Πηνίο Τέσλα

Το Πηνίο Τέσλα είναι ένα είδος συντονιζόμενου μετασχηματιστή που εφευρέθηκε από τον Νίκολα Τέσλα το 1891. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή υψηλής τάσης, χαμηλού φορτίου (εναλλασσόμενο ρεύμα) ηλεκτρικής ενέργειας. Τα πηνία Τέσλα παράγουν υψηλότερη τάση ρεύματος από άλλες ηλεκτροστατικές μηχανές. Ο Τέσλα πειραματίστηκε με μία σειρά από διαφορετικές διατάξεις, οι οποίες μπορεί να αποτελούνται από δύο ή και από τρεις συζεύξεις ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ο Τέσλα χρησιμοποίησε αυτές τις σπείρες για τη διεξαγωγή πρωτοπόρων πειραμάτων στον φωτισμό με πηγή το ηλεκτρικό ρεύμα, στο φωσφορισμό, στις ακτινογραφίες με ακτίνες Χ, στην ηλεκτροθεραπεία με εναλλασσόμενο ρεύμα και τέλος στην μαζική μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς καλώδια. Τα κυκλώματα του πηνίου Τέσλα χρησιμοποιήθηκαν επίσης στο εμπόριο σε ραδιοπομπούς sparkgap για την ασύρματη τηλεγραφία μέχρι τη δεκαετία του 1920. Σήμερα χρησιμοποιείται κυρίως για διασκέδαση και για εκπαιδευτικούς σκοπούς.

Θεωρία 
Ένα πηνίο Τέσλα λειτουργεί με πολύ διαφορετικό τρόπο από ένα συμβατικό μετασχηματιστή σιδερένιου πυρήνα. Σε ένα συμβατικό μετασχηματιστή, οι περιελίξεις είναι πολύ στενά συνδεδεμένες και το κέρδος τάσης καθορίζεται από την αναλογία του αριθμού των στροφών στις περιελίξεις. Αυτό λειτουργεί καλά σε κανονικές τάσεις, αλλά, σε υψηλές τάσεις η μόνωση μεταξύ των δύο τυλιγμάτων διασπάται εύκολα και αυτό εμποδίζει τον  πυρήνα σιδήρου μετασχηματιστών από το να λειτουργήσει σε εξαιρετικά υψηλές τάσεις χωρίς ζημιές.

Με το πηνίο Τέσλα, σε αντίθεση με ένα συμβατικό μετασχηματιστή οι περιελίξεις σε ένα πηνίο Τέσλα είναι "χαλαρές" σε συνδυασμό με ένα μεγάλο κενό αέρος και έτσι η πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια μοιράζονται συνήθως μόνο 10-20% των αντίστοιχων μαγνητικών πεδίων τους. Αντί για σφιχτές ζεύξεις, το πηνίο μεταφέρει ενέργεια (μέσω χαλαρής σύνδεσης) από το ένα ταλαντευόμενο συντονιζόμενο κύκλωμα (ο κύριος) στο άλλο (δευτερογενή), επί σειρά RF κύκλων.

Δεδομένου ότι ο κύριος μεταφορέας ενέργειας στον δευτερογενή πηνίο, αυξάνει την τάση του δευτερεύοντος της εξόδου έως ότου όλα τα διαθέσιμα πρωτογενούς ενέργειας έχουν μεταφερθεί στη δευτερεύουσα (μείον τις απώλειες). Ακόμη και με σημαντικές απώλειες κενού, ένα καλά σχεδιασμένο πηνίο Τέσλα μπορεί να μεταφέρει πάνω από το 85% της ενέργειας που αποθηκεύεται αρχικά στον πρωτογενή πυκνωτή για να μεταφερθεί στο δευτερεύον κύκλωμα. Η τάση μπορεί να επιτευχθεί από ένα πηνίο Τέσλα που μπορεί να είναι σημαντικά μεγαλύτερη από ό,τι ένας συμβατικός μετασχηματιστής, επειδή η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι ένα μακρύ και μόνο σωληνοειδές στρώμα σε μεγάλη απόσταση από το περιβάλλον και ως εκ τούτου καλά μονωμένος, επίσης, η τάση ανά στροφή, σε κάθε πηνίο είναι μεγαλύτερη, διότι το ποσοστό μεταβολής της μαγνητικής ροής είναι υψηλό σε υψηλές συχνότητες.

Με τη χαλαρή σύνδεση και το κέρδος τάσης είναι αντιστρόφως ανάλογη προς την τετραγωνική ρίζα του λόγου της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας επαγωγής. Επειδή η δευτερεύουσα περιέλιξη είναι δυνατή με την ίδια συχνότητα όπως και το κύριο, αυτό το κέρδος τάσης είναι επίσης ανάλογη προς την τετραγωνική ρίζα του λόγου των πρωτογενούς πυκνωτή για την αδέσποτη χωρητικότητα της δευτεροβάθμιας.

Παραπομπές 

Ηλεκτρομαγνητισμός