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Donnerstag, 23.11.2017
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Die Tesla-Spule

Ein Transformator revolutioniert die Elektrotechnik

Mit dem Sieg im Stromkrieg und der Verbreitung der auf seinen Arbeiten basierenden Generatoren, Transformatoren und Netzbauteil ist Tesla auf dem Höhepunkt seines Ruhms angekommen. Doch der Erfinder tüftelt längst an einer neuen Herausforderung. Er will einen Transformator konstruieren, mit dem sich hochfrequente Hochspannung erzeugen lässt. Diese, so hofft er, könnte sich dann sogar drahtlos durch die Luft übertragen lassen.

Funktionsprinzip der Tesla-Spule

Funktionsprinzip der Tesla-Spule

Zwei Spulen und ein Kondensator


Das Problem dabei: Die bisherigen Wechselstrom-Generatoren können nicht schnell genug rotieren, um die gewünschten Frequenzen zu erzeugen. Mehr als 20 Kilohertz schaffen sie nicht. Tesla experimentiert daher mit einer neuen Art von Transformator. Dieser besteht aus zwei Drahtspulen mit unterschiedlich vielen Windungen: Der Primärkreis hat wenige weite Windungen und umschließt einen Sekundärkreis mit vielen engen Wicklungen. Beide sind durch einen Luftraum voneinander getrennt.

Den Ausgangsstrom liefert ein Kondensator, der über eine Funkenstrecke mit der Primärspule verbunden ist. Erreicht er die Überschlagsspannung, springt ein Funke über und überträgt die Energie auf den Primärkreis. Dieser lädt sich seinerseits auf und erzeugt ein kurzlebiges elektromagnetisches Feld. Weil der Kondensator sich parallel dazu wieder auflädt, beginnt dieser Zyklus immer wieder aufs Neue – ein Schwingkreis entsteht.

Büschel-Entladung einer Tesla-Spule in Teslas Labor, im Vordergrund links sind die KOndensatoren zu sehen.

Hochgeschaukelt durch Resonanz


Der Clou dabei: Um die Frequenz der Spannung weiter zu erhöhen, nutzt Tesla das Prinzip der Resonanz. Dabei induziert das oszillierende Feld der Primärspule auch in der Sekundärspule einen Schwingkreis. Trifft das Feld dabei die Resonanzfrequenz der zweiten Spule, schaukelt sich das System von alleine hoch: Die Spannung steigt von Windung zu Windung, bis an der Spitze der Sekundärspule eine hochfrequente Hochspannung entsteht. Sie entlädt sich durch das bis heute bekannte Markenzeichen der Tesla-Spulen: ein ganzes Bündel von Blitzen.

Mit diesem Grundaufbau ist die Tesla-Spule geboren – Teslas bis heute bekannteste Erfindung. "Tesla war ein Mann, der verstand, was kaum ein anderer Wissenschaftler seiner Zeit begriffen hatte – die elektrische Resonanz", erklärt der Physikhistoriker Jim Hardesty auf PBS. Die von Tesla erfundene Resonanz-Transformation ermöglicht nicht nur die Erzeugung hochfrequenter Hochspannung, durch sie wird auch gezielte Manipulation elektromagnetischer Wellen sehr viel einfacher.
Nadja Podbregar
Stand: 20.10.2017
 
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