Několik pokusů s Teslovým transformátorem

Teslův transformátor je zařízení, kterým se získává vysoké napětí velké frekvence (desítky kHz). Ze zdroje vysokého napětí (Ruhmkorffova induktoru) se nabíjí kondenzátor (Leydenská láhev), až se dosáhne průrazného napětí jiskřiště. Vtom okamžiku se jiskrovým výbojem v jiskřišti propojí obvod nabitého kondenzátoru a primární cívky Teslova transformátoru, která je tvořena několika závity tlustého drátu (obr. 1).

Po dobu trvání jiskrového výboje v obvodu proběhne několik period tlumeného kmitání s poměrně vysokou frekvencí danou Thomsonovým vztahem

, kde L je indukčnost primární cívky a C je kapacita kondenzátoru (Leydenské láhve). Přitom se maximální napětí na kondenzátoru zmenšuje. Tyto kmity se indukují do sekundární cívky Teslova transformátoru, která má mnoho závitů velmi tenkého drátu. Oba obvody (primární a sekundární) jsou zpravidla vyladěny tak, aby byly v rezonanci. Když jiskrový výboj v jiskřišti zhasne, dochází opět k nabíjení Leydenské láhve z induktoru a celý děj se opakuje. Dále jsou popsány některé experimenty s Teslovým transformátorem.

1.

1. Demonstrace doutnavého výboje za normálního tlaku

Při otevřeném sekundárním obvodu je v zatemněné místnosti vidět v okolí pólu sekundární cívky doutnavý výboj - tzv. Eliášovo světlo. V okolí pólu cívky dochází totiž k ionizaci vzduchu silným elektrickým polem, vzniká tzv. sršení elektrického náboje. Tento výboj má vzhledem k orientaci elektrického pole v okolí pólu cívky charakteristický tvar trsů, proto se také někdy nazývá trsový výboj.

2. Demonstrace jiskrového výboje mezi pólem sekundární cívky a rukou

Uchopíme-li do jedné ruky kovový předmět, například klíče, budou z pólu sekundární cívky přeskakovat jiskry na kovový předmět a odtud bude elektrický náboj přecházet do těla člověka. Tento experiment je velice efektní. Přestože napětí způsobující průraz vzduchu je vysoké (několikrát větší než napětí v elektrické spotřebitelské síti), nezabije ani dokonce nezraní demonstrátora. Příčin je několik. Jednak se zde projevuje tzv. skin - efekt: v důsledku vysoké frekvence elektrických kmitů jde elektrický proud jen povrchem vodiče (v našem případě tedy pouze kůží). Kůže ovšem neobsahuje nervová zakončení, a proto demonstrátor ani tak vysoké napětí nepocítí. Kromě skin - efektu se projevuje i to, že proud je přiváděn do kapacitně odporové zátěže (u vyšších frekvencí převládá kapacitní proud) a že nedochází k disociaci krve.

To, že proud vstupující do ruky člověka je větší než proud, který se u stejnosměrných proudů a proudů nízkých frekvencí udává jako smrtelný, lze dokázat pomocí pokusu se žárovkou. K žárovce (např. 3, 6 V/0, 3 A) jsou připojeny dva přímé měděné dráty (Ø 1 mm). Držíme-li jeden drát v ruce a druhý přiblížíme k sekundární cívce Teslova transformátoru, žárovka svítí. Tím je dokázáno, že proud dosahuje několika desetin ampérů.

Experiment je možno pozměnit tak, že chytáme jiskry ne do kovového předmětu, ale přímo do vlastního těla - nejlépe do dlaně. Přitom již dopady jiskrového výboje cítíme (jako slabé bodnutí nebo píchnutí). Příčinou jsou ovšem tepelné účinky jiskrového výboje, ale i mechanické účinky rychle letících elektronů.

3. Rozsvícení zářivky pomocí Teslova transformátoru

Jestliže uchopíme jeden konec zářivky do ruky a přiblížíme její druhý konec k sekundární cívce Teslova transformátoru, zářivka se rozsvítí. Držíme-li zářivku kdekoli mezi oběma konci, svítí pouze část zářivky mezi rukou a Teslovým transformátorem. Stejným způsobem je možno rozsvítit neonové i Geisslerovy trubice. Vysvětlení jevu je obdobné jako u předchozího pokusu.

4. Rozsvícení žárovky pomocí Teslova transformátoru

Pro tento pokus potřebujeme žárovku s malou indukčností (pokud možno s přímým vláknem). Žárovku (např. 12 F/0, 05 A) spojíme s jedním nebo několika kruhovými závity z vodivého drátu tak, aby žárovka se závity tvořila uzavřený obvod. Vyjmeme sekundární cívku Teslova transformátoru a žárovku s kruhovými závity pomalu přibližujeme dovnitř primární cívky transformátoru. Přitom rovina závitů primární cívky a rovina kruhových závitů se žárovkou musí být stále rovnoběžné. V určité vzdálenosti od primární cívky se žárovka rozsvítí a při dalším přibližování svítí stále jasněji. Příčinou je elektromagnetická indukce. V okolí primární cívky Teslova transformátoru vzniká magnetické pole, jehož indukční čáry vystupují z cívky přibližně kolmo k rovině jejích závitů. Přiblížíme-li k primární cívce kruhové závity se žárovkou, indukuje se v nich elektrické napětí a žárovka se rozsvítí. Pokud budeme měnit úhel mezi rovinami závitů primární cívky a kruhových závitů, bude se také měnit jasnost žárovky.

Je zjevné, že obdobně by bylo možné připravit známý Copperfieldův pokus s přepalováním vlákna žárovky soustředěným pohledem.

5. Vznik rajského plynu

Při pokusech s Teslovým transformátorem vzniká v jiskřišti rajský plyn (N₂O) a ozón. Nelze si nevšimnout jejich vůně.

6. Další pokusy s Teslovým transformátorem

Ostatní experimenty s Teslovým transformátorem popisované zejména v [1], ale v dalších uvedených knihách nejsou tak průkazné, resp. jsou podstatně náročnější na přípravu, a proto nejsou v tomto článku popsány.