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Die Teslaspule wurde 1891 von Nikola Tesla entwickelt und dient zur Durchführung von Experimenten mit Hochspannungsentladungen. Die Teslaspule besteht aus einer Energiequelle, einem Kondensator sowie einer Primär- und Sekundärspule, zwischen denen die Spannungsspitzen alternieren und sich Funken bilden. Obwohl man eine Teslaspule hauptsächlich in Partikelbeschleunigern, Fernsehern oder Spielzeugen findet, kann man sie mit Hilfe von Bauteilen aus dem Elektroladen oder überschüssigem Materialien selbst herstellen. [1] X Forschungsquelle
Vorgehensweise
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Denke vor dem Bau der Teslaspule über deren Größe und Standort nach. Deine Teslaspule kann so groß werden, wie es dir dein Portmonnaie erlaubt. Du musst nur darauf achten, dass die blitzartigen Funken, die durch die Teslaspule erzeugt werden, Hitze erzeugen und eine Ausdehnung der umliegenden Luft verursachen (kurz gesagt, sie erzeugen Donner). Die elektrischen Felder werden deine anderen elektronische Geräte womöglich sehr durcheinanderbringen, weshalb du deine Teslaspule am besten irgendwo baust, wo sie nichts durcheinanderwirbeln kann, also z.B. in einer Werkstatt oder Garage. [2] X Forschungsquelle
- Um herauszufinden, wie groß du deine Funkenstrecke machen kannst bzw. wie viel Energie du brauchst, damit es funktioniert, teile die Länge der Funkenstrecke in Zoll durch 1,7 und quadriere das Ergebnis, um die Eingangsleistung in Watt herauszubekommen. (Umgedreht, um die Länge der Funkenstrecke herauszufinden, nimm die Quadratwurzel der Energie in Watt mal 1,7.) Eine Teslaspule mit einer Funkenstrecke von 60 Zoll (1,5 Meter) bräuchte 1.246 Watt. (Eine Teslaspule mit einer 1 Kilowatt Energiequelle würde eine Funkenstrecke von ca. 54 Zoll bzw. 1,37 Meter mit Energie versorgen können.)
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Mache dich mit der Terminologie vertraut. Um eine Teslaspule entwerfen und bauen zu können, brauchst du ein gewisses Verständnis wissenschaftlicher Begriffe und Messeinheiten. Im Folgenden lernst du einige Begriffe, die du kennen solltest: [3] X Forschungsquelle
- Die Kapazität beschreibt die Fähigkeit, eine gewisse elektrische Ladung oder die Menge an gespeicherter elektrischer Ladung für eine gewisse Spannung aufzunehmen. (Ein Gerät für das Aufnehmen elektrischer Ladungen nennt man Kondensator.) Die Messeinheit für die Kapazität ist Farad (und wird mit „F“ abgekürzt). Ein Farad ist als eine Amperesekunde (oder Coloumb) pro Volt definiert. Für gewöhnlich wird die Kapazität in kleineren Einheiten angegeben, wie z.B. Mikrofarad (abgekürzt: „uF“), ein Millionstel Farad, oder das Picofarad, (abgekürzt: „pF“ und wird manchmal „puff“ ausgesprochen) ein Hundertmillionstel Farad.
- Induktivität oder Selbstinduktivität beschreibt wie viel Spannung ein elektronischer Kreislauf pro Stromstärke im Kreislauf hat. (Hochspannungsleitungen haben eine hohe Spannung und geringe Stromstärke, daher eine hohe Induktivität.) Die Maßeinheit für die Induktivität ist Henry (abgekürzt: „H“). Ein Henry ist als eine Voltsekunde pro Ampere Stromstärke definiert. Für gewöhnlich wird Induktivität in kleineren Einheiten gemessen, wie z.B. das Millihenry (abegekürzt: „mH“), ein Tausendstel Henry oder das Mikrohenry (abgekürzt „uH“), ein Millionstel Henry.
- Die Resonanzfrequenz ist die Frequenz, bei der der Widerstand für den Energietransfer am geringsten ist. (Für eine Teslaspule ist das der optimale Arbeitszustand, um elektrische Energie zwischen der primären und sekundären Spule auszutauschen.) Die Maßeinheit für die Resonanzfrequenz ist Hertz (abgekürzt „Hz“) und wird als ein Durchlauf pro Sekunde definiert. Für gewöhnlich wird die Resonanzfrequenz in Kilohertz (abgekürzt: „kHz“), wobei ein Kilohertz 1000 Hertz entspricht.
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Besorge alle benötigten Bauteile. Du benötigst einen Netztransformator, einen primären Kondensator mit hoher Kapazität, ein Gerüst für die Funkenstrecke, eine primäre Induktionsspule mit geringer Induktivität, eine sekundäre Induktionsspule mit hoher Induktivität, einen sekundären Kondensator mit geringer Kapazität und etwas, um die Hochfrequenzschübe der Teslaspule zu unterdrücken oder immerhin zu dämpfen. Für detaillierte Ausführungen bezüglich der Teile, lies im nächsten Abschnitt „Eine Teslaspule bauen“ weiter.
- Deine Energiequelle bzw. der Netztransformator speist Energie durch die Widerstände in den primären Kreislauf, oder auch Schwingungskreislauf, welcher mit dem primären Kondensator, der primären Induktionsspule und dem Gerüst für die Funkstrecke verbunden ist. Die primäre Induktionsspule wird neben die Induktionsspule des sekundären Kreislaufs platziert, aber nicht verbunden, welcher wiederum mit dem sekundären Kondensator verbunden ist. Sobald der sekundäre Kondensator genug elektrische Ladung aufgebaut hat, entlädt er sich in Form von elektrischen Blitzen.
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Wähle deinen Netztrafo. Dein Netztrafo bestimmt, wie groß du deine Teslaspule bauen kannst. Die meisten Teslaspulen haben einen Transformator mit einer Leistung von 5.000 bis 15.000 Volt und einer Stromstärke zwischen 30 und 100 Milliampere. Solch ein Trafo kannst du aus einem Elektronikladen, dem Internet oder aus einer ausgeschlachteten Leuchtreklame bekommen. [4] X Forschungsquelle
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Baue deinen primären Kondensator. Am besten schaltest du eine Reihe von kleinen Kondensatoren hintereinander, sodass jeder Kondensator einen gleichen Anteil der Spannung des primären Kreislaufs bekommt. (Dazu muss jeder individuelle Kondensator die gleiche Kapazität wie alle anderen Kondensatoren in der Reihe haben.) So einen Kondensator nennt man dann Multi-Mini-Kondensator oder MMC.
- Kleine Kondensatoren und die dazugehörigen Nebenwiderstände kannst du in einem normalen Elektroladen kaufen. Alternativ kannst du dich auch in deinem alten Fernseher nach Keramikkondensatoren umschauen. Du kannst dir aber auch deine Kondensatoren aus Polyethylenstreifen und Alufolie selber bauen.
- Um die maximale Leistung zu erzielen, sollte der primäre Kondensator auf der Hälfte jedes Durchlaufs der eingespeisten Energiefrequenz seine volle Kapazität erreichen. (Bei einer Energieversorgung mit 60 Hz, würde das einer Taktung von 120 Mal pro Sekunde entsprechen).
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Fertige das Gerüst für die Funkenstrecke an. Wenn du dich für nur eine Funkenstrecke entscheidest, brauchst du Metallstifte, die mindestens 6 mm dick, damit sie der Hitze, die durch die Entladungen der Blitze entsteht, widerstehen können. Du kannst auch mehrere Funkenstrecken hintereinanderschalten, eine kreisrunde Funkenstrecke benutzen oder Druckluft zwischen die Funkenstrecken blasen, um die Temperatur zu kontrollieren (z.B. mit einem alten Staubsauger).
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Baue die primäre Induktionsspule. Die Spule selbst wird aus Draht bestehen, aber du benötigst auch einen Gegenstand, um den du den Draht spiralförmig wickeln kannst. Der Draht sollte Kupferlackdraht sein, den du in einem Elektroladen oder in einem Stromkabel eines aussortieren Elektrogerätes finden kannst. Das Objekt, um das du den Draht wickelst, kann entweder die Form eines Zylinders oder die eines Kegels, wie z.B. ein Lampenschirm, haben.
- Die Länge des Drahtes bestimmt die Induktivität der primären Induktionsspule. Die primäre Induktionsspule sollte eine geringe Induktivität haben, weshalb du bei der Herstellung vergleichsweise wenige Umwicklungen nutzen solltest. Du kannst vorgeschnittene Abschnitte benutzen, die du dann später nach Bedarf zusammenfügen kannst, um deine Spule notfalls schnell anzupassen zu können.
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Verbinde den primären Kondensator, die Funkenstrecke und die primäre Induktionsspule. Damit ist der Primärkreis geschlossen.
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Baue die sekundäre Induktionsspule. Wie auch schon bei der primären Spule, wickelst du auch hier Draht um eine zylindrische Form. Die sekundäre Spule sollte die gleiche Resonanzfrequenz wie die primäre Spule haben, damit deine Teslaspule die maximale Effizienz aufweist. Die sekundäre Spule sollte aber länger bzw. größer sein als die primäre Spule, damit sie eine höhere Induktivität besitzt und um zu verhindern, dass eine elektrische Entladung von der Sekundarspule Schäden im Primärkreis verursacht.
- Wenn du nicht genügend Material hast, um deine Sekundärspule groß genug zu bauen, baue eine Art Einschlagschiene (im Grunde einen Blitzableiter), um den Primärkreislauf zu schützen. Das bedeutet aber auch gleichzeitig, dass der größte Teil der Ladung der Teslaspule in die Einschlagsschiene gehen und nicht in der Luft umhertanzen wird.
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Baue den sekundären Kondensator. Der Sekundärkondensator bzw. die Entladungsendstation, kann im Grunde jede runde Form sein, wobei die Ringform (wie ein Donut) oder die Form eine Sphäre am Beliebtesten sind.
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Verbinde den sekundären Kondensator mit der sekundären Induktionsspule. Damit ist der Sekundärkreis geschlossen.
- Dein Sekundärkreis sollte separat von der normalen Stromversorgung geerdet sein, damit kein von der Teslaspule ausgehender Strom in Richtung deiner Haushaltsgeräte fließt und womöglich alles kurzschließt, was dort angeschlossen ist. Ein Metallstab im Boden eignet sich dazu sehr gut.
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Baue die Schubwiderstände. Diese Widerstände sind einfache, kleine Kondensatoren, die verhindern sollen, dass die Schübe von der Funkenstrecke den Netztrafo zerstören. Um sie zu bauen, wickle einfach dünnen Kupferdraht um eine schmale Röhre, wie z.B. eine Kugelschreibermine.
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Setze alle Teile zusammen. Positioniere den Primärkreis neben dem Sekundärkreis und verbinde den Netztrafo über die Widerstände mit dem Primärkreis. Sobald der Trafo eingesteckt ist, kann deine Teslaspule loslegen.
- Wenn der Durchmesser der Primärspule groß genug ist, kanst du die Sekundärspule in ihr platzieren.
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Tipps
- Um die Richtung der Entladungen aus dem sekundären Kondensator zu steuern, stelle einfach ein metallenes Objekt in die Nähe der Spule, ohne dass es diese berührt. Die Blitze werden sich dann von dem Sekundärkondensator aus mit dem Metallobjekt verbinden. Wenn sich an dem Metallobjekt z.B. eine Glühbirne oder eine Leuchtstoffröhre befindet, wird diese durch die Elektrizität von der Teslaspule zum Leuchten gebracht.
- Der Entwurf und Bau einer effizienten Teslaspule erfordert die Arbeit mit einigen ziemlich komplexen mathematischen Formeln. Glücklicherweise lassen sich die entsprechenden Formeln leicht finden und die erforderlichen Berechnungen mit Hilfe von Rechnern im Internet durchführen. [5] X Forschungsquelle
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Warnungen
- Die Herstellung einer Teslaspule ist keine einfache Aufgabe, außer du besitzt bereits einiges an Wissen in den Gebieten Ingenieurswesen und Elektrotechnik.
- Transformatoren aus Neonlampen (zumindest neuere Modelle) enthalten meist einen FI-Schutzschalter und sind für die Verwendung in einer Teslaspule ungeeignet.
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Was du brauchst
- Netztransformator (z.B. aus einer Neonlampe)
- Kondensatoren aus Keramik
- Metallstifte
- Ventilator oder Staubsauger (optional)
- isolierter Kupferdraht
- Objekte in Zylinder - oder Kegelform
- Metallobjekte in Ring - oder Sphärenform
- Erdungsstab
- Einschlagschiene (optional)
- Schubwiderstände
Referenzen
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