Comment fonctionne une boule Tesla ? Musée interactif "Lunarium"

Les inventions ingénieuses sont toujours intéressantes des gens ordinaires. Qu’il s’agisse d’un mécanisme complexe ou de quelque chose d’inhabituel, vous pouvez toujours observer leur travail avec fascination. Parfois, l'idée de créer son propre projet surgit. C'est tellement intéressant ! Aujourd'hui, un appareil populaire peut être considéré comme ce qu'on appelle la boule de foudre, également connue sous le nom de lampe à plasma. Cette invention semble très impressionnante. Il n’est donc pas étonnant que de nombreux bricoleurs tentent de fabriquer eux-mêmes une lampe à plasma. Il n’y a rien de compliqué en théorie, mais comment faire en pratique ?

Composants

La première question à résoudre est : « Que faudra-t-il pour créer cette unité ? Après tout, une lampe plasma ne traîne pas dans le garage !

La boule de foudre nécessitera plusieurs composants importants. Le premier est le plus habituel. Plus sa taille est grande, plus les décharges peuvent être observées longtemps. Concernant la tension : elle ne joue pas ici un rôle particulier. Eh bien, si vous êtes pointilleux, une lampe de cent watts fera très bien l’affaire. La deuxième partie est une carte appelée transformateur de limite. Ce composant est l’un des principaux de ce schéma. Tout dépendra de lui. Où puis-je trouver une telle planche ? Vous n'avez pas besoin d'aller loin pour cela. Tout vieux moniteur d'ordinateur à lampe ou téléviseur « épais » est équipé de cette carte. Le troisième élément est le corps. Il n'est pas nécessaire d'en prendre soin, puisque la coque n'affecte pas le fonctionnement de la lampe à plasma. Mais pour des raisons de sécurité, et pour des raisons esthétiques, une caisse en carton, en bois ou en plastique ne fera pas de mal. Il vaut également la peine de connaître les outils. L'assistant principal lors de la création sera un fer à souder. Grâce à lui, le circuit de la lampe plasma pourra se connecter.

Règles de sécurité

Conformité règles simples vous aidera à vous protéger, ainsi que les autres, contre des blessures inattendues. Il ne faut pas oublier que le courant électrique n’est pas un jouet. La première règle est très simple : ne touchez pas les fils dénudés à mains nues. Le contact ne doit être établi qu'à l'aide d'outils isolés. La deuxième règle s'applique également aux fils.

Ce n'est que maintenant qu'il vaut la peine de veiller à la viabilité du projet. Ils doivent être positionnés de manière à ne pas se toucher occasionnellement. Sinon, un court-circuit pourrait se produire, ce qui entraînerait des conséquences désagréables. Et une autre règle importante, qui s'applique principalement à ceux qui aiment boire du café ou du thé en travaillant. La présence de liquides sur le lieu de travail est fortement déconseillée.

Lampe plasma DIY

Il est donc temps de s'entraîner, car la lampe plasma attend déjà. Pour commencer, vous devez retirer de l'ancien moniteur la carte nécessaire au projet. Pour ce faire, vous devez supprimer couverture arrière moniteur. Un fil épais, généralement blanc, doit s'étendre à partir du bouton d'arrêt.

Si vous le suivez plus loin, cela mènera au tableau souhaité. À l'aide d'une pince coupante ordinaire, vous devez couper les fils qui vous empêchent d'atteindre le convertisseur. Ils ne sont pas nécessaires, vous pouvez donc travailler grossièrement. Si tout s'est bien passé, vous pouvez alors passer au niveau suivant, plus responsable. Le fer à souder entre en jeu car désormais la tâche numéro un est de souder les fils d’alimentation. Si vous retournez la carte, vous pouvez voir deux fils noirs sur le côté. Ils doivent être débarrassés de leur isolation et préparés pour un traitement ultérieur.

Le cordon d'alimentation doit être soudé très soigneusement, car les fils provenant de la carte sont très fins. Un faux mouvement et tout le travail peut être ruiné. Une fois terminé, la zone de soudure doit être soigneusement enveloppée de ruban isolant. Mais il est trop tôt pour abandonner le fer à souder. Cet outil vous aidera dans un autre domaine important.

La lampe elle-même n'est pas encore connectée au circuit. Le dernier fil, le plus épais, lui restait. Il doit également être soudé, seulement maintenant à l'ampoule. Presque tous les préparatifs sont terminés. Il vaut la peine de placer tous les appareils dans le boîtier préparé afin qu'une lampe reste au-dessus. Un moment alarmant est le moment de la vérification. Nous insérons le cordon d'alimentation dans la prise et plaçons votre doigt sur le verre. Si un éclair apparaît à l’intérieur, cela signifie que tout a été fait correctement.

Projet

Comment fabriquer une lampe plasma ? Or, cette question ne prêtera pas à confusion. Quiconque s'intéresse à l'ingénierie est simplement obligé de fabriquer cet appareil. Il vous permettra non seulement de ne pas vous ennuyer, mais deviendra également un trophée qui décorera une honorable série d'inventions.

La boule magique de Tesla a été créée sur la base du prototype d'une lampe à soufre, construite par l'éminent physicien Nikola Tesla à la fin du 19e siècle. Le principe de fonctionnement de la lampe à plasma repose sur une tension alternative élevée fournie à l'électrode centrale. Puisque l’espace interne est rempli de gaz raréfié, les décharges électriques forment des éclairs brillants et complexes. Pour que l'appareil fonctionne, il doit être connecté à une alimentation électrique de 220 volts.

Le résultat est une boule électrique avec un éclair à l'intérieur, créant un spectacle fascinant. Les décharges visibles s'étendent de manière aléatoire du centre du produit jusqu'à l'ampoule en verre. Si vous touchez le verre, ils se concentreront au point de contact pendant toute la durée du contact. Si vous souhaitez plus de magie scientifique, vous pouvez tenter une expérience originale : prendre lampe fluorescente(peut être déconnecté, voire grillé) et amenez-le au bal. Le résultat étonnera l'observateur - il s'éclairera grâce à la lampe à plasma.

La boule de plasma apporte très peu de lumière, mais donne tout un feu d'artifice d'émotions. Mais la magie ne peut pas être utilisée en dehors des murs d'une école de sorciers, il convient donc de rappeler les précautions. L'appareil allumé ne doit pas être laissé seul avec des enfants : la sphère est constituée du verre le plus fin et le plus fragile. Ne touchez pas la surface avec des objets métalliques (par exemple un anneau) - sinon vous risquez de vous brûler. Et il n'est pas nécessaire d'allumer la lampe à plasma pendant une période trop longue (plus de 2-3 heures - par exemple la nuit), car le boîtier surchauffe et commence à émettre de petites doses d'ozone.

Quel miracle cette boule de plasma !

Et même si, à notre époque de physique quantique, l’humanité met encore ses doigts dans les prises pour diverses raisons, nous connaissons l’électricité non seulement dans la pratique, mais aussi dans les livres !
Après avoir lu un manuel de physique, à côté d'une lampe à plasma, vous semblez être un conquérant de la foudre. Cependant, malgré les assurances d'amis selon lesquelles "ce n'est pas effrayant", le premier contact avec une lampe de travail reste très difficile.

Des éclairs miniatures, comme de fines cordes piquantes, pénètrent de manière aléatoire et soudaine dans l’espace depuis le centre jusqu’aux parois mêmes de la sphère de verre.

Combien de noms a cette lampe décorative - lampe à plasma, boule de plasma, sphère de plasma... vous pouvez en trouver d'autres.

Mais ces lampes décoratives ne sont pas seulement réalisées en forme de boule,

mais aussi sous forme de cœur, de cylindre, de disque plat et même d'haltères.

Et la plus grande boule de plasma d'un diamètre de 1 mètre se trouve au Centre scientifique Technorama en Suisse.

Qu’est-ce que le plasma ?

Lorsqu’il est chauffé, un solide se transforme en liquide puis en gaz. Un chauffage supplémentaire du gaz conduit à l'ionisation des atomes de gaz, les électrons des orbites extérieures sont détachés des atomes. À des températures supérieures à 100 OOK, la substance est fortement ionisée. C'est du plasma. Le plasma est appelé le quatrième état de la matière.

Par exemple, le Soleil génère du plasma – le « vent solaire », qui se propage dans tout l’Univers.

Le concept de « plasma » a été introduit par Crookes en 1879 pour décrire le milieu ionisé d'une décharge gazeuse.

Étant donné que le plasma est constitué d'ions et d'électrons, sous l'influence d'un champ électrique externe, les particules chargées commencent à se déplacer et un courant électrique apparaît sous forme de décharges. Le plasma est électriquement conducteur.

Cependant, sous certaines conditions, le plasma peut exister à des températures plus basses.

Comment tout a commencé ?

Au XVIIIe siècle, M.V. Lomonossov fut le premier à obtenir la lueur des gaz en faisant passer un courant électrique à travers une boule de verre remplie d'hydrogène.

En 1856, Heinrich Geisler créa la première lampe à décharge avec excitation par un solénoïde et obtint une lueur bleue du tube.

Dans les années 90 du XIXe siècle, l'inventeur serbe Nikola Tesla a obtenu un brevet pour une lampe à décharge composée d'une ampoule en verre avec une électrode à l'intérieur. Le ballon était rempli d'argon. La tension d’une bobine Tesla a été appliquée à l’électrode et une lueur est apparue à l’extrémité de l’électrode. Tesla lui-même a appelé son invention un « tube à décharge à gaz inerte » et l'a utilisé exclusivement pour la recherche scientifique sur le plasma.

En 1893, Thomas Edison reçut une lueur luminescente.

En 1894, M. Moore a créé une lampe à décharge qui émet une lueur rose en la remplissant d'azote et de dioxyde de carbone.

En 1901, P. Hewitt a présenté une lampe au mercure émettant une lumière bleu-vert.

En 1926, E. Germer proposa de recouvrir les parois internes du flacon de poudre fluorescente, qui convertissait le rayonnement ultraviolet émis par le plasma excité en lumière blanche visible. E. Germer a été reconnu comme l'inventeur de la lampe lumière du jour.

Dans la seconde moitié du XXe siècle, les chercheurs B. Parker et J. Faulk ont ​​obtenu la lueur originale des boules de plasma en les remplissant de divers mélanges de gaz inertes. Ces boules de plasma étaient alors appelées « sculptures lumineuses » et « étoiles terrestres ». C’est au cours de ces années que les lampes plasma décoratives ont acquis leur look moderne.

Comment fonctionne une lampe boule à plasma ?

Une sphère de verre transparente est montée sur un support et remplie d'un mélange de gaz inertes sous basse pression. La boule au milieu de la sphère sert d’électrode. Un transformateur est intégré au culot de la lampe, qui fournit à l'électrode une tension alternative de plusieurs kilovolts avec une fréquence d'environ 20 à 30 kHz.

La deuxième électrode est la sphère de verre environnante ou même la personne elle-même si elle touche la balle.

En modifiant la composition des gaz à l'intérieur de la balle, vous pouvez obtenir des « éclairs » de différentes nuances.

Lorsque vous allumez la lampe, une lueur apparaît sous la forme de nombreuses décharges électriques.

La foudre est dirigée le long des lignes de champ électrique. Si vous touchez le verre avec votre doigt, le champ électrique à l'intérieur de la lampe change et les décharges électriques se déplacent vers le contact du doigt avec le verre.

Les performances de la boule de plasma dans l’obscurité sont particulièrement impressionnantes.

Comment fonctionne une boule de plasma ?

Une boule de plasma est un tube à décharge gazeuse (lampe) avec un gaz inerte, dans lequel, suite à l'ionisation du gaz, un plasma lumineux peut être observé.

Malgré divers modèles lampes décoratives, leur principe de fonctionnement est le même.
Lorsque la lampe est allumée, les porteurs de charge (ions et électrons) formés dans le gaz à la suite de la photoémission commencent à se déplacer rapidement le long des lignes de champ de force de la lampe. À la suite de l'excitation par impact et de la recombinaison, une caractéristique luminescente d'un gaz donné apparaît et une décharge luminescente est observée. Pour l'apparition et le maintien d'une décharge gazeuse dans le tube, un champ électrique est nécessaire.

Voici une excellente description de la physique d'une boule de plasma tirée du livre « Dynamics and Information », auteur. B.B. Kadomtsev - physicien, académicien de l'Académie des sciences de l'URSS :

« La boule de plasma est remplie de serpents lumineux en mouvement. Chaque serpent est une formation de plasma semblable à une décharge de cordon faiblement brillante.

Une telle décharge est appelée décharge luminescente : elle se développe entre une électrode à bille métallique située au centre de l'ensemble du dispositif et une surface métallisée faiblement conductrice d'une bille de verre avec un courant électrique peu important dans un gaz à basse pression.

Chaque serpent de décharge, et il peut y en avoir jusqu'à deux douzaines à la fois, est en moyenne allongé dans le sens radial.

Mais comme un être vivant, il se plie et oscille un peu tout le temps, ayant plusieurs périodes de flexion sur toute sa longueur.

À chacune de ses extrémités, le serpent possède une sorte de trident qui, comme la patte d'un petit chat, se déplace continuellement, collectant les charges de l'électrode correspondante.

Les décharges du serpent sont en mouvement continu. En plus de se tortiller continuellement, chacun des serpents s'élève lentement vers le haut, apparemment à cause de la convection.

Rassemblés en position haute, les serpents fusionnent par paires et certains d'entre eux disparaissent ainsi constamment.

Au contraire, de nouveaux serpents naissent continuellement dans la partie inférieure de l'appareil, ils se multiplient, se divisent en deux, et s'élèvent pour y disparaître.

L'ensemble de cette image, malgré sa complexité, peut être facilement compris qualitativement d'un point de vue physique.

Bien sûr, théoriquement, il est beaucoup plus facile d'imaginer une décharge luminescente absolument symétrique entre les électrodes interne et externe. Cependant, une telle décharge est instable : en raison de l'échauffement du gaz et d'une diminution de sa densité locale avec une diminution correspondante de la résistance électrique. , il est plus avantageux que le courant électrique circule à travers des tubes-canaux relativement étroits.

La décharge se décompose en filaments de plasma. Étant plus légères, ces cordes flottent vers le haut sous l'influence de la force d'Archimède.

Et l'interaction des cordons avec les flux de gaz et entre eux conduit à la formation d'un motif de serpents organisé de manière complexe, rappelant la tête mythologique de la Gorgone Méduse.

Vous pouvez comprendre pourquoi des pattes de chat se forment aux extrémités de chaque serpent.
Si la conductivité des électrodes est faible, alors juste en face de la décharge, la densité de charge de surface devient plus petite et il est pratique que l'extrémité du serpent avec une charge de signe opposé se divise et court d'un point à l'autre, collectant la charge de surface.

La boule de plasma fascine et attire par son mystère apparent : elle ressemble à un être vivant effectuant un mouvement conscient.

En général, un système physique non linéaire complexe avec un type de mouvement chaotique se forme. Pour que ce mouvement soit maintenu longtemps, le système doit être ouvert : un courant électrique provenant d'une source externe doit traverser en permanence la boule de plasma.

Les serpents n'existent qu'en raison du chauffage local à l'intérieur de la décharge du cordon. Autrement dit, le gaz à l’intérieur du cordon doit être chauffé, mais en général l’ensemble de l’appareil est à température ambiante. L'excès de chaleur est transféré à l'air à travers la coque en verre, c'est-à-dire la boule de plasma convertit une partie de l’énergie électrique en chaleur, qui est ensuite dissipée dans l’espace environnant.

Que peut-on et ne peut-on pas faire avec une lampe à plasma ?

Vous pouvez toucher en toute sécurité le verre d'une boule de plasma en état de marche. La foudre peut être manipulée en imposant les mains sur une boule de plasma.

Si vous placez un objet métallique, tel qu'une pièce de monnaie, sur une lampe à plasma, vous risquez de recevoir un choc électrique ou de vous brûler ; un arc électrique se produit et traverse le verre.

Si vous mouillez la surface de la lampe avec de l'eau, les décharges électriques s'étendent même de plusieurs millimètres au-delà de la boule de verre. Ils sont assez solides et peuvent provoquer des brûlures

Toucher simultanément la lampe et un objet mis à la terre entraînera un choc électrique.

Si vous tenez simplement une lampe au néon, une lampe fluorescente ou toute autre lampe à décharge à proximité d'une lampe à plasma en état de marche, en la tenant dans votre main, elle commencera à briller, car dans un objet métallique situé à proximité de la boule de plasma, une force électromotrice est induite.

Une intensité de champ électrique élevée à proximité de la lampe à plasma peut interférer avec le fonctionnement des équipements électroniques.

Si la lampe à plasma reste allumée suffisamment longtemps, une odeur d'ozone apparaît.

Les lampes à décharge modernes utilisées pour l'éclairage sont beaucoup plus diverses et complexes que la lampe décorative « boule à plasma ».

Cependant, toutes les lampes à décharge fonctionnent sur la base de décharges électriques dans les gaz et peuvent à juste titre être appelées plasma. Ce sont des lampes fluorescentes largement utilisées.

Dans ceux-ci, une décharge électrique se produit dans la vapeur de mercure, entraînant un rayonnement ultraviolet invisible, qui est ensuite converti par le revêtement de phosphore en lumière visible.

Ce sont des lampes à gaz, dans lesquelles nous voyons la lumière de la décharge gazeuse elle-même.

Il s'agit également de lampes à électrodes dans lesquelles brillent des électrodes excitées par une décharge gazeuse.

Création de la "Boule Plasma"

Si vous souhaitez créer un bel appareil inspiré de Tesla qui met en valeur la beauté du courant électrique, vous pouvez essayer de créer une « boule de plasma ». L'appareil se compose de deux parties : c'est un générateur haute tension et une lampe à incandescence. Mais en substance, une « boule de plasma » est une lampe à incandescence dans laquelle, au lieu d'une lumière standard, vous verrez des arcs électriques partir du centre jusqu'au point de contact de vos doigts sur la surface de la lampe. D'accord, plutôt beau ? Tout ce que vous devez faire pour créer cet appareil est de suivre les instructions fournies dans cet article. Et bien sûr, un petit ensemble de matériel, dont vous trouverez la liste ci-dessous.

Pour réaliser un tel jouet, qui décorera sans aucun doute votre intérieur, il nous faudra :
1) Une lampe à incandescence standard, qui deviendra une « boule à plasma ».
2) Adaptateur secteur pour 12 volts et 5 ampères.
3) Un transistor puissant comme le KT-927 ou similaire. L'essentiel est que les coefficients de puissance et de gain ne soient pas inférieurs.
4) Vous pouvez également travailler avec un transformateur du TVS-110 L6 ou du TVS-110 LA, vous pouvez les obtenir sur d'anciens téléviseurs à tube ou les rechercher dans un magasin de pièces détachées radio. Ils serviront à fabriquer une source haute tension pour alimenter la lampe elle-même.

Soit dit en passant, une source réalisée à partir de ces transformateurs peut être utilisée pour générer un courant haute tension pour une « boule de plasma », mais elle est également utile pour démontrer d'autres excellentes expériences avec le courant : décharges corona et arc, lampe fluorescente allumée dans les mains, une échelle Jacob et bien d'autres.

Il est important de se rappeler les précautions de sécurité lorsque vous travaillez avec du courant électrique. Avant de commencer à travailler sur la création de cet appareil, l'auteur recommande à chacun de se familiariser avec les précautions de sécurité.

Commençons par fabriquer un générateur haute tension. L'élément principal sera le transformateur de sortie ligne, également connu sous le nom de TVS-110 LA. Vous trouverez ci-dessous un schéma à la suite duquel l'auteur a obtenu une tension d'environ 90 kV, une excellente puissance ainsi qu'une fiabilité.

En fait, le circuit assemblé ressemblera à ceci :

Ci-dessous, une image où vous pouvez voir une décharge dans une lampe à incandescence dont les électrodes sont le doigt et la spirale interne de la lampe. Il est à noter que l'atmosphère de la lampe est remplie de gaz agronome sous basse pression.

Lampes, lampadaires. Ils apportent chaleur et confort et complètent l'intérieur. Par conséquent, choisir une source de lumière inhabituelle afin qu'elle s'intègre parfaitement dans le design de la pièce est une affaire responsable. Une lampe originale « Plasma Ball », qui possède de nombreuses fonctions utiles, peut être une merveilleuse décoration pour un appartement.

Description

Extérieurement, la lampe ressemble à une boule magique sur un support, semblable à un artefact de films de science-fiction. Dans sa fabrication, ils utilisent technologies modernes, de sorte que la qualité de l'invention originale répond aux normes les plus élevées. L’une des propriétés remarquables de la lampe est sa capacité à soulager le stress et la fatigue.

Lorsque la "Boule Plasma" est allumée, on peut voir à l'intérieur. Ils ressemblent à des feux d'artifice colorés qui se propagent depuis le centre de la lampe. Comme un objet magique, il est capable de réagir aux sons, aux touchers et aux voix. Lorsque votre main touche le ballon, la foudre électrique à l'intérieur se rassemble en un seul jet et commence à frapper l'endroit que vos doigts ont touché. On peut regarder ce spectacle longtemps ; il fascine par sa beauté. De plus, les mouvements des décharges ne se répètent jamais.

La lampe peut être utilisée non seulement pour la détente ; la « Boule Plasma » peut devenir un merveilleux ajout à l'intérieur de l'appartement. C'est un plaisir de l'offrir à des amis, des parents et des connaissances. Si vous admirez les décharges électriques à l’intérieur d’une boule de verre, vous ressentirez la paix et la tranquillité. Vous pourrez constamment l'admirer comme une chose belle et insolite qui prendra peu de place dans l'appartement, mais apportera un peu de magie à sa conception.

Méthode de travail

La lampe ressemble à un objet magique. Pour dissiper cette impression, il suffit de considérer un appareil doté d’une « Boule Plasma », principe de fonctionnement de l’appareil. Le diamètre de l'ampoule de la lampe peut varier de huit à vingt centimètres. À l'intérieur de la veilleuse décorative se trouve une électrode à laquelle un courant haute tension est fourni. C'est pourquoi la foudre se produit à l'intérieur de la lampe. Cela explique le nom de la lampe, car c'est ainsi que le plasma brille. Le globe en verre de la lampe contient une substance déchargée qui donne à la lueur une certaine nuance. Pendant le fonctionnement, la lampe consomme peu d'électricité. Cependant, vous ne pouvez pas le laisser fonctionner plus de deux à trois heures, sinon il pourrait surchauffer.

Lors de l'achat d'un appareil d'éclairage aussi inhabituel, n'oubliez pas les précautions de sécurité. Vous devez suivre les instructions pour son utilisation. L'appareil peut être rechargé depuis un port USB ou une prise 220V. La lampe Plasma Ball vous aidera à détendre vos yeux fatigués après long travailà l'ordinateur. La lampe peut devenir chose utile dans votre maison, aide à détendre le système nerveux et à vous soulager des effets du stress.

La lampe est réalisée dans différents modèles, dont des très originaux. Par exemple, sous la forme d’un dragon noir qui enroule ses ailes autour de la « Boule Plasma », ce qui la rend encore plus attrayante et magique.