Eine der heute noch spektakulären Entwicklungen, die Nikola Tesla gemacht hat, ist sicherlich die Tesla-Spule.
Dieser Artikel gehört zu einer kleinen Artikelreihe über Tesla und die Tesla-Spule.
In diesem Artikel der Reihe soll es nun um die Funktionsweise der Teslaspule gehen.
Wie funktioniert die Teslaspule
Im vergangenen Video über den Aufbau der Teslaspule, haben wir im Video die einzelnen Komponenten gesehen.
Prinzipiell funktioniert die Teslaspule nun folgendermaßen.
Im ersten Teil der Schaltung, in der auch die Primärspule des eigentlichen Teslatrafos verbaut ist, wird ein Kondensator oder wahlweise eine Kondensatorbatterie, die Reihen und Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren zunächst einmal auf mehrere Kilovolt aufgeladen.
Man verwendet häufig eine Kondensatorbatterie um die benötigte Spannungsfestigkeit von einigen Kilovolt zu realisieren.
Die Hochspannung von einigen Kilovolt wird mit Hilfe eines „normalen“ Hochspannungstransformators erzeugt.
Für eine Funkenstrecke von über einem Meter reicht diese Spannung noch nicht. Sie erreicht jedoch aus, um einerseits den Kondensator auf eine brauchbare Spannung aufzuladen und zweitens eine kleine Funkenstrecke zu zünden.
Mit Hilfe dieser kleinen Funkenstrecke, wird der Kondensator und die Primärseite des Teslatrafos vom Hochspannungstrafo getrennt.
Der Kondensator und die Spule bilden anschließend einen Schwingkreis, der aufgrund der kleinen Induktivität der Spule mit hoher Frequenz schwingt.
Man erhält so also eine hochfrequente Hochspannung an der Primärspule.
Diese Primärspule ist magnetisch lose mit einer eng gewickelten Sekundärspule gekoppelt.
Eine lose Kopplung bedeutet, dass hier kein Eisenkern verwendet wird, um möglichst alle Magnetfeldlinien durch die Sekundärspule zu schicken.
Der Kopplungsfaktor bei einer Teslaspule beträgt nur ca. 10-20 %
In der Sekundärspule wird durch dieses Kopplung eine hochfrequente Wechselspannung induziert.
Nutzung der Resonanzfrequenz
Und jetzt kommt der Trick der Teslaspule 😉
Die Sekundärspule wird so sauber einlagig gewickelt, so dass zwischen den einzelnen Windungen der Spule eine Kapazität entsteht.
Der Sekundärkreis ist somit ebenfalls ein Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz durch die Induktivität der Spule und deren Kapazität bestimmt wird.
Der Trick ist nun, die Bauteile auf der Primärseite und der Sekundärseite so abstimmen, dass die Resonanzfrequenz gleich ist.
Der Sekundärkreis wird so mit seiner Resonanzfrequenz angeregt. Dies führt zu Spannungsüberhöhung an den Bauteilen und somit zu hochfrequenten Spannungen in den 100kV bis MV-Bereich.
Die Effekte haben wir im Video des ersten Teils der Artikelserie sehr schön gesehen.
Das Video zur Funktionsweise einer Teslaspule
Im folgenden Video zeige ich die Funktionsweise einer Teslaspule.
Für diejenigen, die selbst gefahrlos Experimente mit Teslaspulen durchführen möchten, hat der Verlag Franzis einen Experimentierkasten herausgebracht. Hier kann nichts passieren.
Zudem gibt es hier einen preigünstigen Bausatz, um einmal selbst eine Teslaspule aufzubauen.
Im nächsten Video simuliere ich einmal die gesamte Teslaspule mit PSPICE.
Wie werden dann sehr schön sehen, wie eine Spannung von 10kV bis in den MV-Bereich transformiert wird.