Teslův transformátor

Alexej Bezděk, Václav Dekoj, František Kovařík

Tento experiment vychází z teoretických základů proměnného magnetického pole, elektromagnetické indukce a elektrostatiky.

Předváděné experimenty představují základní využití Teslova transformátoru při praktické výuce fyziky, ale i zájmové činnosti. Princip Teslova transformátoru je založen na elektromagnetické indukci poměrně vysokého napětí, způsobené proměnným magnetickým polem primárního vinutí, přičemž počet závitů jednotlivých vinutí je nesrovnatelný. Námi použitý Teslův transformátor byl vyroben studenty Gymnázia Říčany a jeho provoz je velmi snadný (Návody na jeho sestavení jsou použity z časopisu RadioAmatér, které si můžete prohlédnout na obrázcích č. 1, 2, 3). Díky tomu, že jeho sekundární vinutí poskytuje vysoké napětí (cca 30 kV), je možné uskutečnit mnoho experimentů z oblasti elektrostatiky a vysokého napětí.

Účinky vysokého napětí na nízkotlakou luminoforovanou rtuťovou výbojku (zářivku).

Sekundárním vinutím transformátoru nabijeme ruku studenta určitým nábojem. Touto rukou se student přiblíží k zářivce a my můžeme pozorovat účinky elektrického pole na luminiscentní vrstvu uvnitř trubice. Po přiblížení nabité ruky se luminiscentní vrstva rozsvítí.

Názorné předvedení výboje ve zředěných plynech pomocí Teslova transformátoru.

Transformátor použijeme jako zdroj vysokého napětí, který je schopný vytvořit zřetelný výboj mezi elektrodami ve skleněné baňce. Na vývody sekundárního vinutí budeme postupně připojovat různé výbojové trubice.

Demonstrace obloukového výboje ve vzduchu.

Transformátor je zde opět využit jako efektivní zdroj vysokého napětí. Toto napětí zavedeme na elektrody, nacházející se ve vzdálenosti odpovídající jeho velikosti. Poté budeme moci pozorovat obloukový výboj mezi elektrodami.

Pokusy z elektrostatiky.

Zrcátkový galvanometr

Zrcátkový galvanometr demonstruje indukci elektrického proudu a poté zákon lomu. Jako pomůcky používáme: zrcátkový galvanometr, magnet typu U, kapesní laser, uhlíková tyčinka a stojan.

1) Indukce elektrického proudu – v magnetu hýbeme uhlíkovou tyčinkou (nebo naopak), která je připojena přes dva kabely k zrcátkovému galvanometru. Hýbající tyčinka v proměnném magnetickém poli nám indukuje proud. Ale ten je jen těžce zaznamenavatelný na výchylce ručičky galvanometru.

2) Zákon lomu – Aby tato výchylka byla zřetelná, umístíme laser do stojanu a namíříme jím na zrcátko galvanometru (budeme asi tak 2–3 m od stěny nebo tabule). Na stěně/tabuli se nám ukáže odražený laser.

Jakmile začneme pohybovat uhlíkovou tyčinkou v magnetickém poli, tak se nám začne indukovat elektrický proud, který skoro nelze zachytit podle výchylky ručičky, ale podle zákonu lomu se laser bude pohybovat o dvakrát větší úhel nežli zrcátko galvanometru a my díky takto vyrobené prodloužené ručičce galvanometru můžeme krásně sledovat indukci elektrického proudu.

Dilatometr

Tento pokus je dílem našich studentů gymnázia Říčany a podle našeho názoru je velice názorný a myslíme si, že dosti napomůže pochopit studentům problematiku deformací. Na tomto přístroji lze díky indikátorovým hodinkám měřit s přesností na 0,01 mm prodloužení tahem vlasce v závislosti na Hookově zákoně.

Dále lze tímto přístrojem demonstrovat deformaci tlakem na ocelovém pásu (o rozměrech cca 1x0,02x0,005 m).

Toto zařízení je jednoduché na obsluhu. Je sestaveno z dřevěné desky, na níž je z jedné strany pevně připevněn vlasec, jehož druhý konec je veden přes kladku. Na tomto konci vlasce je upevněna miska, do které umísťujeme závaží a pomocí indikátorových hodinek odečítáme změnu délky vlasce. Dále jsou na této desce umístěny dva úchyty, do kterých můžeme upevnit ocelový pás ve dvou polohách. V první poloze, kde je ocelový pás umístěn naležato, je deformace tlakem vidět i pouhým okem, ale ve druhé poloze, kde je ocelový pás umístěn napříč, se deformace projevuje pouze v takové míře, že ji pouhým okem nezaregistrujeme, ale na indikátorových hodinkách je velice zřetelná. Tímto důkazem můžeme studenty upozornit, proč se všechny (i slabé) trámy stavějí napříč.