In der High School wurde uns über elektrischen Strom und Magnete berichtet. Es wurde gesagt, dass ein konstantes elektrisches Feld ein konstantes Magnetfeld erzeugt und ein elektrisches Wechselfeld ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Wir nickten zusammen, schrieben es in ein Notizbuch und gingen nach Hause, wobei wir das Thema der Lektion auf dem Weg vergaßen. Wir wussten nicht, wie diese Felder aussehen, wie Elektrizität funktioniert und wo dieses Wissen überhaupt angewendet werden kann.
Wenn es damals einen Ort gäbe, an dem diese Prinzipien klar demonstriert werden, würden sich einige von uns vielleicht daran erinnern, was die Lehrer gesagt haben, und uns in der Wissenschaft versuchen. So dachten wir, als wir mit dem Bau eines energiereichen Raums begannen.
Achtung - viele interessante Fotos unter dem Schnitt.
Über das LandauCenter
High Energy Room ist ein Bildungsprojekt für Kinder. Wir haben es im ersten ukrainischen universitätsweiten Zentrum für interaktive Wissenschaft ins Leben gerufen - dem „LandauCenter“ der V.N.Karazin Kharkiv National University.
Das LandauCenter befindet sich im nördlichen Gebäude der KNU - einem Vorkriegsgebäude, in dem zuvor die Radiotechnische Akademie für Luftverteidigung von L. A. Govorov für Militärtechnik untergebracht war. Im Jahr 2004 wurde die Akademie neu organisiert und das Gebäude an die Karazin-Universität verlegt. Im Jahr 2013 wurden im 1. Stock des rechten Flügels mehrere Räumlichkeiten für die Schaffung des Zentrums der Universität Landau zugewiesen. Später, nach einem erfolgreichen Arbeitsbeginn im Jahr 2014, erhielt das Zentrum mehrere Klassenzimmer im 2. Stock und im Keller.
Das LandauCenter erinnert an viele europäische Wissenschaftszentren: den Warschauer Kopernikus, das Danziger Experiment oder die Tartu AXAA. Solche Zentren haben gemeinsame Ziele. Eine davon ist das spielerische Unterrichten von Naturwissenschaften. Im LandauCenter versuchen Kinder beispielsweise, ein Gewicht von 32 Kilogramm auf die kurze und lange Schulter des Hebels zu heben, und verstehen: Wenn Sie die Schulter lang genug machen, können Sie jede Anstrengung entwickeln. Sogar die alten Ägypter benutzten den Hebel von Archimedes, um Marmorstücke zu bewegen.
Alle Exponate werden von Mitarbeitern und Studenten mit eigenen Händen erstellt. So wurde die Haupthalle im ersten Stock nach und nach gefüllt, und für unser Projekt wählten wir einen der freien Räume im zweiten.
Über das Team
An dem Projekt arbeiteten zwei Architekten, drei Bauherren, zwei Physikberater, zwei Elektriker, ein Koordinator und viele Menschen, denen die Wissenschaft nicht gleichgültig ist.
Architekten machten das Design und die Renderings des Raumes. Die Bauherren haben das Projekt in etwa sechs Monaten ins Leben gerufen. Physiker bauten die „Jacob's Ladder“ und die größte Tesla-Spule in der Ukraine. Elektriker halfen bei der Verkabelung und Implementierung des Startsystems dieser Geräte. Der Koordinator sorgte dafür, dass die Arbeit reibungslos und ohne reguläre Baldrian-Methoden verlief.
Planung
Wir dachten, wir könnten einen der leeren Räume des Zentrums für ein interessantes Projekt nutzen, das Kinder mit Wissenschaft und Technologie interessieren würde. Sie wussten jedoch nicht, was konkret umgesetzt werden könnte. Ich wollte etwas Nützliches tun, aber gleichzeitig Spektakuläres, wie den Ames-Raum oder den RGB-Raum.
Wissenschaftler des LandauCenter haben lange davon geträumt, eine große Tesla-Spule zu bauen. Sie sagten, dass sie eine Mini-Spule haben und veranstalteten eine kleine Demonstration. Es hat uns sehr gut gefallen und wir haben uns entschlossen, diese Idee umzusetzen.
Anfang 2016 kamen wir im LandauCenter an, um die Räumlichkeiten erneut zu inspizieren und zu vermessen.
Der Raum war für unser Projekt nicht geeignet: Die abgehängte Kunststoffdecke konnte leicht Feuer fangen, es war zu hell, die Wände mussten in Ordnung gebracht werden - entfernen Sie die Deckschicht und machen Sie möglicherweise eine neue.
Damit Besucher interessiert sind, müssen Sie ihnen die Möglichkeit geben, Geräte zu betreiben - damit jedoch keine Gefahr für ihr Leben und ihre Gesundheit besteht. Wir haben uns mit Architekten und Physikern beraten und beschlossen, den Raum in zwei Zonen zu unterteilen: für Besucher und für Exponate.
Wir haben beschlossen, dass der Besucherbereich 25 Personen aufnehmen kann. Aus Sicherheitsgründen teilen wir die Zonen mit einem Faradayschen Käfig. Positionieren wir es so, dass es in ein externes elektrisches Feld fällt, das von Geräten ausgesendet wird.
Eine Faraday-Zelle funktioniert so: Freie Elektronen bewegen sich um sie herum und konzentrieren sich auf eine bestimmte Weise. Aufgrund dessen erhalten die gegenüberliegenden Seiten der Zelle unterschiedliche Ladungen, wodurch ein neues Feld erzeugt wird, das dem Äußeren entgegengesetzt ist. Infolgedessen wird die Ladung kompensiert und fehlt in der Zelle - das heißt, die Zelle absorbiert elektromagnetische Wellen vollständig von der Spule.
Zusätzlich zum Käfig isolieren wir die zweite Zone mit Glas von den Besuchern, worüber wir später sprechen werden. Es wird eine Tesla-Spule, Jacobs Leiter, mehrere Leuchtstofflampen und einen großen Lüfter haben.
Jetzt hatten wir die Blaupausen und begannen mit dem Bau.
Wir beschlossen, den Boden zu verlassen. Sie wollten, dass der Raum einem Universitätspublikum ähnelt und das Projekt pünktlich liefert. Sie entfernten die oberste Holzschicht zusammen mit dem alten Lack und bedeckten sie mit einem neuen.
Elektrische Entladungen sind am besten im Dunkeln zu sehen. Wir beschlossen, den Putz gegen Ziegel abzustoßen und dann die Wände und die Decke schwarz zu streichen.
So sah es auf dem Render aus:
Zum Glück waren die Wände in gutem Zustand.
Schwarze Farbe testen. Es sieht gut aus:
Was am Ende passiert ist:
Arbeit
Während die Bauherren den letzten Kitt zerlegten, montierten Physiker des LandauCenter die Tesla-Spule und die Jacob's Ladder.
Nikola Tesla patentierte die Spule bereits 1891. Seitdem hat sich an seinem Design nicht viel geändert. Aus diesem Video können Sie eine einfache Transformatorversion erstellen:
Physiker aus Landau streiten sich über den Primärkreis der Spule:
Nun wollen wir sehen, wie der
Tesla-Transformator funktioniert:
Es gibt eine Spannungsquelle - 220 Volt. Die Stromversorgung erfolgt über eine 200-Watt-Glühlampe, die als Strombegrenzungswiderstand dient. Wenn beim Einschalten der Tesla-Spule kein Licht vorhanden wäre, würden die Leistungsschalter ausgeschaltet.
Der Strom fließt zu 4 Transformatoren. Sie befinden sich in einem Plastikbehälter und sind mit synthetischem Motoröl gefüllt. Das Öl ist ein Dielektrikum, schützt vor elektrischem Durchschlag und kühlt die Transformatoren während des Betriebs.
Am Ausgang der Transformatoren erhalten wir 8.400 Volt. Der Strom schließt durch den Luftspalt zwischen den beiden Kontakten, die sich am Motor drehen.
Bei laufendem Motor schließen die Kontakte und es entsteht ein Schwingkreis. Die Primärwicklung hat eine Induktivität und die Kondensatoren, in denen Energie akkumuliert ist, haben eine Kapazität.
Danach beginnt ein Strom mit einer Frequenz von über 200 Kilohertz im Primärkreis zu schwingen, und ein Teil der Energie wird von der Sekundärwicklung absorbiert.
Als Ergebnis erhalten wir die größte Spule in der Ukraine und fast eine halbe Million Volt. Bei einer Spulenhöhe von 80 Zentimetern ein ordentliches Ergebnis. Aber um einen Tunguska-Meteoriten zu verursachen, reicht dies natürlich nicht aus.
"Jacob's Staircase" besteht aus 2 Kupferelektroden mit einer Länge von jeweils 2 Metern. Durch sie fließt auch Hochspannungsstrom - etwa 18.000 Volt. Zwischen den Elektroden gibt es einen Luftzusammenbruch und einen Lichtbogen, der aufsteigt.
Ein Lichtbogen in der Luft verwandelt sich in ein Plasma, dessen Temperatur 5000 ° C beträgt. Warme Luft ist leichter als kalte, daher steigt sie aufgrund der Konvektion auf und zieht einen Bogen mit sich. Wenn der Lichtbogen den größten Spalt zwischen den Elektroden erreicht, bricht er. Gleichzeitig wird am Boden der Elektroden eine neue Lichtbogenentladung gezündet, und der Vorgang wiederholt sich.
Auf dem Foto „Jacob's Ladder“ rechts:
Es wird wegen der Reihen, die Stufen ähneln, die „Leiter Jakobs“ genannt. Dies ist ein Hinweis auf die biblische Geschichte des Patriarchen Jakob, der in einem Traum eine Treppe zum Himmel sah.
"Treppe" besteht aus:
- Die beiden Bögen, die über Isolatoren auf dem Faradayschen Käfig montiert sind.
- Vier Neontransformatoren. Sie sind nicht wie bei der Tesla-Spule in Öl, sondern werkseitig mit festem Epoxidharz gefüllt.
- Startsteuerkarten.
Testen
Die Spezialisten von LandauCenter haben die Instrumente 2 Monate vor der Eröffnung fertiggestellt. Zukünftige Exponate mussten sorgfältig geprüft werden.
Der Strom aus der Spule hat einen Hauteffekt - Elektrizität fließt über die Hautoberfläche und schadet einer Person in keiner Weise. Trotzdem beschlossen wir, einen Glasschutz vor den Faradayschen Käfig zu stellen. Ein zusätzliches Schutzniveau schadet nicht: Wenn Besucher des Raums Kinder sind, ist es besser, auf Nummer sicher zu gehen.
Die Bauherren haben das Finish fertiggestellt und das Gitter installiert. Wir haben über den Arbeitsplan der Exponate nachgedacht. Wir haben bei der Tatsache angehalten, dass die Spule und die "Leiter" ungefähr eine Minute lang funktionieren und dann fast 5 Minuten lang ausschalten. Dies hilft, Verschleiß an Transformatoren und anderen Komponenten zu vermeiden. Und ein Mitarbeiter des Zentrums wird zu diesem Zeitpunkt den Besuchern von Elektrizität erzählen - oder eine Pause machen.
Exponate werden durch Knöpfe aktiviert, die sich in den Wachen neben dem Faradayschen Käfig befinden. In einem Schild befindet sich ein Knopf für die Rolle, im anderen für die „Leiter“. Kinder bemühen sich ständig, die Knöpfe zu drücken, während der Mitarbeiter des Zentrums nicht hinschaut. Nach dem Ende der Ausstellungssitzung wird durch Drücken der Taste jedoch nichts mehr erzeugt. Wenn das Gerät wieder startbereit ist, leuchten die Lichter über den Schutzvorrichtungen auf. Wenn sie grün sind, können Sie wieder eine Show haben!
Nach dem Arbeiten der Spulen im Raum ist es sehr leicht zu atmen, als ob es nach einem Gewitter ausgegangen wäre. Dies liegt daran, dass nach der Blitzentladung viel Ozon gebildet wird. In großen Mengen kann Ozon Kopfschmerzen verursachen, sodass ständig ein Extrakt im Raum wirkt.
Wir haben den Faradayschen Käfig installiert und mit der Installation eines Schutzglases begonnen, mit dem der Überfluss an Ozon bekämpft werden kann. Auf dem Foto ist es deutlich sichtbar.
Der Betrieb der Spule und Leiter ist absolut sicher. Es gibt jedoch Ausnahmen: Wenn die Spule funktioniert, sollten Personen mit Herzschrittmachern und Hörgeräten nicht im Raum sein. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld beeinflusst den Betrieb dieser Geräte - sie können anfangen zu versagen.
Tesla-Spulenentlader ist sehr laut. Die Mitarbeiter des Zentrums kauften Dutzende geräuschisolierender Kopfhörer, damit sich Kinder wohl fühlen.
Die mitgelieferte Tesla-Spule hat ein starkes elektromagnetisches Feld. Die Leuchtstofflampe daneben beginnt zu leuchten. Wir haben mehrere solcher Lampen am Faradayschen Käfig befestigt.
Entdeckung
Am fünften Januar öffnete sich der Raum für alle Ankömmlinge.
Jetzt halten die Mitarbeiter des LandauCenter interaktive Vorträge und erklären klar, wie Elektrizität funktioniert. Sie sagen beispielsweise, warum Sie bei einem Gewitter nicht in einem offenen Bereich gehen können. An der Erdoberfläche tritt ein starkes elektromagnetisches Feld auf. Die Spannung dieses Feldes ist in der Nähe scharfer Leiter sehr hoch: Bäume, Fernsehtürme, Blitzableiter, eine einsame Person in der Steppe. Daher kann ein Blitz sie treffen.
Um dies zu demonstrieren, setzen wir einen Kleiderbügel in den Faradayschen Käfig, der die Spule übernimmt.
Plarium ist ein technisches Unternehmen und wir möchten die Technologie auf jede mögliche Weise bekannt machen. Letztes Jahr veranstalteten sie eine Reihe von Veranstaltungen für uDev-Entwickler. In diesem Jahr eröffneten sie zusammen mit dem LandauCenter einen Hochenergieraum. Wir sind davon überzeugt, dass es möglich ist, Menschen nur durch ihre eigenen Erfahrungen zu interessieren. Diese Wissenschaft und Technologie bringen die Menschheit voran, auch wenn sie sich stark widersetzt und immer noch Tee mit den Kesseln der Großmutter braut.
Experimentiere und lerne neue Dinge. Immerhin sagte Tesla: "Die Handlung selbst der kleinsten Kreatur führt zu Veränderungen im gesamten Universum."