Die Tesla-Anlage

Schaltplan Bei der Anlage handelt es sich um einen Schwingkreis, mit Funkenstrecke (F), Kondensator (C) und Teslaspule. Der Kondensator besteht aus 10 Lagen Alufolie, 30 x 30 cm., als Dielektrikum wurde Fensterglas mit 0,1 cm. Dicke verwendet. Für die Funkenstrecke wurde nach zahlreichen Versuchen mit verschiedenen Materialien Elektroden aus Messing gewählt. Diese "brennt" ruhig und gleichmäßig auch nach längerer Betriebsdauer. (Elektroden aus Eisen neigen zu schneller Rostbildung mit unregelmäßiger Überschlagsfolge.) Die Sekundärwindung (Sek) der Teslaspule wurde auf ein 50 cm. hohes PVC-Abflußrohr mit 7 cm. Durchmesser gewickelt, der Kupferdraht hatte 0,02 cm. Stärke. Die Primärspule (Pr) besteht aus zwölf Windungen Kupferdraht von 0,3 cm. Dicke. Zur besseren Isolation wurde die Sekundärspule mehrfach lackiert und in handelsübliches Plexiglas gegossen. Das Oszillogramm zeigt eine abklingende Schwingung mit einer Grundfrequenz von 250 KHz. Die Betriebsspannung für den Primärkreis wurde, statt mit einem Funkeninduktor wie bei Heinz Richter vorgeschlagen, von mehreren parallel geschalteten Zündtrafos (Tr 1 bis Tr 6) aus Ölbrennern erzeugt. Sie sind bei fast jedem Heizungsinstallateur gebraucht - oft sogar kostenfrei - zu erhalten. (Auf gleiche Phasenlage achten, sonst brennen die Trafos infolge hoher Kurzschlussströme durch!) Es wurden nur Bauteile oder Materialien verwendet, die auch Jugendlichen zugänglich sind. Die Berührung von spannungsführenden Teilen des Primärstromkreises während des Betriebs der Teslaspule ist tödlich!!! Hier treten Spannungen von über 10.000 Volt auf bei hoher Stromstärke. Sowie eine Berührung geschieht, bricht der Schwingkreis zusammen und der schützende Skin-Effekt erlischt. Der Nachbau sollte nur unter Anleitung oder Begleitung eines erfahrenen Elektro-Technikers oder Physiklehrers erfolgen.

Formeln und Berechnungen



Bekannte Werte:

Uprim = 15 KV
Cprim = 19,1 nF = 0,0000000191
Lprim = 0,021 mH = 0,000021
Lsek = 38,8 mH = 0,0388

Max. Spitzenstromstaerke:

Imax =sqrt((U^2*C)/L)
Imax =sqrt((15000^2*0,0000000191)/0,000021)
Imax = 452,3 A

--

Die Kapazitaet der Sekundaerspule

Medhurst-Formel:
Cself = 0,144 * l + 0,161 * r + 0,746 * sqrt (r^3 / l)
Cself = 0,144 * 40 + 0,161 * 3,5 + 0,746 * sqrt (42,875 / 40)
Cself = 5,76 + 0,5635 + 0,746 * 1,035
Cself = 5,76 + 0,5635 + 0,77211
Cself = 7,09 pF

Die Resonanzfrequenz

Thompson-Formel
f = 1 / [2 * pi * sqrt (L * C)]

Sekundaerspule
f = 1 / [2 * pi * sqrt (0,0388 * 0,000000000007)]
f = 1 / [6,283 * sqrt 0,0000000000002716
f = 1 / 3,274498e-6
f = 305,390 KHz

Primaerspule
f = 1 / [2 * pi * sqrt (L * C)]
f = 1 / [6,283 * sqrt (0,000029 * 0,0000000191)]
f = 213,853 KHz

Gemessen mit Oszilloskop: 250 KHz

Ausgangsspannung der Sekundaerspule:

(1)

E = 1/2 * U^2 * C
Uprim^2 * Cprim = Usek^2 * Csek
Usek^2 = (Uprim^2 * Cprim) / Csek
Usek = sqrt [(Uprim^2 * Cprim) / Csek]
Usek = sqrt [(225000000 * 0,0000000191) / 0,000000000001]
Usek = 2.073.041,2 Volt

(2)

(1-loss)* 1/2 * Cp * Up^2 = ( Eself + 1/2 * Ctop * Utop^2 )

Cp    = Primaerkapazität = 19,1 nF = 0,0000000191
Up    = Spannung am Primaerkondensator bei Zuendung der Funkenstrecke = 15000 V
Ctop = Kapazitaet der Entladungsplatte = 1 pF = 0,000000000001
Cself = Kapazitaet der Sekundaerspule = 7 pF = 0,000000000007
Utop = Spannung der Entladungsplatte

Utop = Up * sqrt {[ Cp * (1-loss) ] / (1/4*Cself + Ctop) }
Utop = 15000 * sqrt {[ 0,0000000191 * (0,75) ] / (1/4*0,000000000007 + 0,000000000001) }
Utop = 15000 * sqrt {[ 0,000000014325 ] / (0,00000000000275) }
Utop = 15000 * sqrt 5209,09
Utop = 1.082.610,48 Volt

Heinz Richter:

Elektrotechnik für Jungen

S. 256+258:

"Wir setzen nunmehr die Sekundärspule des Transformators wieder an ihren Platz, verbinden die beiden Sekundärklemmen mit zwei dicken, isolierten Drähten, von deren freien Enden wir die Hülle auf etwa 1 cm Länge entfernen, und schalten den Induktor ein. Verdunkeln wir dann das Zimmer, so sehen wir aus den Drahtspitzen schimmernde Lichtbüschel hervorschießen. Nähern wir die Enden der Drähte einander, so setzt bald eine heftige Funkenentladung ein. Unter lautem Knattern schlagen lange Funken zwischen den Drähten über. Bläst man in den Raum zwischen den Drahtspitzen, so lösen sich die Funken in silberglänzende Flammenbogen auf, die aus einem Netz dicker und dünner Funkenfäden bestehen. Nun legen wir die untere Sekundärklemme an Erde, indem wir sie durch einen Draht mit der Gas- oder Wasserleitung verbinden. Sobald der Induktor eingeschaltet wird, sprühen von der oben auf der Sekundärspule sitzenden Klemme große, blau leuchtende Lichtbüschel senkrecht nach außen.
Jetzt befestigen wir einen 50 ... 60 cm langen, blanken Kupferdraht von etwa 3 mm Stärke so in der Kopfklemme der Sekundärspule, daß er senkrecht emporsteht. Das freie Ende des Drahtes wird durch Umwickeln mit Isolierband oder durch einen aufgesteckten Porzellanknopf isoliert. Die andere Sekundärklemme wird geerdet. Schaltet man den Induktor ein, so schießen aus dem ganzen Draht waagrecht verlaufende bläuliche Strahlen hervor. Entfernt man die Isolation an der Spitze, so werden die waagrechten Entladungen schwächer, dafür zeigt sich an der Spitze des Drahtes ein blauer, fein verästelter Lichtbaum, der frei in die Luft hinaufwächst und langsam hin- und herschwankt. Wir ersetzen die Drähte durch zwei aus blankem Kupferdraht angefertigte Ringe, von denen der eine etwas größer als der andere ist. Die Strahlen gehen dann zwischen den parallel zueinander stehenden Ringen über und bilden einen leuchtenden Kegelstumpf.
Berührt man die Kopfklemme der Sekundärspule des Transformators mit einer Geißlerröhre, die man in der Hand hält, so leuchtet die Röhre hell auf, obwohl sie nur mit einem Pol verbunden ist. Meistens erstrahlt die Röhre sogar schon in dem ihr eigentümlichen Licht, sobald sie dem Transformator genähert wird.

meine Teslaspule Wir setzen zwei große Metallplatten (oder in Drahtringe gelötete Drahtnetze) auf unsere Isolierstative, die wir 30 ... 50 cm weit voneinander entfernt aufstellen (die Platten sollen parallel stehen), verbinden die Anschlußklemmen mit der Sekundärspule und schalten den Induktor ein. Halten wir dann eine Geißlerröhre in den Raum zwischen den beiden Platten, so leuchtet die Röhre hell auf. Der Versuch gelingt auch mit elektrodenlosen Röhren. Diese Versuche zeigen, daß der ganze Raum zwischen den beiden Platten von starken elektrischen Feldern durchsetzt wird. Auch hinter und über den Platten treten die Leuchterscheinungen auf. Während man sich, wie wir wissen, sehr hüten muß, die Sekundärklemmen eines Funkeninduktors zu berühren, wenn man nicht schwere Lähmungen davontragen will, kann man die Sekundärklemmen eines Teslatransformators ruhig mit beiden Händen anfassen. Man wird nicht das mindeste spüren. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Teslaspannungen wegen der hohen Frequenz gar nicht in den Körper eindringen, sondern außen um ihn herum verlaufen. Berührt man die eine Sekundärklemme mit der einen Hand und streckt man den Zeigefinger der anderen, den man durch einen metallenen Fingerhut oder ein kurzes Stück Messingrohr geschützt hat, gegen die zweite Klemme aus, so springen lange, heftig knatternde Funkenbündel zwischen Finger und Klemme über. Läßt man die Funken direkt in die Hand schlagen, so können unter Umständen brandwundenähnliche Verletzungen entstehen."

Anmerkung: Auch wenn Richter hier vom gefahrlosen Anfassen der Sekundärklemmen spricht, würde ich davon abraten. Meine eigenen Erfahrungen zeigen, dass die elektrostatischen Aufladungen in der Nähe der Teslaspule durchaus schmerzhafte Stromschläge verursachen können. Ein Sicherheitsabstand sollte daher eingehalten werden!

Impressum, http://bs.cyty.com/menschen/archiv/eltech.htm, Stand: 2. November 1999, ee