Катушка Теслы — интерактивный симулятор резонансного трансформатора

Что это за опыт

«Катушка Теслы» — резонансный трансформатор, который Никола Тесла запатентовал в 1891 году, разрабатывая беспроводную передачу энергии. В нём две катушки: первичная с малым числом витков и высокая вторичная. Обе настроены на одну и ту же частоту, и когда первичный контур раскачивает вторичный точно в такт, каждый импульс добавляется к предыдущему — амплитуда колебаний растёт от периода к периоду.

Итог — сотни киловольт на верхнем тороиде при скромном питании. Усиление задаёт добротность контура: U₂ ≈ Q·k·U₁. С тороида в воздух срываются ветвящиеся стримеры длиной под метр. Ток при этом мал, а частота высокая (сотни кГц), поэтому он течёт по поверхности проводников — это скин-эффект.

Главное здесь — резонанс в узкой полосе. Уведите частоту первичного от собственной частоты вторичного хотя бы на пару процентов, и по лоренцевой кривой амплитуда резко падает: тороид тускнеет, стримеры гаснут. Симулятор даёт покрутить это вживую и увидеть кривую резонанса рядом с самими разрядами.

Формулы

Методичка к уроку

Как показать опыт за пять минут на проекторе или интерактивной доске:

• Крутите «Частота первичного f₁» вокруг 250 кГц: на точном резонансе (расстройка 0 %) точка стоит в пике кривой, а стримеры максимальны — чуть уведёте, и они гаснут.
• Прибавляйте «Напряжение питания U₁»: напряжение на тороиде растёт пропорционально (U₂ ≈ 60·U₁) — на 10 кВ выходит около 600 кВ и стримеры ≈ 120 см, на 20 кВ уже вдвое длиннее.
• Меняйте «Скорость мерцания» — она задаёт частоту перерисовки разрядов; увеличьте её для эффектной демонстрации на проекторе.
• Жмите «Пауза», чтобы заморозить картину и разобрать её со студентами, а «Сброс» вернёт настройки к резонансу.

Полная методичка с формулами, графиком, примером расчёта и задачами для самопроверки встроена в сам симулятор — кнопка «📘 Как это работает».

Частые вопросы

Похожие опыты

Опыт Эрстеда Клетка Фарадея Лампочка от микроволновки