Die einzelnen Komponenten und ihre Funktion
Hochspannungsquelle
Die Hochspannungsquelle besteht aus einem Hochspannungstransformator. Er transformiert die Netzspannung von 230 V 50 Herz auf 10 kV 50 Herz ,sie sollte nicht kleiner als 6 kV sein ,um einen problemlosen Funktionsablauf an der Funkenstrecke zu ermöglichen. Bei meinem Aufbau wurden 5-Hochspannungstransformatoren parallel und phasengleich geschaltet.
Laut Typenschild:
P ges = U*I = 10000 V *0,1A =1000 W
Sekundäre Gesamtleistung ist bei 5 Trafos 5000 W
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Funkenstrecke
Die Funkenstrecke hat die Funktion eines Schalters, der periodisch öffnet und schließt.
Sie schlägt durch, sobald die Spannung, die an ihr anliegt groß genug ist.
Ich habe mich für eine rotierende Funkenstrecke entschieden da diese genauer und leichter zu handhaben ist.
Weiteres ist sie leichter zu warten und zu kühlen.
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Kondensator
Der Kondensator ist in der Primärseite der Teslaspule verbaut. Beim Einschalten der Anlage werden die Kondensatoren geladen bist die Durchbruchspannung für die Funkenstrecke erreicht ist. Der Kondensator hat die Aufgabe eine Ladung zu speichern und diese für die Resonanzschwingung der Primärseite zur Verfügung zu stellen.
Ich habe mich für Keramik Kondensatoren endschieden da diese einfach zu beschaffen sind.
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Primärseite der Teslaspule
Sie hat die Aufgabe im Primärkreis für die nötige Induktivität als auch für hochfrequente Schwingung zu sorgen. In der Kombination mit dem Kondensator und der Funkenstrecke wird die Energie an die Sekundärspule ausgekoppelt (lose Kopplung). Sie sollte min. 10 Windungen besitzen. Die Abgreifpunkte der Spule sind lose um die Induktivität zu ändern. Meine Primärspule ist eine sogenannte kegelförmige Spule welche aus einem Kupferrohr mit 10*1 mm besteht.
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Sekundärseite der Teslaspule
Die Sekundärspule meiner Anlage besteht aus einem Polokalrohr mit einem Durchmesser von 160mm und einer Länge von 1500mm – 2000mm. Auf dieser ist ein Kupferlackdraht von 0,7mm aufgewickelt. Die Anzahl der Windungen beträgt 500-1500 je nach gewünschter Resonanzfrequenz. Die Konstruktion und Messung entspricht den Empfehlungen der Literatur(12).
Weiteres wird am Ende der Spule wahlweise eine Ringelektrode oder Kugelelektrode oder ein Entladungsspitze angebracht, welche sich auch auf die Resonanzfrequenz auswirken. Die Spule muss genau gewickelt und im Betrieb sehr gut geerdet werden.
Die Sekundärspule bildet im Betrieb einen Schwingkreis in Eigenresonanz. Die Windungen wirken als Induktivität und Kapazität zwischen der Elektrode und der Erde. Somit entsteht ein Schwingkreis, der eine bestimmte Resonanzfrequenz besitzt
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Zusammenwirken der Einzelteile
Beim Einschalten werde die Kondensatoren an der Primärseite der Anlage von den Transformatoren 230V /10kV geladen bis die Durchbruchspannung an der Funkenstrecke erreicht wird.
Wenn der Funke an der Funkenstrecke überschlägt, bilden die Kondensatoren und die Primärseite der Teslaspule einen Schwingkreis der eine Resonanzfrequenz besitzt. Es entsteht eine elektrische Schwingung.
Die Kondensatoren werden erst wieder nachgeladen wenn die Durchbruchspannung an der Funkenstrecke wider abnimmt und der Lichtbogen erlöscht. Der Vorgang beginnt von Neuem.
Die Schwingungen der Primärseite werden an die Sekundärseite der Teslaspule lose ausgekoppelt. Beide Seiten sollen die gleiche Resonanzfrequenz besitzen.
Da die Sekundärseite auch ein Schwingkreis ist und somit eine Eigenresonanz hat, wird diese ein magnetisches Wechselfeld erzeugen und es kommt zu einer Selbstinduktion. Das hat eine hochfrequente Hochspannung gegen Erde zur Folge, die mehrere 100 kV betragen kann.
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Durchgeführte Experimente
Schlagweitebestimmung
Die Schlagweite der Teslaspule wird durch einfaches abschätzen der Läng der Funken bestimmt oder durch eine Fix vorher montierte Vorrichtung die eine bestimmten Abstand zur Spule hat.
Durch diese Tabelle kann nun bestimmt werden welche Spannung die Teslaspule an der Sekundärseite hat (Ed =kV/mm)
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Spitzenentladung
Bei der Spitzenentladung wird eine aus Niro gefertigte Spitze an dem Ende der Sekundärseite der Spule angebracht. An die Spitze der Elektrode entsteht eine sehr große Feldstärke dadurch kommt es zur Spitzenentladung
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Erregung einer Leuchtstoffröhre
Durch die starken elektrischen Felder die die Teslaspule erzeugt können in der näheren Umgebung Leuchtstoffröhren zum Leuchten gebracht werden ohne dass dies an einem Stromkreis angeschlossen sind dies ist durch die starken elektrischen Felder möglich.
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