Nikola Tesla Sang Penemu Tesla Coil
Nikola Tesla Sang Penemu Tesla Coil
101KFE Assistant | Portal Education News

Nikola Tesla Sang Penemu Tesla Coil, Sebuah Tesla coil adalah listrik resonansi sirkuit transformator dirancang oleh penemu Nikola Tesla pada tahun 1891. Hal ini digunakan untuk menghasilkan tinggi tegangan, rendah saat ini, tinggi frekuensi arus bolak-balik listrik. Tesla bereksperimen dengan sejumlah konfigurasi berbeda yang terdiri dari dua, atau terkadang tiga, sirkuit listrik resonansi berpasangan.

Nikola Tesla
101KFE Assistant | Portal Education News

Tesla menggunakan sirkuit ini untuk melakukan eksperimen inovatif dalam pencahayaan listrik, pendar, pembangkitan sinar-X, fenomena arus bolak-balik frekuensi tinggi, elektroterapi , dan transmisi energi listrik tanpa kabel. Sirkuit kumparan Tesla digunakan secara komersial dalam pemancar radio sparkgap untuk telegrafi nirkabel hingga tahun 1920-an, dan dalam peralatan medis seperti elektroterapi dan sinar violetperangkat. Saat ini, penggunaan utamanya adalah untuk tampilan hiburan dan pendidikan, meskipun kumparan kecil masih digunakan sebagai pendeteksi kebocoran untuk sistem vakum tinggi.

Operasi Tesla Coil

Operasi Tesla Coil
Kumparan Tesla buatan sendiri sedang beroperasi, menunjukkan kotoran sikat dari toroid. Medan listrik yang tinggi menyebabkan udara di sekitar terminal tegangan tinggi terionisasi dan menghantarkan listrik, memungkinkan listrik bocor ke udara dalam lepasan korona berwarna-warni , pelepasan sikat , dan busur pita . Kumparan Tesla digunakan untuk hiburan di museum sains dan acara publik, dan untuk efek khusus di film dan televisi 101KFE Assistant | Portal Education News

Tesla coil adalah osilator frekuensi radio yang menggerakkan transformator resonansi double-tuned inti udara untuk menghasilkan tegangan tinggi pada arus rendah. Sirkuit asli Tesla serta kebanyakan kumparan modern menggunakan celah percikan sederhana untuk merangsang osilasi pada transformator yang disetel. Desain yang lebih canggih menggunakan sakelar transistor atau thyristor atau osilator elektronik tabung vakum untuk menggerakkan transformator resonansi.

Kumparan Tesla dapat menghasilkan tegangan keluaran dari 50 kilovolt hingga beberapa juta volt untuk kumparan besar. Output arus bolak-balik berada dalam rentang frekuensi radio rendah, biasanya antara 50 kHz dan 1 MHz. Meskipun beberapa kumparan yang digerakkan oleh osilator menghasilkan arus bolak-balik yang kontinu, sebagian besar kumparan Tesla memiliki keluaran berdenyut; tegangan tinggi terdiri dari rangkaian cepat pulsa frekuensi radio arus bolak-balik.

Sirkuit kumparan Tesla bersemangat-percikan yang umum, ditunjukkan di bawah, terdiri dari komponen-komponen ini:

    • Trafo suplai tegangan tinggi (T) , untuk menaikkan tegangan listrik AC ke tegangan yang cukup tinggi untuk melompati celah percikan. Tegangan tipikal antara 5 dan 30 kilovolt (kV).
    • Sebuah kapasitor (C1) yang membentuk rangkaian disetel dengan gulungan primer L1 dari transformator Tesla.
    • Sebuah celah percikan (SG) yang bertindak sebagai sakelar di sirkuit primer.
    • Tesla coil (L1, L2), transformator resonansi double-tuned inti udara, yang menghasilkan tegangan output tinggi.
    • Secara opsional, elektroda kapasitif (beban atas) (E) dalam bentuk bola logam halus atau torus yang dipasang pada terminal sekunder kumparan. Luas permukaannya yang besar menekan kerusakan udara dini dan pelepasan busur, meningkatkan faktor Q dan tegangan keluaran.

Trafo Rensonan

Trafo khusus yang digunakan dalam rangkaian kumparan Tesla, disebut trafo resonansitrafo osilasi, atau trafo frekuensi radio (RF), berfungsi berbeda dari trafo biasa yang digunakan di sirkuit daya AC. Sementara transformator biasa dirancang untuk mentransfer energi secara efisien dari belitan primer ke sekunder, transformator resonansi juga dirancang untuk menyimpan energi listrik sementaraSetiap belitan memiliki kapasitansi di atasnya dan berfungsi sebagai rangkaian LC (rangkaian resonansi, rangkaian tuned ), menyimpan energi listrik yang berosilasi, analog dengan cara agarpu tala menyimpan energi mekanik getaran. The kumparan primer (L1) yang terdiri dari relatif sedikit berubah dari kawat tembaga berat atau tabung, terhubung ke kapasitor (C1) melalui celah percikan (SG). The kumparan sekunder (L2) terdiri dari banyak berubah (ratusan hingga ribuan) dari kawat halus pada bentuk silinder berongga dalam utama. Sekunder tidak terhubung ke kapasitor sebenarnya, tetapi juga berfungsi sebagai sirkuit LC, induktansi (L2) beresonansi dengan kapasitansi (C2), jumlah kapasitansi parasit yang tersesatantara belitan kumparan, dan kapasitansi elektroda logam toroidal yang dipasang ke terminal tegangan tinggi. Sirkuit primer dan sekunder disetel sehingga beresonansi pada frekuensi yang sama, memiliki frekuensi resonansi yang sama. Hal ini memungkinkan mereka untuk bertukar energi, sehingga arus yang berosilasi bolak-balik antara kumparan primer dan sekunder. Dalam fisika, dua rangkaian tangki yang digabungkan ini juga dikenal sebagai osilator berpasangan.

Desain kumparan yang khas ditentukan oleh kebutuhan untuk mencapai kehilangan energi resistif rendah ( faktor Q tinggi ) pada frekuensi tinggi, yang menghasilkan tegangan sekunder terbesar:

    • Trafo daya biasa memiliki inti besi untuk meningkatkan kopling magnet antara kumparan. Namun pada frekuensi tinggi inti besi menyebabkan kehilangan energi akibat arus eddy dan histeresis , sehingga tidak digunakan pada kumparan Tesla.
    • Trafo biasa dirancang untuk “berpasangan erat”. Karena inti besi dan kedekatan belitan, mereka memiliki induktansi timbal balik yang tinggi (M)koefisien kopling mendekati satu kesatuan 0,95 – 1,0, yang berarti hampir semua medan magnet dari belitan primer melewati belitan sekunder. Trafo Tesla sebaliknya adalah “kopling longgar”, belitan primer berdiameter lebih besar dan berjarak terpisah dari sekunder, sehingga induktansi timbal balik lebih rendah dan koefisien kopling hanya 0,05 hingga 0,2. Ini berarti bahwa hanya 5% sampai 20% medan magnet dari kumparan primer yang melewati kumparan sekunder ketika kumparan terbuka. Kopling lepas memperlambat pertukaran energi antara kumparan primer dan sekunder, yang memungkinkan energi osilasi untuk tinggal di sirkuit sekunder lebih lama sebelum kembali ke primer dan mulai menghilang dalam percikan.
    • Setiap belitan juga dibatasi pada satu lapisan kawat, yang mengurangi kehilangan efek kedekatan. Primer membawa arus yang sangat tinggi. Karena arus frekuensi tinggi sebagian besar mengalir pada permukaan konduktor karena efek kulit, itu sering dibuat dari pipa atau strip tembaga dengan luas permukaan yang besar untuk mengurangi hambatan, dan belokannya ditempatkan terpisah, yang mengurangi kerugian efek kedekatan dan busur di antara belokan.

Rangkaian keluaran dapat memiliki dua bentuk:

    • Unipolar : Salah satu ujung belitan sekunder dihubungkan ke terminal tegangan tinggi tunggal, ujung lainnya di ground. Jenis ini digunakan dalam kumparan modern yang dirancang untuk hiburan. Gulungan primer terletak di dekat bagian bawah, ujung potensial rendah dari gulungan sekunder, untuk meminimalkan busur antar belitan. Karena arde (Bumi) berfungsi sebagai jalur balik untuk tegangan tinggi, busur streamer dari terminal cenderung melompat ke objek arde terdekat.
    • Bipolar : Tidak ada ujung belitan sekunder yang di-ground, dan keduanya dibawa keluar ke terminal tegangan tinggi. Gulungan primer terletak di tengah kumparan sekunder, dengan jarak yang sama antara dua terminal berpotensi tinggi, untuk mencegah busur api.
Trending sekarang :
Informasi Tentang Virus Corona (Novel Coronavirus)

Siklus operasi

Sirkuit beroperasi dalam siklus berulang yang cepat di mana trafo suplai (T) mengisi kapasitor primer (C1) ke atas, yang kemudian melepaskan percikan melalui celah percikan, menciptakan pulsa singkat arus berosilasi di sirkuit primer yang menggairahkan tegangan osilasi tinggi di sekunder:

    1. Arus dari trafo suplai (T) mengisi kapasitor (C1) ke tegangan tinggi.
    2. Ketika tegangan melintasi kapasitor mencapai tegangan rusaknya celah percikan (SG), percikan mulai, mengurangi tahanan celah percikan ke nilai yang sangat rendah. Ini melengkapi rangkaian primer dan arus dari kapasitor mengalir melalui kumparan primer (L1). Arus mengalir dengan cepat bolak-balik antara pelat kapasitor melalui kumparan, menghasilkan arus osilasi frekuensi radio di rangkaian primer pada frekuensi resonansi rangkaian.
    3. Medan magnet yang berosilasi dari belitan primer menginduksi arus osilasi pada belitan sekunder (L2), menurut hukum induksi Faraday . Selama sejumlah siklus, energi di sirkuit primer ditransfer ke sirkuit sekunder. Total energi dalam rangkaian yang disetel terbatas pada energi yang awalnya disimpan dalam kapasitor C1, sehingga tegangan osilasi pada amplitudo sekunder meningkat (“ring up”) osilasi pada primer menurun ke nol (“ring down”). Meskipun ujung kumparan sekunder terbuka, ia juga bertindak sebagai rangkaian yang disetel karena kapasitansi (C2) , jumlah kapasitansi parasitantara lilitan kumparan ditambah kapasitansi elektroda toroid E. Arus mengalir dengan cepat bolak-balik melalui kumparan sekunder di antara ujung-ujungnya. Karena kapasitansi yang kecil, tegangan osilasi pada kumparan sekunder yang muncul pada terminal keluaran jauh lebih besar dari pada tegangan primer.
    4. Arus sekunder menciptakan medan magnet yang menginduksi tegangan kembali pada kumparan primer, dan melalui sejumlah siklus tambahan energi ditransfer kembali ke kumparan primer. Proses ini berulang, energi bergeser dengan cepat bolak-balik antara sirkuit disetel primer dan sekunder. Arus osilasi di primer dan sekunder secara bertahap mati (“ring down”) karena energi yang hilang sebagai panas di celah percikan dan resistansi koil.
    5. Ketika arus melalui celah percikan tidak lagi cukup untuk menjaga udara di celah terionisasi, percikan berhenti (“memadamkan”), menghentikan arus di sirkuit primer. Arus osilasi di sekunder dapat berlanjut untuk beberapa waktu.
    6. Arus dari trafo suplai mulai mengisi kapasitor C1 lagi dan siklus berulang.

Seluruh siklus ini berlangsung sangat cepat, osilasi sekarat dalam waktu satu milidetik. Setiap percikan di celah percikan menghasilkan pulsa tegangan tinggi sinusoidal teredam di terminal keluaran koil. Setiap pulsa mati sebelum percikan berikutnya terjadi, sehingga koil menghasilkan serangkaian gelombang teredam, bukan tegangan sinusoidal kontinu. Tegangan tinggi dari trafo suplai yang mengisi kapasitor adalah gelombang sinus 50 atau 60 Hz . Bergantung pada bagaimana celah percikan diatur, biasanya satu atau dua percikan terjadi pada puncak setiap setengah siklus arus utama, jadi ada lebih dari seratus percikan api per detik. Dengan demikian percikan di celah percikan muncul terus menerus, seperti halnya pita tegangan tinggi dari bagian atas koil.

Trending sekarang :
Kriteria dan Protokol Isolasi Mandiri COVID-19

Gulungan sekunder trafo suplai (T) dihubungkan melintasi sirkuit disetel primer. Tampaknya transformator akan menjadi jalur kebocoran untuk arus RF, meredam osilasi. Namun induktansinya yang besar memberikan impedansi yang sangat tinggi pada frekuensi resonansi, sehingga ia bertindak sebagai rangkaian terbuka untuk arus osilasi. Jika transformator suplai memiliki induktansi kebocoran yang tidak memadai, choke frekuensi radio ditempatkan di kabel sekundernya untuk memblokir arus RF.

Kegunaan Tesla Coil

Kegunaan Tesla Coil sebagai pendeteksi kebocoran dalam sistem vakum tinggi ilmiah dan penyala pada las busur, penggunaan utamanya adalah tampilan hiburan dan pendidikan.

    • Pendidikan dan Hiburan

Pendidikan dan Hiburan Tesla Coil
Patung elektrum , kumparan Tesla terbesar di dunia. Pembangun Eric Orr terlihat duduk di dalam elektroda tegangan tinggi berbentuk bola berongga 101KFE Assistant | Portal Education News

Kumparan Tesla (Tesla Coil) ditampilkan sebagai atraksi di museum sains dan pameran elektronik, dan digunakan untuk mendemonstrasikan prinsip listrik frekuensi tinggi di kelas sains di sekolah dan perguruan tinggi. Karena cukup sederhana untuk dibuat oleh seorang amatir, kumparan Tesla adalah proyek pameran sains siswa yang populer , dan dibuat sendiri oleh komunitas besar penghobi di seluruh dunia. Pembangun kumparan Tesla sebagai hobi disebut “kumparan”. Mereka menghadiri konvensi “melingkar” di mana mereka menampilkan kumparan Tesla buatan sendiri dan perangkat tegangan tinggi lainnya. Kumparan Tesla berdaya rendah juga terkadang digunakan sebagai sumber tegangan tinggi untuk fotografi Kirlian.

Tesla Coil terbesar di dunia saat ini adalah unit 130.000 watt yang dibangun oleh Greg Leyh dan Eric Orr, bagian dari patung setinggi 38 kaki (12 m) berjudul Electrum yang dimiliki oleh Alan Gibbs dan saat ini berada di taman patung pribadi di Kakanui Point dekat AucklandSelandia Baru. Tesla coil yang sangat besar, dirancang dan dibuat oleh Syd Klinge, ditampilkan setiap tahun di Festival Musik dan Seni Coachella Valley, di Coachella, Indio, California, AS. Austin Richards, fisikawan di California, menciptakan setelan logam ‘ Faraday ”pada tahun 1997 yang melindunginya dari pelepasan kumparan Tesla. Pada tahun 1998, dia menamai karakter dalam setelan itu Doctor MegaVolt dan telah tampil di seluruh dunia dan di Burning Man sembilan tahun yang berbeda.

Tesla coil juga dapat digunakan untuk menghasilkan suara, termasuk musik, dengan memodulasi “break rate” efektif sistem (yaitu, rate dan durasi semburan RF daya tinggi) melalui data MIDI dan unit kontrol. Data MIDI sebenarnya diinterpretasikan oleh mikrokontroler yang mengubah data MIDI menjadi output PWM yang dapat dikirim ke kumparan Tesla melalui antarmuka serat optik. The YouTube Video tema Super Mario Brothers di stereo dan harmoni pada dua kumparan menunjukkan kinerja pada pencocokan kumparan solid state beroperasi pada 41 kHz. Kumparan dibuat dan dioperasikan oleh penghobi desainer Jeff Larson dan Steve Ward. Perangkat tersebut dinamai Zeusaphone, setelah itu Zeus, dewa petir Yunani, dan sebagai permainan kata-kata yang merujuk pada Sousaphone. Ide memainkan musik pada kumparan Tesla bernyanyi terbang ke seluruh dunia dan beberapa pengikut [62] melanjutkan pekerjaan penggagas. Sebuah konser musik luar ruangan yang ekstensif telah mendemonstrasikan penggunaan gulungan Tesla selama Engineering Open House (EOH) di University of Illinois di Urbana – Champaign. Artis Islandia Björk menggunakan kumparan Tesla dalam lagunya “Thunderbolt” sebagai instrumen utama dalam lagu tersebut. Grup musik ArcAttack menggunakan kumparan Tesla termodulasi dan seorang pria dengan setelan rantai untuk memainkan musik.

    • Detektor Kebocoran Sistem Vakum

Para ilmuwan yang bekerja dengan sistem vakum tinggi menguji keberadaan lubang pin kecil di peralatan (terutama barang pecah belah yang baru ditiup) menggunakan pelepasan tegangan tinggi yang dihasilkan oleh kumparan Tesla genggam kecil. Ketika sistem dievakuasi, elektroda tegangan tinggi kumparan diputar di bagian luar peralatan. Pada tekanan rendah, udara lebih mudah terionisasi dan dengan demikian menghantarkan listrik lebih baik daripada udara bertekanan atmosfer. Oleh karena itu, pelepasan mengalir melalui lubang pin tepat di bawahnya, menghasilkan lucutan korona di dalam ruang yang dievakuasi yang menerangi lubang, menunjukkan titik-titik yang perlu dianil atau dipasang kembali sebelum dapat digunakan dalam percobaan.

Dampak Kesehatan Tesla Coil

Pelepasan frekuensi radio tegangan tinggi (RF) dari terminal keluaran kumparan Tesla menimbulkan bahaya unik yang tidak ditemukan pada peralatan tegangan tinggi lainnya: ketika melewati tubuh mereka sering tidak menyebabkan sensasi nyeri dan kontraksi otot akibat sengatan listrik, seperti frekuensi rendah AC atau arus DC lakukan. Sistem saraf tidak sensitif terhadap arus dengan frekuensi lebih dari 10 – 20 kHz. [66] Alasannya adalah karena sejumlah minimum ion harus didorong melintasi sel sarafmembran oleh tegangan yang diberikan untuk memicu sel saraf untuk mendepolarisasi dan mengirimkan impuls. Pada frekuensi radio, tidak ada cukup waktu selama setengah siklus untuk cukup banyak ion melintasi membran sebelum tegangan bolak-balik berbalik. Bahayanya adalah karena tidak ada rasa sakit yang dirasakan, para peneliti sering berasumsi bahwa arus tidak berbahaya. Guru dan penghobi yang mendemonstrasikan kumparan Tesla kecil sering kali membuat audiens mereka terkesan dengan menyentuh terminal tegangan tinggi atau membiarkan busur streamer melewati tubuh mereka.

Trending sekarang :
Kosmologi Bumi Datar Ikan Bahamut

Jika busur dari terminal tegangan tinggi mengenai kulit yang telanjang, busur tersebut dapat menyebabkan luka bakar yang dalam yang disebut luka bakar RF. Hal ini sering dihindari dengan membiarkan busur membentur sepotong logam yang dipegang di tangan, atau bidal di jari, sebagai gantinya. Arus mengalir dari logam ke tangan orang tersebut melalui permukaan yang cukup luas untuk menghindari luka bakar. Seringkali tidak ada sensasi yang dirasakan, atau hanya kehangatan atau kesemutan.

Namun ini tidak berarti arusnya tidak berbahaya. Bahkan kumparan Tesla kecil menghasilkan energi listrik yang diperlukan untuk menghentikan jantung berkali-kali lipat, jika frekuensinya cukup rendah untuk menyebabkan fibrilasi ventrikel. Kesalahan penyesuaian kecil pada kumparan dapat menyebabkan sengatan listrik . Selain itu, arus RF memanaskan jaringan yang dilewatinya. Arus kumparan Tesla, diterapkan langsung ke kulit dengan elektroda, digunakan pada awal abad ke-20 untuk pemanasan jaringan tubuh bagian dalam di bidang medis diatermi gelombang panjang. Jumlah pemanasan tergantung pada kerapatan arus, yang bergantung pada keluaran daya kumparan Tesla dan luas penampang jalur yang dibawa arus melalui tubuh ke ground. Khususnya jika melewati struktur sempit seperti pembuluh darah atau persendian, hal itu dapat meningkatkan suhu jaringan lokal ke tingkat hipertermik, “memasak” organ dalam atau menyebabkan cedera lain. Internasional ICNIRP standar keamanan untuk RF saat ini dalam tubuh di Tesla coil rentang frekuensi 0,1-1 MHz menentukan kerapatan arus maksimum 0,2 mA per sentimeter persegi dan maksimal tingkat penyerapan tenaga (SAR) dalam jaringan dari 4 W/kg di tungkai dan rata-rata 0,8 W / kg di seluruh tubuh. Bahkan kumparan Tesla berdaya rendah dapat melebihi batas ini, dan umumnya tidak mungkin untuk menentukan arus ambang di mana cedera tubuh dimulai. Disambar busur dari kumparan Tesla berdaya tinggi (> 1000 watt) kemungkinan akan berakibat fatal.

Bahaya lain yang dilaporkan dari praktik ini adalah busur dari terminal tegangan tinggi sering mengenai belitan primer kumparan. Ini untuk sementara menciptakan jalur konduktif untuk arus primer 50/60 Hz yang mematikan dari transformator suplai untuk mencapai terminal keluaran. Jika seseorang terhubung ke terminal keluaran pada saat itu, baik dengan menyentuhnya atau membiarkan busur dari terminal mengenai tubuh orang tersebut, maka arus primer yang tinggi dapat melewati jalur udara terionisasi konduktif, melalui tubuh ke tanah, menyebabkan sengatan listrik.

Mitos efek kulit

Penjelasan yang keliru atas tidak adanya sengatan listrik yang bertahan di antara penggemar Tesla coil adalah bahwa arus frekuensi tinggi berjalan melalui tubuh dekat dengan permukaan, dan dengan demikian tidak menembus ke organ atau saraf vital, karena fenomena elektromagnetik yang disebut efek kulit.

Teori ini salah. Arus RF cenderung mengalir pada permukaan konduktor karena efek kulit, tetapi kedalaman penetrasi, yang disebut kedalaman kulit , bergantung pada resistivitas dan permeabilitas material serta frekuensi. Meskipun efek kulit membatasi arus frekuensi kumparan Tesla ke fraksi luar milimeter dalam konduktor logam, kedalaman kulit arus dalam jaringan tubuh jauh lebih dalam karena resistivitasnya yang lebih tinggi. Kedalaman penetrasi arus frekuensi Tesla (0,1 – 1 MHz) di jaringan manusia kira-kira 24 sampai 72 cm (9 sampai 28 inci). Karena bahkan jaringan terdalam lebih dekat dari ini ke permukaan, efek kulit memiliki sedikit pengaruh pada jalur arus melalui tubuh; itu cenderung mengambil jalur impedansi listrik minimum ke ground, dan dapat dengan mudah melewati inti tubuh. Dalam terapi medis disebut gelombang panjangdiatermi, arus RF yang dikendalikan dengan hati-hati dari frekuensi Tesla digunakan selama beberapa dekade untuk pemanasan jaringan dalam, termasuk memanaskan organ dalam seperti paru-paru. Mesin diatermi gelombang pendek modern menggunakan frekuensi lebih tinggi dari 27 MHz, yang akan memiliki kedalaman kulit yang lebih kecil, namun frekuensi ini masih dapat menembus jaringan tubuh bagian dalam.

Content Protection by DMCA.com

Post Disclaimer

Informasi yang terkandung dalam pos ini hanya untuk keperluan informasi umum. Informasi ini disediakan oleh Nikola Tesla Sang Penemu Tesla Coil dan sementara kami berusaha untuk menjaga agar informasi tetap terbaru dan benar, kami tidak membuat pernyataan atau jaminan dalam bentuk apa pun, tersurat maupun tersirat, tentang kelengkapan, keakuratan, keandalan, kesesuaian, atau ketersediaan dengan menghormati situs web atau informasi, produk, layanan, atau gambar terkait yang terdapat pada pos untuk tujuan apa pun. 101 Portal Education News

TINGGALKAN KOMENTAR

Silakan masukkan komentar anda!
Silakan masukkan nama Anda di sini