bélyegkép|250px
bélyegkép|250px|Villámszimulátor bélyegkép|250px|Egy diák bemutatja a koronakisülést Los Angeles Polytechnic High Schoolban, 1909 körül bélyegkép|250px|Tesla-tekercs (CTC) kapcsolási rajza (ez a tekercs a korábbi Tesla-tekercsekhez tartozik) bélyegkép|250px|Tesla-tekercs (CTC) kapcsolási rajza (ez a tekercs a későbbi Tesla-tekercsekhez tartozik)
Nikola Tesla 1891-ben építette meg először a róla elnevezett Tesla-tekercset. Ő volt az első, aki az elektromos rezonancia jelenségét a gyakorlatban is megvalósította és felhasználta. A Tesla-tekercs legalább két légmagos tekercsből áll, ami nagyfeszültséget állít elő magas frekvencián. A nagyfeszültség akár 10 millió Voltig is terjedhet, a frekvencia pedig több MHz1 MHz=1 000 000 Hz is lehet. Általában 25 kHz és 2 MHz között mozog. A Tesla-tekercs abban különbözik a transzformátortól, hogy a primer és a szekunder kör is rezonanciában van egymással, de nem a hálózati frekvenciával (50/60 Hz). A Tesla-tekercs áramkörét transzformátor biztosítja, ami legalább néhány kV-ot (legalább 4-12 kV) táplál.
Tesla több, különböző rendeltetésű és működésű Tesla-tekercset épített, ezek mindegyike egy-egy új felhasználási terület alapjait hozta létre, fejlesztései a nagyfrekvenciás generátoroknak, az elektromos áram vezeték nélküli továbbításának, az elektroterápiás készülékeknek, valamint az összes ma használatos hírközlő berendezésnek az alapvető elemévé váltak.
Működési elve A primer oldali rezgőkör áll(hat) egy transzformátorból, egy vagy több kondenzátorból, valamint egy primer tekercsből és egy szikraközből, a szekunder oldal egy nagy menetszámú szekunder tekercsből és egy kondenzátorból áll. A kondenzátor(ok)ra feszültség jut a meghajtó hálózatról (pl. transzformátor szekunder tekercséről). A kondenzátorra kerülő feszültség maximum addig a feszültségszintig tölti fel a kondenzátort, míg a feszültség eléri a szikraköz átütési feszültségét. A szikraközben a dielektrikumon keresztül (korábban olaj, később levegő) átütés jön létre. Ez az átütés ionizálja a szigetelő közeget, így annak ellenállása drasztikusan lecsökken. Ezzel az eddig szakadásnak tekinthető áramkör záródik, és a primer tekercsen keresztül magas frekvenciájú váltóáram (más néven rezonáló áram) folyik. A primer tekercsen folyó áram a jobb kéz szabály szerinti mágneses teret hoz létre. A mágneses tér a tekercs belsejében összegződik, és azonos irányú. Nagysága a primer gerjesztés függvénye, mely az átfolyó áram és a menetszám szorzatával megegyező. Az ionizáció megszűnésével (például az ionizált csatorna levegővel való kifújása) a zárt áramkör megszakad, és újra kezdődik a kondenzátor töltése. Mivel a létrejövő mágneses fluxus a kondenzátor-primer tekercs önindukciója-a szikraköz átütési feszültsége (valamint annak kioltása) által meghatároz egy frekvenciát, a mágneses fluxus időben változó nagyságú lesz. Az így létrejövő mágneses erővonalak metszik a szekunder tekercs meneteit, és abban feszültséget indukálnak. A későbbi kiviteleknél szikraköz helyett szigetelőanyagból készült kör alakú tárcsán érintkezőket helyeztek el, melyek elektromos motor meghajtással egy körülfordulás alatt az érintkezők számától függően zárták az áramkört. Ezzel a megoldással az áramkör zárási frekvenciája egyenes arányban állt a motor fordulatszámával, és az érintkezők számával. Mivel a tekercsek önindukciója, és a felhasznált kondenzátor(ok) kapacitása a megszakításokkal meghatározott időállandót határoz meg, oszcillátorként működik, és rezonancia lép fel. A fellépő rezonancia biztosítja, hogy a rezgés fenntartásához sokkal kisebb energia szükséges, másfelől a frekvencia (eltérően a transzformátoroktól) nem a tápláló hálózat frekvenciájától függ. Ez legegyszerűbben az inga, (vagy a hinta) mozgásából érthető meg. A felső holtponton a felfüggesztett súly a legnagyobb helyzeti (gravitációs) energiával rendelkezik. Az alsó holtpont felé tartva ez a helyzeti energia 0-ra csökken, és mozgási energiává alakul át. Túljutva az alsó holtponton a mozgási energiája csökken, és helyzeti energiává alakul át, ami a felső holtponton éri el maximumát, és a mozgási energia 0-ra csökken. A folyamat kezdődik elölről. Ez a mozgás a végtelenségig fennmaradna, ha nem lenne a levegő közegellenállása (és a hintánál a felfüggesztés súrlódása). Ha mindig pont abban az időpillanatban közölnek energiát a rendszerrel, mely annak mozgását erősíti, és ezt következetesen mindig ugyanakkor teszik, a lengés minimális energiaráfordítással a végtelenségig fenntartható.
Kapcsolási rajz bélyegkép|jobb|250px|Az erősítő adó kapcsolási rajza Nagyon sok kapcsolása ismert a Tesla-tekercsnek. Meghajthatók 12 V–9000 V-ról, az alapelv viszont ugyanaz. Maga a Tesla-tekercs egy primer és egy szekunder oldali rezgőkörből áll. Nikola Tesla nemcsak Tesla-tekercset épített, hanem egy Tesla adót (magnifiert) is. A kapcsolási rajz hasonló, a működési elv is. Tesla azért készítette el Colorado Springs-ben ezt az úgynevezett "Erősítő adó"-t, mert a Tesla-tekercsnél túl nagy volt a veszteség, nagyon szórt volt a mágneses fluxus a primer tekercsben.
Alkatrészei
Transzformátor A transzformátor szekunder feszültségének célszerűen 1 kV felettinek kell lennie, hogy megfelelő méretű ívkisüléseket kaphassunk. Legegyszerűbb a meglévő 230 V-os hálózatot feltranszformálni. Gondoskodni kell egyfelől a transzformátor primer-szekunder tekercseinek, másfelől a szekunder tekercs belső szigetelésének kifogástalan kivitelezéséről.Az 1 kV feszültség (normál körülmények között) 1 mm száraz levegőn is keresztül tud ütni. A transzformátor átütési szilárdságát ezért minimum 4 kVeff 50 Hz szinuszos feszültséggel 1 perc időtartamig vizsgálni szükséges. Ezt a vizsgálatot el kell végezni a transzformátor vastest, és az egyesített primer-szekunder kivezetések között is! A transzformátor biztonsági okokból impregnált kell legyen. A kivezetés szigetelésének ki kell bírnia az 1 kV feszültséget.
Kondenzátor A kondenzátornak mindig megbízhatóan nagyobb feszültségűnek kell lennie, mint a szekunder feszültség csúcsfeszültsége. Nagyobb feszültségű kondenzátor hiányában megfelel egy, vagy több kondenzátor sorba kötése, de így is minden kondenzátor feszültségének a rajta lévő feszültségnél nagyobb feszültségűnek kell lennie. Az eredő kapacitásuk a sorba kötött kapacitásoknak: 1/Cösszes = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 ... + 1/Cn Az egyes kondenzátorokon eső feszültség a kondenzátorok kapacitív reaktanciájától függ, ami XC = 1/(ω*C)ω=2*Π*f (ahol a C értékét F (farádban) az f értékét Hz-ben kell figyelembe venni. Mivel a transzformátor szekunder oldalán váltakozó feszültség jelenik meg, csak kiváló minőségű fólia-, epoxi kondenzátor alkalmazható. Mivel az elektrolit kondenzátor polarizált, a váltakozó feszültség miatt szóba sem jöhet, annak hatására ugyanis felrobban!
Primer tekercs és a szikraköz A primer tekercs néhány menetből áll. Ez a primer tekercs vastag huzalból készül, hogy a kellő átvitt teljesítmény hatására az átfolyó áram ne tudja túlhevíteni. A primer tekercs formáját háromféleképpen lehet kialakítani: Helical (solenoid): a menetek rugószerűen kerülnek kialakításra, a szekundertől azonos távolságra. Spiral: a menetek vízszintesen, csigavonalban vannak létrehozva. Helix: az előző kettő ötvözete, x fokos szögben, tölcsérszerűen van megoldva.
A szikraköz a legkönnyebben kialakítható rész az áramkörben. Fajtái: álló szikraköz forgó szikraköz
Az álló szikraköz egymástól meghatározott távolságra elhelyezett két elektróda. Az elektródok között magas feszültségű impulzusok lépnek fel.
A forgó szikraközt úgy alakítják ki, hogy egy gyors fordulatszámú motor forgó tengelye egy áttétellel hozzá van erősítve egy szigetelő tárcsához, ami nagyon gyorsan forog. Ezen a tárcsán vannak az érintkezők.
Szekunder tekercs bélyegkép|250px|Tesla-tekercs a Nikola Tesla Emlékközpontban (Smiljan, Horvátország) A szekunder tekercs egy viszonylag nagy menetszámú tekercs. A menetek vékony huzalból készülnek, a tekercselés módja solenoid. A menetszám az elérendő feszültség, tehát az áttétel függvénye. Természetesen ez sok mindentől függ (a primer tekercs induktivitásától, a teljesítménytől, a tekercsek átmérőjétől, magasságától (L/D viszony), a huzalok vastagságától...). Csupán egy sorban helyezkednek el a menetek. A menetemelkedésnél figyelembe kell venni az egy menetre jutó feszültség nagyságát a menetek közötti átütés elkerülésére. A szekunderből kijövő áramerősség viszonylag kicsi, a feszültség több kV-os, a frekvencia pedig több kHz-es.
Extra tekercs bélyegkép|250px|Tetőkapacitásnak használhatunk legömbölyített felületet (ami hatásfok szempontjából előnyös), viszont tehetünk egy hegyes tárgyat is a tekercs tetejére, akkor rendkívül látványos koronakisülések jönnek létre
Az extra tekercset, vagy más néven gömbrezonátort fizikailag el lehet különíteni a két szorosan csatolt tekercstől, melyek a fő oszcillátor szerepét látják el. A fő oszcillátorból a teljesítmény az extra tekercs alsó végébe egy nagy átmérőjű elektromos vezetőn vagy csövön keresztül jut, ezáltal minimalizálva a koronakisülés eshetőségét. Az erősítő adó extra tekercse lassú hullámú gömbrezonátorként viselkedik, ahol a sugárirányú gerjesztés a fény sebességének 1-10%-ával terjed a szabad térben.
Az erősítő adó sugárirányú elektromágneses mezejének a sebességét a tekercs csúcsa és az elektromos töltés áramlás sebessége határozza meg az áramkörön keresztül. Érdemes megjegyezni, hogy a Tesla féle erősítő adó működésének pontos matematikai leírását csak a Tesla úttörő munkásságát követő 50-100 évben sikerült megalkotni. A kisfrekvenciás Maxwell-féle harmonikus rezgéseket alkalmazva Tesla megpróbált kisfrekvenciás állóhullámokat előállítani a Föld elektromágneses „áramkörében”. Az eszközei által történt megfigyeléseiből kiindulva Tesla észrevette, hogy a Föld elektromágneses rezgéseit fel lehet erősíteni. (A Föld elektromágneses rezgéseinek példája a Schumann-rezonanciák.) Tesla azt állította, hogy olyan eszközt sikerült készítenie, mely a Föld rezgéseit tudja felerősíteni.
Ez az erősítő adó volt, mely elektromágneses állóhullámokat keltve megnövelte a rezgések potenciális energiáját. Normális működés esetén az eszköz viszonylag halk volt, miközben nagy teljesítményű elektromos mezőt generált, de mikor a kimeneti feszültség meghaladta a tervezett maximális értéket, akkor nagyfeszültségű ívek lövelltek ki az elektródákból a levegőbe. Tesla volt az első, aki a villámok nagyságrendjébe sorolható elektromos hatásokat ért el. Cripple Creek lakosai számára úgy tűnt, mintha a laboratórium felől vihar közeledne. A colorado springsiek közül nem egy mesélte,Legendák, melyek fennmaradtak Colorado Springsben hogy a laboratórium közelében a talaj és a lábuk között gyakran ívkisülések jelentek meg. Ezek az ívkisülések megfigyelhetőek voltak néha a helyi víztározóban is. A laboratórium körüli terület koronaszerűen fénylett, a Szent Elmo tüzéhez hasonlóan. Tesla egyik kísérlete tönkretette a Colorado Springs-i Elektromos Társaság generátorát, mivel a nagyfrekvenciás hullámok visszatáplálódtak a városi energia elosztó rendszerbe.
Tetőkapacitás A tetőkapacitás a szekunder tekercs tetején található legtöbbször, ami sokszor alumíniumból készül. A tetőkapacitás nem más, mint egy toroid formát felvevő fém. Az elkészítése egyszerű. Alufóliát kell feltekercselni olyan formájúra, így megnő a szekunder kapacitása. Ezt gyakran alumíniummagnak hívják. Ha tetőkapacitásnak egy hegyes tárgyat használunk, akkor megfigyelhetjük az úgynevezett koronakisülést.
Magnifier