特斯拉线圈是如何诞生的？带你了解它究竟如何工作的( 二 ) _生活知识

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▲ 图1.5 自动电火花设备
四、谐振回路??然后，在电流通断时会在触电产生大量的火花。到了1853年，一位法国的物理学家，名叫安阿曼德·菲扎，在电磁触点两端增加了莱顿瓶，相当于增加了一个电容器。莱顿瓶实际上是在玻璃瓶的内外包裹了金属膜，也是最早的电容器。莱顿瓶的电容容量取决于金属膜的面积和玻璃瓶壁的厚度。自从加入了莱顿瓶，菲扎消除了电磁触点的火花，但同时也创建了一个革新的设备，可以将来自电池的直流电能转换成交流电。其中的原理是什么呢？

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▲ 图1.6 莱顿瓶-高压电容器
??电池链接莱顿瓶，在内外存储了相反的电荷，如果使用线圈进行短接，于是莱顿瓶放电产生电流脉冲。然后，如果短接电线连接了线圈，电流脉冲通过线圈时，使得线圈内的磁场发生变化。变化的磁场又会在线圈内感应出新的电流，这是线圈的自感现象。因此当莱顿瓶在线圈放电时，放电电流会持续，甚至在莱顿瓶中的电荷是放完之后还会持续，这样就会在莱顿瓶中产生相反的充电电荷。于是莱顿瓶又开始了反方向的放电，如果放电回路中没有电阻损耗，放电电流就会来回反复流动。如果放电回路中存在电阻损耗，放电电流就会在每次循环中降低，直到系统中电能被完全释放，没有电流流动。电容与线圈相连被称为谐振回路，现今仍然被应用于振荡电流。

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▲ 图1.7 莱顿瓶与线圈组成的谐振环路
??振荡频率依赖于谐振回路中的电容和电感大小。如果你想改变震荡频率，可以通过改变线圈大小和电容形状。利用这种方式，在19世纪50年代，人们可以将电池的直流电转换成几兆赫兹的交流脉冲信号，覆盖无线电波频率范围。又过了若干年，科学家引入了微分方程来描述电路的工作机制。到了1886年，德国科学家海因里奇·赫兹利用感应线圈第一次观察到了无线电波。然后，赫兹并没有认识的他的发现的重要性，只是认为证明了电磁波理论的正确性。

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▲ 图1.8 LC 谐振电压波形
五、特斯拉线圈??现在我们聊聊尼古拉·特斯拉。在1889年夏天特斯拉来到巴黎世界博览会，听说了有关电磁波的神奇实验。于是他自己着手做相应的实验，制作了感应线圈，但他有进行了新的创新，将原来电磁通断器去掉，使用一台交流发电机产生交流电驱动初级线圈。这是非常实质的改进，不再依赖于机械装置来产生交变电流，而直接使用交流发电机来提供交变电源。为此特斯拉还同时发明了交流发电机，三相交流发电机。这些装置功率很大，使得线圈温度上升，烧坏了线圈的绝缘层，所以他设计了空心线圈。

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▲ 图1.9 特斯拉与他发明的三相交流发电机
??后来他发现初级中的了莱顿瓶时好时坏，于是将莱顿瓶移到高压次级线圈，并且对电容容量能够调整。通过调整次级电容大小，也可以改变次级的谐振频率，使其为初级交流频率的整数倍数。借助于这种方式，特斯拉产生了高频高压电流。利用次级电容，产生了可调谐的高频电磁波。当时的特斯拉对于无线电报和无线广播并不感兴趣，他对无线电能传输照明应用比较痴迷。为此，他增加了意外一个谐振回路，这个回路利用单个电线便可以点亮灯泡。他发现对于霓虹灯、荧光灯来说，甚至不需要任何电线连接，只要靠近高压线圈便能够发光。后来人们发现在高压线圈顶部增加巨大的金属圆环，便可以产生非常漂亮的放电电弧，这也是现如今特斯拉线圈最常见到的展示实验。

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