特斯拉音樂線圈的原理及其制作

1、龍?jiān)雌诳W(wǎng) 特斯拉音樂線圈的原理及其制作作者：江龍馬宇超姜楠葛豐賀侯杰劉人豪來源：科學(xué)與信息化2016年第26期摘 要 “人造閃電”的神奇表演近些年來已經(jīng)成為在電視熒屏上的?？?，這種現(xiàn)象利用了特斯拉線圈高壓放電的特性，同時(shí)也結(jié)合了“靜電屏蔽”的原理，在這整個(gè)過程中，特斯拉線圈起著至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵詞 特斯拉；特斯拉線圈“90后科學(xué)狂人”，“閃電俠”，16歲的科學(xué)狂人盧馭龍?jiān)谥袊_(dá)人秀第二季在東方衛(wèi)視現(xiàn)場表演了特斯拉線圈的“閃電效果”，精彩的現(xiàn)場秀卻充滿了神秘感，用極具震撼的視覺效果撼動(dòng)全場觀眾1?？此粕衩睾蜕衿姹硌萜鋵?shí)是以扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和動(dòng)手能力為依托的，特斯拉線圈又叫泰斯拉線圈，因?yàn)檫@是從

2、Tesla這個(gè)英文名直接音譯過來的。這是一種分布參數(shù)高頻共振變壓器，可以獲得上百萬伏的高頻電壓。特斯拉線圈是由兩個(gè)大電容器、一個(gè)感應(yīng)圈、一個(gè)初級(jí)線圈僅幾圈的互感器、變壓器、打火器等基本結(jié)構(gòu)組成的。其類型主要有：傳統(tǒng)的特斯拉線圈（SGTC）、固態(tài)特斯拉線圈（SSTC）、雙諧振特斯拉線圈（DRSSTC）、真空管特斯拉線圈（VTTC）等2。1 工作原理及基本結(jié)構(gòu)1.1 基本結(jié)構(gòu)固態(tài)特斯拉線圈，簡稱SSTC，在傳統(tǒng)特斯拉線圈的基礎(chǔ)上，人們用半導(dǎo)體元件代替了傳統(tǒng)的打火器，這就形成了具有效率高、噪音小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)的固態(tài)特斯拉線圈。而且由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它可以通過電路輸入音頻，使電弧直接推動(dòng)空氣發(fā)聲，

3、這使得特斯拉線圈成為一件藝術(shù)品。特斯拉線圈的主體部分包括：電容和電感的數(shù)值可根據(jù)實(shí)際制作而定，但必須保證兩回路的諧振頻率調(diào)整成一致。主要由初級(jí)（主）線圈、次級(jí)（二極）線圈、驅(qū)動(dòng)裝置、放電頂端、電容、打火器等主要部件構(gòu)成3。2 實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐情況2.1 理論基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)理論方面，通過研究線圈的結(jié)構(gòu)原理及相同愛好人士制作時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，得到了線圈有關(guān)電弧長度的計(jì)算公式如下：（1）電弧長度公式：其中：L：電弧長度，單位mm P：變壓器功率（2）電容陣容量：其中： E：變壓器輸出電壓，單位I：變壓器輸出電流，單位mAC：電容器陣列最大電容，單位uFF：交流電頻率，單位Hz（3）振蕩頻率：（4）主線圈長度計(jì)算：其

4、中：（5）次級(jí)線圈長度計(jì)算：其中：放電終端電容計(jì)算：2.2 材料數(shù)據(jù)及準(zhǔn)備高壓包：小型特斯拉線圈通常都會(huì)使用高壓包來當(dāng)作電源。因其來源廣，價(jià)格低，輸出電壓高，且輸出為直流（高壓包內(nèi)部自帶硅堆）。這些優(yōu)點(diǎn)使高壓包成為做小型SGTC的最佳選擇。（1）直徑0.25mm漆包線：200m。這個(gè)毫米數(shù)是指它的銅芯的直徑，通常的漆包線的表面的那層漆的厚度約為漆包線銅芯直徑的十分之一到二十分之一。（2）直徑2mm漆包線：3m。（3）直徑1mm漆包線：1.5m。（4）直徑12cm金屬球（不銹鋼球）：1個(gè)。（5）直徑5cm，長30cmPVC管子：1根。聚氯乙烯及有機(jī)玻璃均可。（6）2N3055三極管：1個(gè)。（7）

5、電阻：40 5W，271W各1個(gè)。（8）電容：MKPH電容，耐壓1200V，容量0.3uF，30個(gè)（9）一些厚幾毫米的絕緣板：此處選有機(jī)玻璃板。（10）蓄電池：12V 1個(gè)。（11）無極性電容：若干。（12）其他：502膠水、剪刀、鉗子、美工刀、烙鐵、錫絲等。2.3 制作過程（1）次級(jí)級(jí)線圈的制作：用0.25mm漆包線繞在管子上100圈；盡量保證線和線之間沒有間隙，刷絕緣漆。（2）初級(jí)線圈的制作：將2mm漆包線繞城盤狀，直徑7.5cm，7圈。（3）組裝線圈：把次級(jí)線圈一頭接在金屬球上，金屬球?yàn)榉烹娊K端，與地面形成等效電容，然后用膠或者熱膠槍把球固定在管子一頭。把次級(jí)線圈固定在孰料般上，初級(jí)線圈

6、固定在次級(jí)線圈附近。（4）組合電容：將30個(gè)MKPH電容串聯(lián)。（5）制作電源：采用單管自激推高壓包方法產(chǎn)生高壓，如下圖：我們使用一個(gè)2N3055三極管。繞在鐵氧體上的那兩個(gè)線圈，上面到下面兩個(gè)分別用1mm漆包線繞八圈和二十圈。繞線的方向必須相同。使用12V蓄電池作為電源。照?qǐng)D連接好后，拿高壓包輸出端，即最粗的那條線和高壓包底部上的那一排接腳試著拉弧，找出拉弧最長的那個(gè)接腳，把其他接腳都用絕緣漆或熱膠槍將接腳封住。引出了圖中右邊的那兩條線。（6）制作點(diǎn)火器：SGTC的原理就是先給電容充電，電容的電壓達(dá)到一定程度時(shí)，在打火器出放出電弧，形成一個(gè)回路，然后放電，之后重新開始這個(gè)循環(huán)。粗的漆包線來制作

7、打火器。一般，打火器是不能用尖端的，需要用光滑表面。把兩段粗漆包線的一頭的皮刮掉，彎成兩個(gè)光滑表面，然后用熱膠槍固定在塑料板上，中間留610毫米間隙。（7）裝配：完成以上步驟我們就得到了一個(gè)簡單的火花間隙特斯拉線圈（SGTC），十分值得一提的是，這個(gè)線圈制作成功時(shí)候，會(huì)放出1厘米左右的電弧，而且電弧可以觸摸，也就是說這個(gè)線圈不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危險(xiǎn)4。特斯拉線圈是將電路放大并實(shí)現(xiàn)放電的，在制作時(shí)有一定危險(xiǎn)性，線圈的制作中我們克服這些難題，使線圈變得安全可靠進(jìn)而為轉(zhuǎn)化為商品做準(zhǔn)備。3 實(shí)踐的自我評(píng)價(jià)我一直以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，積極的熱情投身于工作中，有失敗的辛酸，也有成功的喜悅，然而也充分地認(rèn)識(shí)到，成為一名德

8、智體全面發(fā)展的優(yōu)秀學(xué)生的重要性，我覺得收獲不少，我想這些對(duì)于我今后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)有很大的幫助的5。我體會(huì)深刻的一點(diǎn)是：理論要與實(shí)踐相結(jié)合。其實(shí)很多東西在課堂的時(shí)候我都學(xué)習(xí)過，但知道的都是理論，知道操作步驟，卻沒有多少實(shí)踐，甚至都沒有考慮到按照這些步驟去做的時(shí)候，也會(huì)出現(xiàn)很多的問題以及要如何去解決這些問題。在遇到問題的時(shí)候我全面的思考，不讓自己的思想有局限性6。4 項(xiàng)目推廣價(jià)值及進(jìn)一步研究、發(fā)展的思路特斯拉線圈在近年來得到更好的發(fā)展，從大方向上來講，特斯拉線圈對(duì)人類未來能量傳輸有巨大意義。小方向上，全球各地的特斯拉線圈愛好者們制作出許多絢麗多彩的電弧，越來越多人對(duì)此產(chǎn)生濃厚興趣，通過本次課題我們能制作出一種安全可靠的音樂線圈，將之投入市場具有實(shí)際意義和商業(yè)價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 牟春陽，李世中，梁國強(qiáng).基于特斯拉線圈的無線電力傳輸系統(tǒng)J.科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15（13）：77-81.2 呂建平.才如江海命如沙：被遺忘的超級(jí)發(fā)明家尼古拉特斯拉J.中國發(fā)明與專利，2010，（01）：33-38.3 劉豪民，朱云成.基于特斯拉線圈的LC諧振電路能量傳遞探析J實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與技術(shù)，2011，（S1）：114