摘要 “人造闪电”的神奇表演近些年来已经成为在电视荧屏上的常客，这种现象利用了特斯拉线圈高压放电的特性，同时也结合了“静电屏蔽”的原理，在这整个过程中，特斯拉线圈起着至关重要的作用。
关键词 特斯拉；特斯拉线圈
“90后科学狂人”，“闪电侠”，16岁的科学狂人卢驭龙在中国达人秀第二季在东方卫视现场表演了特斯拉线圈的“闪电效果”，精彩的现场秀却充满了神秘感，用极具震撼的视觉效果撼动全场观众[1]。特斯拉实验
看似神秘和神奇表演其实是以扎实的理论基础和动手能力为依托的，特斯拉线圈又叫泰斯拉线圈，因为这是从”Tesla”这个英文名直接音译过来的。这是一种分布参数高频共振变压器，可以获得上百万伏的高频电压。
特斯拉线圈是由两个大电容器、一个感应圈、一个初级线圈仅几圈的互感器、变压器、打火器等基本结构组成的。其类型主要有：传统的特斯拉线圈（SGTC）、固态特斯拉线圈（SSTC）
、双谐振特斯拉线圈（DRSSTC）、真空管特斯拉线圈（VTTC）等[2]。
1 工作原理及基本结构
1.1 基本结构
固态特斯拉线圈，简称SSTC，在传统特斯拉线圈的基础上，人们用半导体元件代替了传统的打火器，这就形成了具有效率高、噪音小、寿命长等优点的固态特斯拉线圈。而且由于其本身的结构特点，它可以通过电路输入音频，使电弧直接推动空气发声，这使得特斯拉线圈成为一件艺术品。
特斯拉线圈的主体部分包括：电容和电感的数值可根据实际制作而定，但必须保证两回路的谐振频率调整成一致。主要由初级（主）线圈、次级（二极）线圈、驱动装置、放电顶端、电容、打火器等主要部件构成[3]。
2 实验/实践情况
2.1 理論基础研究
基础理论方面，通过研究线圈的结构原理及相同爱好人士制作时的经验，得到了线圈有关电弧长度的计算公式如下：
（1）电弧长度公式：
其中：L：电弧长度，单位mm P：变压器功率
（2）电容阵容量：
其中： E：变压器输出电压，单位I：变压器输出电流，单位mA
C：电容器阵列最大电容，单位uFF：交流电频率，单位Hz
（3）振荡频率：
（4）主线圈长度计算：
其中：
（5）次级线圈长度计算：
其中：
放电终端电容计算：
2.2 材料数据及准备
高压包：小型特斯拉线圈通常都会使用高压包来当作电源。因其来源广，价格低，输出电压高，且输出为直流（高压包内部自带硅堆）。这些优点使高压包成为做小型SGTC的最佳选择。
（1）直径0.25mm漆包线：200m。这个毫米数是指它的铜芯的直径，通常的漆包线的表面的那层漆的厚度约为漆包线铜芯直径的十分之一到二十分之一。
（2）直径2mm漆包线：3m。
（3）直径1mm漆包线：1.5m。
（4）直径12cm金属球（不锈钢球）：1个。
（5）直径5cm，长30cmPVC管子：1根。聚氯乙烯及有机玻璃均可。
（6）2N3055三极管：1个。
（7）电阻：40Ω 5W，27Ω1W各1个。
（8）电容：MKPH电容，耐压1200V，容量0.3uF，30个
（9）一些厚几毫米的绝缘板：此处选有机玻璃板。
（10）蓄电池：12V 1个。
（11）无极性电容：若干。
（12）其他：502胶水、剪刀、钳子、美工刀、烙铁、锡丝等。
2.3 制作过程
（1）次级级线圈的制作：用0.25mm漆包线绕在管子上100圈；尽量保证线和线之间没有间隙，刷绝缘漆。
（2）初级线圈的制作：将2mm漆包线绕城盘状，直径7.5cm，7圈。
（3）组装线圈：把次级线圈一头接在金属球上，金属球为放电终端，与地面形成等效电容，然后用胶或者热胶把球固定在管子一头。把次级线圈固定在孰料般上，初级线圈固定在次级线圈附近。
（4）组合电容：将30个MKPH电容串联。
（5）制作电源：采用单管自激推高压包方法产生高压，如下图：
我们使用一个2N3055三极管。绕在铁氧体上的那两个线圈，上面到下面两个分别用1mm漆包线绕八圈和二十圈。绕线的方向必须相同。使用12V蓄电池作为电源。照图连接好后，拿高压包输出端，即最粗的那条线和高压包底部上的那一排接脚试着拉弧，出拉弧最长的那个接脚，把其他接脚都用绝缘漆或热胶将接脚封住。引出了图中右边的那两条线。
（6）制作点火器：SGTC的原理就是先给电容充电，电容的电压达到一定程度时，在打火器出放出电弧，形成一个回路，然后放电，之后重新开始这个循环。粗的漆包线来制作打火器。一般，打火器是不能用尖端的，需要用光滑表面。把两段粗漆包线的一头的皮刮掉，弯成两个光滑表面，然后用热胶固定在塑料板上，中间留6～10毫米间隙。
（7）装配：完成以上步骤我们就得到了一个简单的火花间隙特斯拉线圈（SGTC），十分值得一提的是，这个线圈制作成功时候，会放出1厘米左右的电弧，而且电弧可以触摸，也就是说这个线圈不会对人体产生危险[4]。
特斯拉线圈是将电路放大并实现放电的，在制作时有一定危险性，线圈的制作中我们克服这些难题，使线圈变得安全可靠进而为转化为商品做准备。
3 实践的自我评价
我一直以严谨的态度，积极的热情投身于工作中，有失败的辛酸，也有成功的喜悦，然而也充分地认识到，成为一名德智体全面发展的优秀学生的重要性，我觉得收获不少，我想这些对于我今后的学习和工作会有很大的帮助的[5]。
我体会深刻的一点是：理论要与实践相结合。其实很多东西在课堂的时候我都学习过，但知道的都是理论，知道操作步骤，却没有多少实践，甚至都没有考虑到按照这些步骤去做的时候，也会出现很多的问题以及要如何去解决这些问题。在遇到问题的时候我全面的思考，不让自己的思想有局限性[6]。
4 项目推广价值及进一步研究、发展的思路
特斯拉线圈在近年来得到更好的发展，从大方向上来讲，特斯拉线圈对人类未来能量传输有巨大意义。小方向上，全球各地的特斯拉线圈爱好者们制作出许多绚丽多彩的电弧，越来越多人对此产生浓厚兴趣，通过本次课题我们能制作出一种安全可靠的音乐线圈，将之投入市场具有实际意义和商业价值。
参考文献
[1] 牟春阳，李世中，梁国强.基于特斯拉线圈的无线电力传输系统[J].科学技术与工程，2015，15（13）：77-81.
[2] 吕建平.才如江海命如沙：被遗忘的超级发明家尼古拉·特斯拉[J].中国发明与专利，2010，（01）：33-38.
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