Cewka Ruhmkorffa
Z Wikipedii
A - uzwojenie pierwotne, B - uzwojenie wtórne, C - rdzeń, D - sprężyna stycznika, E - stycznik (przerywacz), F - kondensator, G - zasilanie, H - wyprowadzenia wysokiego napięcia
Cewka (induktor) Ruhmkorffa - urządzenie skonstruowane w 1850 roku przez Heinricha Daniela Ruhmkorffa, służące do otrzymywania wysokich napięć.
[edytuj] Budowa i zasada działania
Głównym elementem cewki jest rodzaj transformatora, którego uzwojenie pierwotne ma niewielką liczbę zwojów, zaś wtórne - bardzo dużą. Oba uzwojenia nawinięte są na wspólnym rdzeniu żelaznym. Obwód magnetyczny induktora Ruhmkorffa jest otwarty, co różni go od typowych transformatorów. Pole magnetyczne opuszczające rdzeń jest wykorzystywane do przyciągania kotwy sprężystego stycznika, którego rozłączenie przerywa obwód prądu zasilającego uzwojenie pierwotne. W wyniku przerwania obwodu, ustaje pole magnetyczne odchylające stycznik, który powraca do pierwotnej pozycji, ponownie zamykając obwód. W ten sposób, mimo zasilania ze źródła napięcia stałego, w obwodzie płynie prąd zmienny o częstotliwości od kilkunastu do kilkuset Hz. Zgodnie z zasadą działania transformatora, zmiany natężenia prądu w uzwojeniu pierwotnym, wywołują zmiany strumienia magnetycznego w rdzeniu, a te indukują siłę elektromotoryczną w uzwojeniu wtórnym.
Do demonstracji wysokiego napięcia wtórnego używa się m.in. zaostrzonych elektrod, oddalonych od siebie o ustaloną odległość. Nawet przy odległości przekraczającej 10 cm, możliwe jest uzyskanie impulsowych wyładowań elektrycznych w powietrzu pomiędzy elektrodami. Prąd wyładowań ma stały kierunek, ponieważ ujemne i dodatnie skoki prądu, powodowane ruchem stycznika, nie są symetryczne – co za tym idzie, również skoki napięcia wtórnego cechuje asymetria; pomimo zerowej średniej wartości napięcia, krótkotrwałe skoki dodatnie mają znacznie wyższą wartość maksymalną, niż rozciągnięte w czasie skoki ujemne. Wykorzystanie tej asymetrii i nieliniowości prądu płynącego przez gaz od napięcia, pozwala na gromadzenie stałego napięcia w kondensatorach (oryginalnie, były to butelki lejdejskie).
[edytuj] Uzyskiwane wartości napięć
Napięcia uzyskiwane w typowej cewce indukcyjnej Ruhmkorffa sięgają 50 kV. Wyeliminowanie stycznika mechanicznego i zastąpienie go układem elektronicznym (na przykład tyrystorowym) pozwala na zwiększenie zarówno częstotliwości impulsów, jak i wartości maksymalnej napięcia. Rekordowe wartości napięć uzyskane w największych cewkach przy użyciu zewnętrznych styczników przekraczają 300 kV, co pozwala na uzyskanie wyładowania w powietrzu pomiędzy elektrodami odległymi o 40 cm.
[edytuj] Zastosowanie
Wysokie napięcia otrzymywane przy użyciu cewek Ruhmkorffa były stosowane między innymi do zasilania niskociśnieniowych lamp wyładowczych, nazywanych rurkami Geisslera. W zależności od rodzaju gazu umieszczonego w rurce, otrzymywano różne barwy światła.
