סליל טסלה
סליל טסלה הוא שנאי תהודה המשמש ליצירת זרם חילופין חזק במתח חשמלי גבוה. הסליל הומצא בשנת 1891 על ידי ניקולה טסלה.
עקרונות
הפעולה של סליל טסלה מבוססת על תופעת התהודה באלקטרוניקה. כאשר זרם חשמלי עובר דרך סליל השראה, הוא גורם לשדה מגנטי להיווצר בסליל, ולפי חוק לנץ יווצר כוח אלקטרו מניע בכיוון שיתנגד לשינוי השטף המגנטי. הזרם לא יגדל מיד אלא באופן מעריכי, וזמן הגידול האופייני תלוי בהשראות הסליל: עבור השראות בסדר גודל של מיקרו-הנרי זמן הגידול האופייני יהיה כמה אלפיות השנייה, ועבור השראות של כמה מיליהנרי זמן הגידול האופייני יהיה בסדר גודל של שניות. תהליך דומה קורה כאשר הזרם לסליל נפסק - הוא דועך באופן מעריכי עם אותו זמן דעיכה אופייני.
במעגל RC, קבל מתנהג בצורה דומה לסליל, אלא שכאן לא מדובר בהשראה אלקטרומגנטית אלא בטעינת לוחות הקבל במטען חשמלי, תהליך שאורך זמן אופייני שתלוי בקיבול שלו.
במעגל RLC - מעגל שמכיל גם קבל וגם סליל - מתרחשת תופעה ייחודית. הזרם שפורק את הקבל טוען את הסליל בשטף מגנטי, ולאחר מכן נפרק הסליל מהשטף המגנטי וטוען את הקבל, וחוזר חלילה. זהו למעשה מתנד הרמוני והתדירות הטבעית שלו תלויה בקיבול הקבל ובהשראות הסליל. ככל שאלו יהיו בעלי ערכים נמוכים יותר קצב שינוי הזרם יהיה מהיר יותר. כאשר מוזן למעגל זרם חילופין שתדירותו זהה לתדירות הטבעית של המעגל, הוא מוגבר מאד - ולתופעה זו קוראים תהודה.
בסליל טסלה יש צורך ליצור תדירות גבוהה מאד - כ-2 מיליון הרץ, וכתוצאה מכך נעשה שימוש בסליל שבו כ-1000 כריכות שנותן השראות של כמה מיקרוהנרי, וקבל גדול בצורת טורוס (הניראה בתמונה על ראש סליל הטסלה), בעל קיבול של כמה מיקרופאראד. תדירות התהודה מגיעה לכ-2 מיליון הרץ.
לסליל הטסלה מזינים מקור מתח ראשוני של 10,000 וולט. מתח זה הוא לרוב מתח של זרם ישר, ועל מנת ליצור זרם חילופין קוטמים את המעגל החשמלי הראשוני, כך שיווצר רווח בחיווט של כסנטימטר אחד בתוספת קבל וסליל. הקבל נטען למתח גבוה של כ--10kV, וכאשר השדה החשמלי גדול מספיק הוא יכול ליינן את האוויר שבמרווח באורך הסנטימטר, וכך ליצור פריקה אלקטרוסטטית באוויר. הזרם יעבור באוויר למשך כמה מילישניות, והתהליך יחזור על עצמו כך שהזרם יוצא בפעימות בזמן מחזור שתלוי באורך הדרך באוויר, בקיבול הקבל ובהשראות הסליל. מתח פועם זה מושרה על הסליל של ה-1000 כריכות כך שלמעשה מתח של 10kV הופך למתח גבוה יותר של 1MV.
קישורים חיצוניים
