בניית וחקירת סליל טסלה

החקר שלנו עוסק במעגלי RLC ,ותופעת ההשראות האלקטרומגנטית שמתרחשת
בהם, כאשר המטרה הסופית היא בניית סליל טסלה.
במהלך החקר נפרק לרכיבים את המעגלים ונלמד על כל רכיב את השפעתו ואת
חשיבותו במעגל, ונלמד את ההשפעות שלהם כאשר הם מחוברים לרכיבים אחרים.
על מנת שנצליח לבנות את הסליל, נערוך ניסויים ונשווה בין התיאוריה לניסוי על מנת
שנדע את טווח השגיאה שלנו, ונוכל להעריך איפה טעינו או מה השתבש.
לאחר מכן נבדוק את תופעת ההשראות האלקטרומגנטית, אשר היא יצירת מתח
חשמלי בסליל, באמצעות שטף מגנטי משתנה בסליל אחר.
לפי המידע הראשוני שבדקנו לפני שהתחלנו להתעניין ביצירת הסליל, אנו יודעים כי
בסליל טסלה מחוברים שני מעגלים חשמליים הנקראים RLC ,ובאמצעות השראות
אלקטרומגנטית, מקבל סליל אחד מתח גבוה מהמתח שמקבל הסליל הראשוני,
והמתח מספיק גבוה על מנת לפרוץ את האוויר ולהפרק כברק.
התחלנו לשאול שאלות,
כיצד ישפיע הסליל על ההשראות האלקטרומגנטית?
האם ניתן לשלוט בתופעת הגברת המתח?
כיצד משפיעים הקבלים והנגדים על הגברת המתח?
מה ההשפעה של ההתנגדות במערכת על המתח המקסימלי שניתן להשיג במעגל
המשני?
כיצד יהיה ניתן למדוד את יחס ההגברה?
האם ניתן להפעיל סליל טסלה עם מעגל אחד בלבד?
כיצד "מחליף" המעגל ממתח ישר, למתח חילופין?
כיצד משפיע צימוד הסלילים על ההגברה המתרחשת?
מדוע ישנו שימוש בליבה לא מוליכה בתוך הסליל?
מהו רכיב ה"ספארק גפ" שנמצא בתוך הסליל טסלה?
ועוד כמה שאלות נוספות שצפו במהלך המחקר, כאשר המטרה הסופית, היא לייצר
סליל טסלה פעיל אשר מוציא ברקים.

מהלך המחקר
ביצענו ניסויים רבים להבנה ובניה של סליל טסלה. כרכנו סלילים, ויצרנו זוגות של מעגלי RLC בעלי תדירויות מתואמות ויצרנו מערכי מדידה למדידת מאפיינים של המערכת. בשרטוט הבא מתוארת מערכת כזאת, בה שני מעגלי הRLC מצומדים ע"י השחלת סליל הסליל של המעגל הראשוני (מספק המתח) לתוך הסליל של המעגל המשני.

ממצאים:

בטבלה ניתן לראות תוצאות של ניסוי צימוד בין שני מעגלי RLC. בעמודה השמאלי ניתן תראו את מספר הכריכות של הסליל במעגל הראשוני (מספק המתח), בעמודה השניה את תדירות הרזוננס העצמאית שלו, בעמודה השלישית את תדירות הרזוננס של המערכת המשולבת של שני המעגלים, ברביעית את האמפליטודה של המעגל המשני ובחמישית את היחס בין האמפליטודה של המעגל הראשוני כשהוא מצומד חלקי האמפליטודה שלו כשהוא לא מצומד.

דיון ומסקנות:
תחילה, ניתן לראות שישנן יותר מתדירות אחת שבהן המערכת מגיעה לנקודת מקסימום. ההבדל בין הטבלה למעלה לטבלה התחתונה, היא שבטבלה למעלה הסקופ מחובר ישירות לסליל השני, ובטבלה למטה הסליל מחובר ברווח של שניים וחצי סנטימטר לסליל, וניתן גם שכאשר הסליל מחובר ישירות לסקופ, התדירות קטנה פי 10 ,מאשר כשהוא מחובר במרחק של 5.2 סנטימטרים לסליל. דבר שני שניתן לראות, שבהחלט החישובים שקדמו לניסוי היו רחוקים מהמציאות שבה התדירות על הסליל המשני הייתה פי עשר יותר קטנה , ולכן קיבלנו תדירות שונה בסליל הראשי ממה שחישבנו. לאחר הבדיקות ההתחלתיות, התחלנו להוריד את הכריכות. התשובות לתהליך זה נמצא בגרף של התדירות במשותפת כתלות במספר הכריכות על הסליל הראשי, ובטבלה השנייה. אם נסתכל על הטבלה, ניתן לראות שכאשר הגענו למספר כריכות של 74 ,התדירות העצמית של המעגל הראשי, התאזן עם התדירות המשותפת של שני המעגלים, דבר שהתבטא בנקודת מקסימום בגרף. דבר חשוב נוסף הוא תוצאות העמודה האחרונה בטבלה השנייה. העמודה האחרונה מתארת את היחס בין המתח על הסליל הראשוני כאשר הוא משולב עם המעגל השני, למתח על הסליל הראשוני כאשר הוא לא מחובר למעגל השני. ניתן לראות בתוצאות, שכאשר התדירות העצמית של המעגל הראשוני, והתדירות המשותפת של שני הסלילים שווים, היחס קטן מאחת. כלומר כאשר המעגל הראשוני מנותק מן המעגל המשני, יש בו מתח יותר גבוה. 43 סיכום ומסקנות: לפני התחלת הניסוי, חשבנו שאם ננתק את הסקופ, אנו נקבל קיבול יותר קטן במערכת וכתוצאה מכך נקבל LC יותר גדול. בניסוח מתמטי, if Ci LCi < LCf Ci = capacitance without scope , .Cf = capacitance with scope לכן לפי הנוסחא לתדירות של מעגל ,RLC , < מה שקובע שהתדירות של 1 2π*√LCi 1 2π√LCf המעגל כאשר הוא מחובר לסקופ, אמורה להיות גדולה מכאשר היא אינה מחוברת לסקופ. לתוצאה זו אין לנו תשובה מוחלטת, וזוהי נקודה למחקר עתידי, אך יכול להיווצר מצב שהחיבור לסקופ פוגע בהשראות, או מוריד את הקיבול. העובדה שהתדירות העצמית שמצאנו במעגל המשני שונה מהחישובים, יכולה להיווצר מהעובדה שחישוב השראות תלויה בפרמטרים שפשוט מאוד לפספס, בכמות הליפופים, בעובי של החומר, וברדיוס של הסליל. לדוגמא, אם היינו טועים בעשירית המילימטר בעובי של החוט אז היחס בין ההשראות של הסליל עם 6.0 mm עובי, לסליל עם 5.0 עובי, הוא 44.1 .מה שיכול לשנות את התדירות באופן דרסטי. מסקנה חשובה נוספת היא אישוש התיאוריה, ואימות הנתונים עם התיאוריה. כאשר הגענו לתדירות עצמית אשר שווה לתדירות המשותפת של שני המעגלים יחד, הגענו גם לפיק מסוים בגרף של המתח על המעגל המשני כתלות במספר הכריכות על המעגל הראשוני שמסמן שהתיאוריה שקובעת שכאשר התדירות העצמית והמשותפת של שני המעגלים שווים, אזי הזרם מקסימלי. מסקנה נוספת וחשובה, היא שכאשר המערכת בתדירות תהודה, כמות המתח על הסליל הראשוני קטן מאשר כשהוא נמצא בנפרד מהמערכת. כלומר ניתן לראות שעוברת אנרגיה מהסליל הראשוני לסליל המשני. מסקנה זו מחזקת את העובדה שהמערכת נמצאת בתהודה, מפני שהאנרגיה שמצטברת אצל הסליל השני צריכה להגיע ממקום כלשהו, ולכן על המעגל הראשי להיות עם פחות אנרגיה. לסיכום, ניסוי זה נתן הבנה מעמיקה על האנרגיות במעגלי rlc מחוברים, ואישש את התיאוריה של תהודה במעגלי RLC.

אוקטובר 2021
יום ראשון יום שני יום שלישי יום רביעי יום חמישי יום שישי שבת
26 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
27 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
28 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
29 בספטמבר 2021

חופשת סוכות

חופשת סוכות
30 בספטמבר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
1 באוקטובר 2021 2 באוקטובר 2021
3 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
4 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
5 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים
6 באוקטובר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
7 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
8 באוקטובר 2021 9 באוקטובר 2021
10 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
11 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

סדנאת מנחים צבירי גליל

סדנאת מנחים צבירי גליל
12 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים

קבוצת ביולוגיה חט"ע

קבוצת ביולוגיה חט"ע
13 באוקטובר 2021 14 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
15 באוקטובר 2021 16 באוקטובר 2021
17 באוקטובר 2021

חופשת יום הולדת של הנביא

חופשת יום הולדת של הנביא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
18 באוקטובר 2021

חופשת יום הולדת של הנביא

חופשת יום הולדת של הנביא

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
19 באוקטובר 2021 20 באוקטובר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
21 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
22 באוקטובר 2021 23 באוקטובר 2021
24 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
25 באוקטובר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה
26 באוקטובר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים

קבוצת ביולוגיה חט"ע

קבוצת ביולוגיה חט"ע
27 באוקטובר 2021

פיזיקה מדעים חט''ב אזורי

פיזיקה מדעים חט''ב אזורי
28 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
29 באוקטובר 2021 30 באוקטובר 2021
31 באוקטובר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יב
1 בנובמבר 2021

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

הכשרת מנחי חקר פיזיקה

סדנאת מנחים צבירי גליל

סדנאת מנחים צבירי גליל
2 בנובמבר 2021

ט' מצטיינים

ט' מצטיינים
3 בנובמבר 2021

קבוצת פיזיקה מעשית

קבוצת פיזיקה מעשית
4 בנובמבר 2021

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא

קבוצה אזורית פיזיקה מחקרית יא
5 בנובמבר 2021 6 בנובמבר 2021