17
8
Mágneses csatolású rezonanciás áramkör
19
9
Rezgőkörök elektromos csatolása
22
10 A nagyfrekvenciás erőtérszonda
23
11 Egyhuzalos energiavezeték
25
12 Energiaszállítás a testvezetéken
26
Kedves Vevőnk!
1 Bevezetés
Ez a termék megfelel a nemzeti és az európai törvényi előírásoknak, írásoknak, és emiatt viseli a CE-jelölést. jelölést. A rendeltetésszer rendeltetésszerű használatot a mellékelt útmutató tartalmazza. Minden másfajta használat vagy a termék megváltoztatása esetében egyedül Ön a felel felelős az érvényes rvényes rendszabályok betartásáért. Építse fel ezért pontosan úgy a kapcsolást, ahogyan az útmutatóban le van írva.
A kísérletezés a Tesla-energia energia tanulókészlettel érdekfeszítő foglalatosság. De nem mindenki rendelkezik a megfelelő előfeltételekkel és felszereléssel. A Tesla-energia Tesla tanulókészletet azzal a céllal fejlesztettük ki, hogy a legfontosabb kísérletek a legkisebb ráfordítással ráfordítássa legyenek elvégezhetők. Magától értetődik, hogy nagyon egyszerű eszközökkel nem lehet óriási feszültségeket előállítani. De az összes fontos fizikai alapot saját maga kidolgozhatja a gyakorlati kísérletekben. Aki szorgalmasan végigdolgozta magát ezen a tanulókészleten; ta az készen áll már saját nagyobb Tesla-kísérletekre.
A terméket csak a használati útmutatóval és ezzel a tájékoztató cédulával együtt adja tovább. Az áthúzott kerekes szeméttartály jelkép azt jelenti, hogy a terméket a háztartási hulladéktól elkülönítve elektromos hulladékként kell újrahasznosításba juttatni. A helyi hatóságoktól tudhatja meg, hol található a legközelebbi ingyenes gyűjtőhely.
Az összes elméleti alapot és a saját megépítésre vonatkozó ideillő tanácsokat megtalája Günter Wahl mellékelt "Experimente mit Tesla Energie" (Kísérletek a Tesla-energiával") Tesla c. könyvében. Ez az együttszállított kísérletező anyagokhoz társuló könyv emiatt csak kevés elméletet tartalmaz. Ehelyett a döntő fontosságú helyeken utalást talál a könyvre. Szükség esetén tehát utánanézhet az elméleti háttérnek, és részletesebben tanulmányozhatja.
A könyv súlypontja az alacsony frekvencájú, nagyon nagy feszültségű Tesla-transzformátorok, Tesla valamint a Nikola Tesla által kigondolt vezeték nélküli energiaátvitel 1 MHz-en MHz és 27,12 MHz-en végzett kísérletekkel. A tanulókészlettel végzett kísérlet 13,56 MHz-en MHz megy végbe. Ez a frekvencia egyrészt szabadon áll tudományos és kísérleti célokra, másrészt nagyon alkalmas a legfontosabb jelenségeknek csekély ráfordítással történő kutatására. A rezgőkörök tekercsei és az antennák még kezelhető méretűek. Máskülönben n pedig ez a frekvencia még nem olyan nagy, hogy különleges követelményeket támasztana a nagyfrekvenciás felépítéssel kapcsolatban. Az összes kísérlet emiatt forrasztópáka nélkül megépíthető a mellékelt labor-dugasztáblán. dugasztáblán.
Tesla kísérletei gyakran kerülnek ek az ezotérikus sarokba állítva, pedig nagyonis a ma elismert és jól kutatott fizikai jelenségekkel dolgozott. Végülis sokminden alapul a hangolt rezgőkörök közötti energiacsatoláson. Ekkor sok esetben meglepő eredményre jutunk, ilyen pl. a majdnem maradéktalan éktalan energiaátvitel, amikor a gerjesztőkörnek kisebb a feszültsége, mint a gerjesztetté. Helyenként ezzzel kapcsolatban 100 %-nál nál nagyobb hatásfokról beszéltek, és egy Perpetuum Mobile felfedezését jósolták, ami természetesen fizikai lehetetlenség. Azonban Azon ami itt valójában történik, azt egyszerű kísérletekkel könnyű megértetni. Hadd érezze magát Tesla tapasztalt barátja modern varázslónak, aki elsősorban csodálkozó nézőit döbbenti meg. Mivel éppen a közvetlenül nem látható különleges jelenségek adnak tápot pot kíváncsiságunknak és saját kutatásainknak.
2 Előkészületek Az összes kísérlet a mellékelt labor-dugasztáblán dugasztáblán építhető fel. A 2 .1 ábra mutatja az egyes szegmenseket néhány berajzolt belső összeköttetéssel. A központi érintkezőmező 640 érintkezőt tartalmaz, amelyek 5-55 érintkezős rövid sávokba vannak elrendezve. Az oldalt elhelyezkedő 100-100 100 érintkezős tápkapocsléc négy különálló összekötősínt tartalmaz, figyelem, az X jelölésű helyeken a hosszanti sávok meg vannak szakítva.
2.1 ábra Az elem és egy elemcsat
2.1 ábra A labor-dugasztábla a belső összeköttetésekkel Némelyik kísérlethez csak egyetlen érintkezősávra van szükség. Ezért ajánlatos leválasztani a felső sávot a kísérlet megkezdése előtt. Használjon ehhez egy éles kést, és vágja át a hátoldalon lévő kétoldalas ragasztófóliát asztófóliát a választóvonal mentén. Figyelem, ne távolítsa el a fóliát, mert akkor az érintkezősávok elvesztenék a tartásukat. Az alkatrészek berakása viszonylag nagy erőt igényel. A csatlakozódrótok eközben könnyen elgörbülnek. Fontos, hogy a drótokat pontosan ontosan felülről vezesse be. Ehhez egy csipeszt vagy hegyes csőrű fogót lehet használni. A kivezetést lehetőleg röviddel a dugasztábla fölött fogja meg, és függőlegesen nyomja lefelé. Így az érzékeny csatlakozódrótokat megtörés nélkül rakhatja be. Egyébkéntt az is segít, ha a drótokat nem merőlegesen, hanem ferdén vágja el, úgyhogy éles hegy alakuljon ki. Így aztán sokkal könnyebben be lehet dugni őket. A tanulókészlethez tartozik még hat egy méteres huzalgombolyag is. Egy méter huzalra van szükség két nagy tekercshez. Hosszú huzalok szükségesek antennául és az adó és a vevő közötti összeköttetéshez, továbbá kisebb tekercsekhez és rövid összeköttetéshez is kell még huzal. A szükséges hosszúságot mindig egy oldalfogóval csípje le. A vágást lehetőleg ferdén vé végezze, hogy a huzalvégnek hegyes csúcsa legyen. A huzalvégek szigetelését 5 mm hosszban távolítsa el. Bevált módszer a PVC-szigetelés szigetelés bevágása egy éles késsel, majd a lehúzása.
A két együttszállított elemcsatnak hajlékony sodrott csatlakozóvezetéke van. A piros vezeték a pozitív pólus, a fekete a negatív pólus. A kábelvégek lecsupaszítottak lecsupa és ónozottak. Így elég merevek ahhoz, hogy be lehessen dugni a dugasztábla érintkezőibe, de a gyakori dugdosástól deformálódhatnak és szétforgácsolódhatnak. Ezért ajánlatos a csatlakozásokat bennhagyni a dugasztáblában, és magát az elemcsatot lecsipeszelni sipeszelni az elemről. Ha hosszabb használat után mégis elkopik valamelyik kábelvég, csak a forrasztópáka segít, vagy újra lecsupaszítja és beónozza a kábelvégeket, vagy rövid vezetékdarabokat forraszt fel dugóként. A tanulókészlet tartalmaz két nagy fényerejű erejű piros LED-et. LED Ezeknél főleg a polaritásra kell figyelnie. A negatív csatlakozást katódnak nevezzük, ez a rövidebb kivezetés. A pozitív csatlakozást az anód. A LED belsejében látható a LED kristály kehely formájú tartója, amely a katódnál helyezkedik el. Az anód-csatlakozó csatlakozó egy extra vékony huzalon át a kristály felső részével érintkezik.
2.1 ábra A világítódióda (fénydióda) A tanulókészletben lévő ellenállások ±1 % tűrésű fémrétegellenállások, amelyeknél az ellenállás-anyag egy kerámiarúdra van felvíve, és egy védőréteggel van ellátva. A jelölés színes gyűrűk formájában történik. Az ellenállásérték mellett a pontossági osztály is meg van adva.
A tápáramellátást egy 9 V-os os elem adja, amelyet nem szállítunk a készlettel egy együtt, hanem külön meg kell vennie. Az alkáli típusú elemek üzemélettartama hosszabb, mint az egyszerű szén szén-cink elemeké, de óvatosabban kell velük bánni, mert nagyobb a rövidzárási áramuk. Némelyik kiválasztott kísérlethez nagyobb feszültségre van szükség. Ebben az esetben két vagy három elemet sorba kell kapcsolni. 2.1 ábra Egy ellenállás
A színkódot attól a gyűrűtől kezdve kell leolvasni, amely az ellenállás pereméhez közelebb van. Négy gyűrű közül az első három három számot jelent, a negyedik az ohm ellenállásérték szorzója. Az ötödik gyűrű (barna) arna) a tűrés százalékát adja. A sárga, ibolya, fekete és fekete gyűrűvel ellátott ellenállás értéke 470 Ohm. A tanulókészletben az alábbi értékű négy ellenállás található: érték 470 ohm (két db) 1 kohm 100 kohm
nyomtatás sárga, ibolya, fekete, fekete barna, fekete, fekete, barna barna, fekete, fekete, narancs
2.1 ábra A kvarc
3 A kvarcoszcillátor
A tanulókészlet négy kerámia tárcsakondenzátort tartalmaz. A kapacitásérték számsor formájában van rányomtatva, pl. 104 = 10 0000 pF, ahol a harmadik szám a nullák számát jelöli. A következő értékek vannak a készletben:
Egy oszcillátor meghatározott frekvenciájú elektromos rezgéseket kelt. Jelen esetben egy rezgőkvarc pontosan 13,56 MHz frekvenciájú, a tudományos és kísérleti célokra szabadon álló rövidhullámú tartományba eső rezgéseket kelt.
érték 33 pF 150 pF (2 Stück) 100 nF
A 3.1 ábra egyszerű oszcilátorkapcsolása egy emitterkapcsolásban működő NPN-tranzisztort NPN ábrázol. A kvarc a kollektor ektor és az emitter között helyezkedik el. Egy kiegészítő 33 pF-os pF báziskondenzátor javítja a rezgési tulajdonságokat.
nyomtatás 33 151 104
2.1 ábra Egy kerámia kondenzátor A tranzisztorok egy oszcillátor felépítésére és teljesítményerősítőül szolgálnak. A tanulókészlet egy BC547CN típusú PN-tranzisztort tranzisztort és egy 8C557C típusú PNP PNP-tranzisztort tartalmaz. Beépítéskor a kivezetések sorrendjére kell figyelni. Az egyes kísérletek sszerelési képein feismerhető a ház lecsapott oldala, ahová a típusjelölés van rányomtatva. 2.1 ábra A 13,56 MHz-es oszcillátor övő RF-rezgések RF jelzésére. A 150 pF értékű A kapcsolás kimenetére két LED csatlakozik a létrejövő csatolókondenzátor a kollektor egyenfeszültségének az elszigetelésére szolgál, azonban az alkalmazott nagyfrekvencián már csak 60 ohm kapacitív ellenállást képvisel.
2.1 ábra A tranzisztorok kivezetései A BC557C PNP-tranzisztornak pontosan azonos a kivezetés-elrendezése, elrendezése, mint a BC547C NPN-tranzisztoré. A kapcsolási szimbólumok csak az emitter-nyíl nyíl irányában különböznek. A két tranzisztor felcserélése az adott kapcsolásban nem károsítja őket, de megakadályozza működésüket.
3. kiegészítő kísérlet: Rakja vissza a kvarcot, és vegye ki az egyik LED-et. LED A bennmaradó LED sem világít már. Magyarázat: A LED diódaként egyenirányítja a nagyfrekvenciás nagyfrekvenci feszültséget. A csatolókondenzátor addig töltődik, amíg le nem zárja a LED-et. LED 4 A rezgőkör Ebben a kísérletben először egy tekercsből és egy kondenzátorból álló rezgőkört alkalmaz. A későbbi kísérletekhez összesen két, 9 menetből álló, 15 mm belső átmérőjű át és kb. 20 mm hosszúságú rezgőköri tekercsre és két, csak 4 menetből álló csatolótekercsre van szüksége. A kísérlet sikere nagymértékben az Ön által előállítandó tekercsektől függ, amelyeket önhordó légtekercsként kell megtekercselnie. Tekercsmag gyanánt anánt pl. egy 14 mm külső átmérőjű ceruzaelem szolgálhat.
Az együttszállított huzalgombolyag hosszúsága egy méter. Válassza szét az egyik piros huzalt két egyforma hosszú félre. Távolítsa el most a huzalvégek szigetelését 5 mm hosszban. Tekerje rá mostt szorosan és erősen a huzalt hat menettel az elemre vagy más 14 mm átmérőjű kerek rúdra. Amikor elengedi, a huzal egy kicsit visszarugózik, úgyhogy egy 15 mm belső átmérőjű és 9 menetből álló tekercset kap. A 13,56 MHz frekvenciájú kvarc a pontos oszcillátorfrekvencia fenntartásáról gondoskodik, az összes kísérlet hiba nélkül működik mindig a helyes frekvencián.
2.1 ábra A kvarcoszcillátor Kapcsolja be a tápfeszültséget. Ha mindkét LED világít, az egyértelmű jele az oszcillátor helyes rezgésének. Ha nem így van, hibáról van szó. Vizsgálja meg a következő lehetséges hibaforrásokat: • Jó még az elem, és helyesen van csatlakoztatva? Mérje meg a terhelés alatti feszültséget egy voltmérővel, ltmérővel, vagy tartson kéznél egy új elemet az összehasonlítás céljára. • Helyesen van berakva a tranzisztor? Zárja ki a BC547 (NPN) és a BC557 (PNP) tranzisztor felcserélését. Vizsgálja meg az E, B és C kivezetés elhelyezkedését. • Gondosan hasonlítsa össze az összes összeköttetést és beültetett alkatrészt a kapcsolási rajzzal és a beültetési képpel. Ez a három hibakeresési tanács érvényes az összes többi kísérletre is. Meg fogja azonban állapítani, hogy az egyes kapcsolások csak kis lépésekben vannak megvált megváltoztatva és továbbfejlesztve. Elsősorban az elektronikában kezdőknek ajánlatos, hogy a kísérleteket pontosan az előírt sorrendben végezzék el. A kiegészítő kísérletek ellenben sokkal inkább az elmélyülést szolgálják. Biztosan még további teljesen más kísérl kísérletek és bővítések is eszébe jutnak. 1. kiegészítő kísérlet: Az oszcillátor jelének a vétele egy rövidhullámú rádióvevővel a 13.56 MHz frekvencián (hullámhossz: 22 m). Bár nincs csatlakoztatva antenna, mégis a közeltérben elég erős jelet lehet fogni. Az adó egyébként abszolút néma, azaz modulálatlan. Egy későbbi kísérletben zenét is át kell vinni. 2. kiegészítő kísérlet: Vegye ki a kvarcot a kapcsolásból. A LED LED-ek már nem világítanak. Ez annak a bizonyítéka, hogy tényleg az RF-energia energia idézte elő a fényt.
2.1 ábra A tekercs feltekerése Hajlítsa le derékszögben a huzalvégeket. A tekercs most a szükségesnél rövidebb, és csak a kapcsolásba történő beépítéskor húzza ki a kellő hosszúságúra. A tekercs finomhangolása a hosszúság jusztírozásával történik. Ha hosszabbra húzza ki a tekercset, lecsökken l az induktívitása. Tisztán számítás alapján a tekercs induktivitásának 0,918 pH-nek pH kell lennie ahhoz, hogy egy 150 pF értékű kondenzátorral 13,56 MHz rezonancia-frekvencia frekvencia adódjon ki. A gyakorlatban a rezonanciát kb. 25 mm tekercshosszal kapja meg.. Elméletileg a számítás ekkor 0,73 pH értéket ad a tekercs induktivitására, a rezonanciafrekvenciának tehát túl nagynak kellene lennie. Egy rezgőkör gyakorlati megvalósításában azonban két tényező lép fel, amelyek kisebb rezonanciafrekvenciát eredményeznek. ek. Egyrészt az összekötővezetékeknek is van induktivitásuk, másrészt elsősorban az érintkezőrugóknak sem elhanyagolható a kapacitásuk. A gyakorlatban tehát elegendő a finomhangolás a hosszúság állításával. A beállítási tartomány mintegy 0,6 pH-tól (30 mm hossz) 1,2 pH-ig (15 mm hossz) terjed. 2.1 ábra A tekercs első alkalmazását mutatja be. A tekercs párhuzamosan kapcsolódik az oszcillátor kimenetén lévő egyetlen LED-hez. hez. Ebben az alkalmazásban a tekercs az egyenáramnak a LED-en keresztüli levezetésére szolgál. lgál. Nincs tehát már szükség két nem párhuzamosan kapcsolódó LED-re, egy is elegendő.
5 Az RF-végfokozat. A következő kísérlethez több nagyfrekvenciás teljesítményre van szükség, mint amennyit az oszcillátor egyedül szállítani tud. Emiatt egy második tranzisztor gondoskodik a szükséges szü teljesítményerősítésről. Emellett még a végfokozat lecsökkenti a visszahatásokat a kimenetről a kvarcoszcillátorra. Az 5.1 ábrának megfelelő végfokozatban egy BC557 típusú PNP-tranzisztor PNP van. A 470 ohmos emitterellenállás ellencsatolást és meghatározott kimenőáramot hoz létre. A kimenet védett a rövidzár és a hibás illesztés ellen, mivel a kimenőfokozat szabályzott áramforrásként működik. Bár más kapcsolásokkal nagyobb kimenőteljesítmény érhető el, az ábrázolt végfokozat azonban nagyon megfelel elel a kísérleti munkához. Az áram kb. 20 mA-ben mA van korlátozva, és ezzel kíméli az elemet. Ezenkívül a kimenetnek nagy a belső ellenállása, és emiatt alig visz be további csillapítást a kimenőkörbe.
2.1 ábra A tekercs az oszcillátor kimenetén. Építse fel a kapcsolást elsőre még a vonalkázottan ábrázolt kondenzátor nélkül. Látni fogja, hogy a LED csak nagyon halványan vagy egyáltalán nem világít. Ha ugyanis a tekercs induktív ellenállását az üzemi frekvencián kiszámítja, csak kb. 80 ohmot kap. A feszültségesés ezen az induktív ellenálláson csak csekély. Csak egy 1,6 V feletti küszöbfeszültségtől kezd gyengén világítani a LED.
2.1 ábra Az adókapcsolás végfokozattal A rezonanciakörhöz való csatolásra egy négy menetből álló csatolótekercset kell alkalmazni. Csévélje fel a tekercshuzalt kb. 50 mm hoszú végekkel a ceruzaelemre, és sodorja össze a hozzávezetést a tekercs közelében. Így egy hosszú sszú időn át stabil csatolótekercset kap, amelyet a
2.1 ábra A párhuzamos rezgőkör os kondenzátort a tekerccsel párhuzamosan. A LED m most Majd rakja be a második 150 pF-os fényesen fog világítani. A tekercs és a kondenzátor egy párhuzamos rezgőkört képez, amelynek a rezonanciafrekvencián nagy a rezonanciaellenállása. Ennél a kísérletnél még nem kell pontosan behangolnia a tekercset, mive a rezgőkört az oszcillátor és a LLED erősen csillapítja, és ezáltal nagy a sávszélessége.
2.1 ábra A csatolótekercs felcsévélése rezgőköri tekercs menetei közé lehet bedugni.
Az első kísérlethez a csatolótekercset a „hideg vég", azaz a rezgőköri tekercs test felőli oldalára dugja be. A csatolótekercs minden egyes menetét a rezgőköri tekercs menetei közé kell betolni. A rezgőköri tekercs hossza az 5.2 ábra kapcsolásának megfelelően mintegy 25 mm lesz. Kapcsolja be az üzemi feszültséget, és figyelje meg a csatolótekerccsel párhuzamos LED-et. LED
a sávszélessége. A rezonancia-maximum maximum most még élesebb, és különösen pontos behangolást igényel. 3. kiegészítő kísérlet: Húzza ki teljesen a csatolótekercset a rezgőköri tekercsből. A LED már nem világít. A csatolótekercs kb. 0,4 pH értékű induktívitása olyan csekély, hogy gyakorlatilag rövidzárnak tekinthető. Az induktív ellenállás 13,56 MHz-en en csak kb. 30 ohm.
6 A nagyfrekvenciás teljesítmény kicsatolása Eleddig a LED feszültségindikátorként közvetlenül az RF-végfokozat végfokozat kimenetén volt. Annak a még világosabb demonstrálására, hogy a rezgőkörben nagy RF-feszültség RF épült fel, egy második csatolótekercset is kell alkalmazni az energiának ak a rezgőkörből való kicsatolására. Készítsen el egy másik csatolótekercset, amelynek a következő kísérletek számára legalább 80 mm hosszú csatlakozóvezetékeinek kell lennie. 2.1 ábra A kapcsolás felépítése végfokozattal és rezgőkörrel. Változtassa most óvatosan a rezgőköri tekercs hosszát. A LED fényessége nyessége határozott maximumot mutat egy jól meghatározható hossznál. A rezgőkörnek ekkor van a maximális rezgésamplitúdója. A rezgőköri tekercs és a csatolótekercs egy transzformátort képez. Emiatt a maximum a primeroldalon is felismerhető a LED fényességéről. A rezonancia beállítása nem túl egyszerű, és bizonyos ügyességet kíván. Próbálja folyamatosan jusztírozni a tekercset a csatlakozóhuzalok óvatos széthúzása vagy összenyomása által. A kézzel való megérintés következtében bizonyos mértékben elhangolódik a regőkör. Csak a rezgőkör testoldali utolsó menetét érintse, vagy pedig a finomhangoláshoz használjon egy szigetelőanyagból lévő tárgyat vagy egy fogvájót. A rezonanciánál a tekercs induktív ellenállása pontosan azonos a rezgőköri kondenzátor kapacitív ellenállásával. 13,56 MHz-nél: nél: L= 0,9 pH, RL=80 ohm, C = 150 pF, RC= 80 ohm. A rezonáns körnek nagy a rezonanciaellenállása, amely nagymértékben függ a csillapítástól. A csatolatlan rezgőkörre számolhatunk 50-es jósággal, azaz a rezonanciaellenállás eléri a kb. 80 ohm * 50 = 4 kohm értéket. A jelen kapcsolásban a kört főleg a csatolótekercsen lévő LED csillapítja, ahol kb. 20 értékű üzemi jóságból lehet kiindulni. Ebből kb. 13,56 MHz / 20 = 0,7 MHz sávszélesség adódik. A rezonanciafrekvenciát 5 %-nál pontosabban abban kell tartani, hogy beállítható legyen a fényesség maximuma. generátor elvét (lásd Kísérletek a Tesla Tesla-energia A kapcsolás már mutatja minden Tesla-generátor tanulókészlettel, 20. o.). Egy kis csatolótekercs gerjeszt egy sokmenetes rezgőkört a rezonanciafrekvencián ián való rezgésekre. A rezgőkör meleg végén megnövelt feszültséget kapunk. Egy oszcilloszkóppal végzett mérések a következő értékeket mutatják: A primértekercsen a LED-el el együtt 4 Vss, míg LED nélkül kb. 6 Vss értékű feszültség van. A 4:9 menetaránynak megfelelően felelően a szekundertekercsen LED nélkül 9 Vss és 13,5 Vss közötti feszültség lenne várható. Valójában ennél nagyobb, 15 Vss feszültség mérhető, mivel a mágneses csatolás a tekercsek között viszonylag laza. Az is megfigyelhető, hogy az oszcilloszkóp mérőfe mérőfeje is már jelentős csillapítást okoz. Valójában tehát még lényegesen nagyobb feszültség várható. 1. kiegészítő kísérlet: Érintse meg a kezével az optimálisan beállított tekercset. A LED gyengébben világít. A keze hatására el is hangolódik a rezgőkör, és to további csillapítást is okoz. A csillapítás erősen függ a bőr nedvességétől. Vagy pedig tartson bele egy csavarhúzót a tekercsbe, és így érjen el erős csillapítást a vas örvényáramok által. 2. kiegészítő kísérlet: Húzza ki félig a csatolótekercset a rezgők rezgőköri tekercsből. Így kisebb csatolást kap. A rezgőkör kevésbé lesz csillapítva, nagyobb lesz a jósági tényezője és kisebb lesz
2.1 ábra Energiakicsatolás egy második csatolótekercsen át. A kapcsoláshoz újra be kell hangolni a rezonanciát. Ekkor mindkét LED világít. A második LED-en LED is éles fényesség-maximumot állapíthat meg.
7 Mágneses csatolású rezonanciás áramkör Két azonos rezonanciafrekvenciájú rezgőkör még laza csatolás esetén is nagy energiacserét folytat. Ez volt Nikola Tesla alapötlete (lásd Kísérletek a Tesla-energia Tesla tanulókészlettel, 56. o.), aki csatolt körökön át rendkívül nagy rezonanciafeszültséget keltett, és viszonylag nagy távolságra energiát vitt át. Ha két rezgőköri tekercset cset párhuzamosan kapcsol, főleg mágneses csatolásban vannak. Az egyik rezgőkör mágneses erővonalai részben a másik rezgőkörön is áthatolnak, és rezgésbe hozzák azt. 2.1 ábra Transzformátoros csatolás a második LED számára 1. kiegészítő kísérlet: Távolítsa el az első LED-et az RF-végfokozat végfokozat kimenetéről. Most esetleg újra kell hangolnia a rezgőkört, mivel mindegyik LED-nek nek van kapacitása is, és a frekvencia egy kissé lefelé húzódik. A megmaradó LED ezután fényesebben világít, azaz több tel teljesítmény csatolódik ki a rezgőkörből.
A 7.1 ábra az elvet mutatja be. A pótlólagos rezgőkör nincs közvetlenül összekötve a kapcsolással, hanem elektromosan teljesen el van szigetelve. A mágneses csatolás mértéke erősen függ a távolságtól.
2. kiegészítő kísérlet: Növelje meg az üzemi feszültséget a kimenőteljesítmény és általa a LED fényességének a növelése céljából. Kapcsoljon sorba két vagy három 9 V V-os elemet. Kösse össze az elem pólusait két külön elemcsattal, lemcsattal, az egyiket csak a piros huzallal (plusz), míg a másikat csak a fekete huzallal (mínusz) csatlakoztassa.
2.1 ábra Mágneses csatolású rezgőkörök
2.1 ábra Két elem sorbakapcsolása 3. kiegészítő kísérlet: Csökkentse a kicsatolást a végfokozatra és a LED LED-re úgy, hogy a csatolótekercset részben kihúzza a rezgőköri tekercsből. A rezgőkörnek magának megnő a jósági tényezője és nagyobb lesz a rezonanciafeszültsége. Kisebb sávszélességet fog észlelni. 4. kiegészítő kísérlet: Húzza ki a csatolótekercset a rezgőkörből, és közel közelítse oldalról hozzá. Mintegy 5 mm-rel rel a rezgőköri tekercs mellett még elegendő feszültség indukálódik ahhoz, hogy kigyújtsa a LED-et.
2.1 ábra A második rezgőkör felépítése A kapcsolás felépítésekor vegye figyelembe, hogy az első rezgőköri tekercs még ott van a kísérletező tábla baloldalán, és össze van kötve a testtel. A jobboldali tekercs azonban a testsín megszakítottsága miatt nincs vele galvanikusan összekötve. Állítsa be először az első tekercset tekercse a maximális fényerőre. Majd csak ezután építse fel a kiegészítő rezonanciakört. Hangolja le a második kört a rezonanciafrekvenciára. Azt veszi észre, hogy a LED gyengébben világít, vagy teljesen kialszik. A laza csatolású kör rezonanciára hangolásakor jól jó felismerhető a fényesség-minimum. minimum. Ezen a ponton vonja el az adókörtől a
maximális energiát. A második rezgőkörtől átvett energiát végülis a tekercs ohmos huzalellenállása majdnem teljes egészében hővé alakítja át. Ezt az elvet alkalmazza az un. dip meter (abszorpciós hullámmérő) a rezonanciafrekvencia mérésére. Egy behangolt oszcillátort laza csatolással visszük a mérendő objektumhoz, és a rezgőkör feszültségének a maximális esését (dip) észleljük rezonancia esetében. A dip meter kedvelt mérőeszköz a rezonanciafrekvencia keresésére és beállítására. 1. kiegészítő kísérlet. Hangolja be a második kört rezonanciára, úgyhogy minimális legyen a LED fényessége. Zárja most rövidre a kört egy huzallal. A LED most újra teljes fénnyel ég. Az a paradox helyzet állt llt elő, hogy rövidzárral növeljük a feszültséget. Pontosan ezen az elven működnek az új RFID-rendszerek rendszerek (Radio Frequency Identification). Egy adótekercs 13,56 MHz MHz-es váltóáramú teret kelt, és az RFID-transzponder transzponder rezgőkörében feszültséget indukál. A vett energia egy csipet táplál, amely most adatokat küld úgy, hogy a rezgőkört egy meghatározott időminta szerint csillapítja. Az adó felismeri, hogy mikor vontak el tőle energiát, és így tudja olvasni a jelet. LED-el. A rezonanciánál a 2. kiegészítő kísérlet: Lássa el a második kört csatolótekerccsel és LED kiegészítő LED fényesség-maximumot maximumot mutat, az első LED ellenben fényesség fényesség-minimumot. Szélsőséges esetben előfordulhat, hogy az adó-kimeneten kimeneten lévő első LED nem világít, míg a második rezgőkörön lévő LED fényesség-maximumot maximumot ér el. Egy kisebb feszültségű rezgőkör tehát nagyobb feszültségre gerjeszt egy másikat. Az egyenáramú körökben nem ismert valamilyen hasonló jelenség, azaz egy kimerült elem sose volna képes egy akkumulátort még nagyobb feszültségre feltölteni. A váltóáramú körökben ehhez azonban még hozzájönnek a fázisviszonyok. Egy rezgőkör gerjeszthető kisebb feszültségről, ha a fázisa 90 fokkal előrébb van. A folyamat hasonló egy inga gerjesztéséhez. Egy ingát keze csekély mozgatásával nagy kilengésekre gerjeszthet, eszthet, ha a keze mozgását úgy koordinálja, hogy az inga lengését egy negyed lengéssel megelőzi. Ugyanez az eset fordul elő egy elektromos rezgőkör gerjesztésekor.
2.1 ábra A kiegézítő csatolótekercs 3. kiegészítő kísérlet: Változtassa meg a két rezgőkör közötti távolságot. Egészen 5 cm távolságig még felismerhetőnek kell lennie egy rezonancia-leszívásnak rezonancia (dip), ha a második rezgőkört LED nélkül működteti. Minél nagyobb az üresjárási jóság, annál kisebbnek kell lennie a csatolásnak. 4. kiegészítő kísérlet: Növelje úgy meg az adóteljesítményt, hogy a kimeneti tranzisztor emitterellenállását egy második 470 ohmos ellenállás párhuzamos kapcsolásával megfelezi.
2.1 ábra Az emitterellenállások párhuzamos kapcsolása
2.1 ábra Az átvitt energia hasznosítása egy második LED LED-ben.
8 Rezgőkörök elektromos csatolása Rendezze el most a két kört egymástól legalább 6 cm-re. re. Ezután már nincs mód a mágneses csatolásra. A második kört azonban most az egyik oldalánál testelje le. Ezen Ezenkívül csatlakoztasson a két kör meleg végére egy-egy egy kb. 10 cm hosszúságú huzaldarabot antennául. A második rezgőkör kapjon egy csatolótekercset egy második LED-el. Hangolja le először az első kört maximális fényességre. Hangolja le azután a második kört a csatolótekercs nélkül rezonanciára. Ha a két antenna viszonylag közel van egym egymáshoz, akkor a már ismert rezonancia-leszívás ismét láthatóvá válik. 2.1 ábra Egy csatolókondenzátor felépítése 2. kiegészítő kísérlet: Növelje meg az üzemi feszültséget 18 V-ra V két 9 V-os elem sorbakapcsolása által. Az adóteljesítménnyel együtt a LED fényessége fényes is nőni fog.
9 A nagyfrekvenciás erőtérszonda
2.1 ábra Csatolás két antennahuzalon keresztül Az elrendezés most majdnem megfelel Nikola Tesla eredeti ötletének (lásd Kísérletek a Tesla-energia tanulókészlettel, 56. o.) azzal a különbséggel, hogy Tesla az antenna csúcsát még egy fémgolyóval is ellátta. Hasonló funciója van a ma még használatos tetőkapacitásnak nagyon rövid függőleges antennákon. Feltételezhető, hogy a rövid huzaldarabok adó adó- és vevőantennaként működnek. Valójában azonban túl rövidek a hatékony sugárzáshoz. Azonkívül arra is gondolni kell, hogy a távolság nagyon kicsi a hullámhosszhoz képest. Emiatt egy másik magyarázat kínálkozik: a két huzal együtt egy kodenzátort képez. A rezgőkörök csatolása a két huzal közötti elektromos erőtéren keresztül jön létre.
Építse most fel a második rezonanciakört a leválasztott érintkezősávon. Alkalmazzon egy kiegészítő csatolótekercset és egy kiegészítő LED-et. et. A rezgőköri tekercset a sáv elülső felén helyezze el, így könnyen az adó közelébe lesz vihető. Vizsgáljon meg először ismét az adótekerccsel párhuzamos elhelyezést a maximális fényességre való lehangoláshoz. A csatolást itt majdnem kizárólag az adótekercs mágneses erőtere hozza létre. Az elektromos csatolás alig játszik szerepet, mivel csak csekély kapacitás lép fel.
2.1 ábra A mágneses erőtérszonda alkalmazása
2.1 ábra Elektromos csatolás a sodrott antennahuzalokon keresztül 1. kiegészítő kísérlet: Sodorja össze a két antennahuzalt 5 cm hosszban. Így egy kis kondenzátor jön létre kb. 5 pF kapacitással. Az átvitt energia rgia elegendő ahhoz, hogy a második rezgőkör LED-jét kigyújtsa.
Ne felejtkezzen el a kapcsolás felépítésekor a két testsínt összekötő huzaláthidalóról. Kielégítően légítően erős csatolást csak akkor lehet elérni, ha a két rezgőkörnek közös a testje.
Egyhuzalos energiavezeték Alkalmazza az előző fejezet RF-erőtérszondáját erőtérszondáját hatékony egyhuzalos energiaátvitelre. Ez a kísérlet első pillanatra ellentmond mindennek, ek, amit csak tanultunk az áramkörökről. A zárt áramkörhöz mindig kell egy visszavezetés is. De itt működik az energiaátvitel csak egy vezetéken keresztül is. 2.1 ábra Az erőtérszonda felépítése Ne felejtkezzen el a kapcsolás felépítésekor az összekötősín megszakításáról aaz érintkezősáv közepén. A LED és a csatolótekercs a jobboldali félen legyen összekötve, hogy teljesen el legyenek szigetelve a rezgőkörtől. 1. kiegészítő kísérlet: Próbáljon ki különböző elhelyezéseket és szögeket. Meg fogja állapítani, hogy hatékony csatolás mind a tekercsek hosszirányában, mind pedig párhuzamos elrendezésük esetén is lehetséges. Mindkét esetben van azonban egy minimális energiaátvitelt eredményező szög. 2. kiegészítő kísérlet: Növelje meg az üzemi feszültséget 18 V--ra és 27 V-ra. Vizsgálja meg mindkét esetben az elérhető távolságot.
2.1 ábra Az egyhuzalos energiavezeték
2.1 ábra Három 9 V-os elem sorbakapcsolása
2.1 ábra Adó és vevő felcsévélt összekötővezetékkel A kapcsolás magyarázata azon a jelenségen alapszik, hogy már kis kapacitás is elég egy csatoláshoz. A kapcsolás mindkét részének van a környező térrel
ill. a földdel szemben egy bizonyos kapacitása. Az adónak nagyobb a testkapacitása, mint a vevőnek, mivel a kapcsolás egészében véve nagyobb, és az elem kiegészítő lemezfelületet jelent. A pontos értékek erősen függenek a környezettől. A 20 pF és 5 pF csak becsült átlagértékek. Láthatja a párhuzamot a kapacitív citív csatolással az előző fejezetben. 8. Itt csupán a rezgőkörök meleg és hideg vége fel van cserélve.
2.1 ábra Testvezeték és antenna a vevőn
2.1 ábra Az adó és a vevő földkapacitása 1. kiegészítő kísérlet: Használja a többi huzalt az összekötővezetéknek legfeljebb 3 m m-re történő meghosszabbítására. Meg fogja állapítani, hogy az átvitt teljesítmény alig függ a távolságtól. Ez mindenesetre akkor áll, ha a távolság még kicsi a hullámhosszhoz képest.
Az első pillantásra az elrendezés megfelel a 8. fejezet elektromos csatolásának. 8. Mindenesetre a két antennahuzal közötti kapacitás a nagy távolság miatt nagyon kicsi. Valójában az energiaátvitel itt nem a két antennahuzal közötti kapacitáson alapszik, hanem a földdel szembeni kapacitáson. Mivel a testvezeték nincs földelve, a földhöz képest feszültség alatt van. Az antenna ismét energiát csatol a rezgőkörbe a földhöz képest mutatkozó kapacitásán át. 2.1 ábra Az elv bemutatása a becsült kapcitásokkal A teljes test és az összekötővezeték nagyobb kapacitása a hatékony energiaátvitel ellen en hat, mivel egy kapacitív feszültségosztót képez, és csak az adó rezgőköri feszültségének a kisebb része van a testvezetéken. Ez az oka annak, hogy nagyobb adóteljesítményre van szükség.
2. kiegészítő kísérlet: Távolítsa el a LED-et et az adóból, hogy több energia jusson a vevőre.
11 Energiaszállítás a testvezetéken Ez az utolsó és legnehezebb kísérlet egy vezeték nélküli energiaátvitelt realizál a testvezetéken. Az eljárás megfelel a korábbi, 1 MHz-en és 27,12 MHz-en en végzett kísérleteknek (Kísérletek a Tesla-energia tanulókészlettel, 58. és 64. o.). A csatolási fok az 1 m hosszú antenna ellenére kisebb, mint a rezgőkörök meleg végei közötti összekötővezetékkel. Emiatt a lehtő legnagyobb adóteljesítménnyel kell dolgozni. Az adót tehát 18 V-al al vagy még inkább 27 V V-al kell táplálni. Ezenkívül enkívül nagyon fontos mindkét rezonanciafrekvencia gondos behangolása.
2.1 ábra A ható földkapacitások zett behangolás után távolítsa el a LED-et LED az adóból. Így több 1. kiegészítő kísérlet: Az elvégzett energiát kap a vevőre. 2. kiegészítő kísérlet: Növelje meg az antennakapacitást a földdel szemben a huzalvégekre rakott nagy fémfóliákkal. 2.1 ábra Csatolás a testvezetéken keresztül
3. kiegészítő kísérlet: Csatolja gyengébben a rezgőköröket azáltal, hogy egy kissé kihúzza a csatolótekercset a rezgőköri tekercsből. Így megnő a kör jósága, és ezzel az
energiaátvitel hatékonysága. Keresse meg az optimális csatolást. A nagy körjóság nagy RF-feszültséget éget eredményez a rezgőkörökön, és ezzel egyúttal hatékony csatolást. Kvarcok a rezgőkörök helyett (lásd Kísérletek a Tesla Tesla-energia tanulókészlettel, 94. oldal) csak 1 MHz-en adnak hatékony csatolást. 4. kiegészítő kísérlet: Kösse össze a közös testvezetéket éket egy földcsatlakozással. Ezzel meghiúsítja az energiaátvitelt. Ez azt mutatja, hogy szükség van jelfeszültségre a földhöz képest a testvezetéken. 5. kiegészítő kísérlet: Hosszabbítsa meg a testvezetéket pótlólagos huzallal akár négy méterre vagy még hosszabbra. Meg fogja állapítani, hogy az energiaátvitel gyakorlatilag nem gyengült.
A Franzis Akademie 100% know-how know Németország legrégibb műszaki kiadójától az elektronika és elektrotechnika minden területén folyó képzés és továbbképzés számára. A Franzis Akademie tájékoztat a legújabb fejlesztésekről, irányzatokról és technikákról. A jelentkezés díjtalan a következő honlapon: www.elo-web.de
A Franzis know-how-tanúsítvány tanúsítvány Kísérletezzen, tanuljon, képezze tovább magát. Vizsgálja meg szerzett tudását kis specifikus tesztekkel, és elnyeri személyes Franzis tanúsítványát a következő honlapon: www.elo-web.de/zertifikat
Gyorsan és egyszerűen a célhoz! Válaszoljon maximum öt kérdésre egy online-tesztben. online Ezekre a kérdésekre könnyen és gyorsan tud válaszolni, ha sikeresen elvégezte ennek a tanulókészletnek a kísérleteit. A Franzis Akademie-nek nek ezzel a hivatalos és összehasonlítathatatlan tanúsítványával tudja igazolni tudását ezen a „speciális területen". Növeli ezzel állásesélyeit. Ezt az egyedülálló tanúsítványt mellékelheti tanulmányi, foglalkozási vagy szakképzési hely megszerzésére irányuló folyamodványához. folyamodványához Személyes tanúsítványát díjmentesen megszerezheti a következő honlapon: www.eio-web.de/zertifikat: web.de/zertifikat: A tanúsítványt az online-teszt teszt sikeres kitöltése után e-mailen e megküldi Önnek a Franzis Akademie.
26
