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변압기가 전기 공학에 혁명을 일으

테슬라 코일
변압기가 전기 공학에 혁명을 일으키다

전기전쟁의 승리와 그의 업적을 바탕으로 발전기, 변압기, 네트워크 부품의 확산으로 테슬라는 그의 명성의 정점에 이르렀다. 그러나 발명가는 오랫동안 새로운 도전에 임해 왔다. 그는 고주파 고전압을 생성하는 데 사용할 수 있는 변압기를 설계하려고 했다. 그는 이것이 공중을 통해 무선으로 전송될 수 있기를 바랐다. 

▲ 테슬라 코일. Stromversorgung(전력공급) Funkenstrecke((스파크가 발생하는 두 전극 간격), Primaerspule(1차코일), Sekundaerspule(2ck zhdlf)© Omegatron/ CC-by-sa 3.0

코일 2개와 커패시터

문제는 전류 교류 발전기가 원하는 주파수를 생성할 만큼 빠르게 회전할 수 없다는 것이다. 20KHz 이상을 달성할 수 없었다. 따라서 Tesla는 새로운 유형의 변압기를 실험하고 있었다. 이는 감은 수가 서로 다른 두 개의 와이어 코일로 구성된다. 1차 회로에는 몇 개의 넓은 감김이 있고 2차 회로는 여러 개의 좁은 감김으로 둘러싸여 있다. 둘 다 공기 공간으로 서로 분리되어 있다.

출력 전류는 스파크 갭을 통해 1차 코일에 연결된 커패시터에 의해 공급된다. 플래시오버 전압에 도달하면 스파크가 점프하여 에너지를 1차 회로로 전달한다. 이는 차례로 충전되고 수명이 짧은 전자기장을 생성한다. 커패시터가 병렬로 재충전되기 때문에 이 주기는 계속해서 시작된다. 진동 회로가 생성된다.

공명으로 인해 흔들림

하이라이트:
전압의 주파수를 더욱 높이기 위해 Tesla는 공진 원리를 사용했다. 1차 코일의 진동장은 또한 2차 코일의 진동 회로를 유도한다. 자기장이 두 번째 코일의 공진 주파수에 도달하면 시스템이 저절로 흔들린다. 즉, 2차 코일 끝에서 고주파 고전압이 생성될 때까지 전압이 차례대로 증가한다. 이는 오늘날에도 여전히 알려진 테슬라 코일의 특징인 번개 무리를 통해 방전된다.

이러한 기본 구조를 통해 현재까지 Tesla의 가장 잘 알려진 발명품인 Tesla 코일이 탄생했다. 물리학 역사가 Jim Hardesty는 PBS에서 “Tesla는 그 당시 다른 과학자들이 거의 이해하지 못했던 전기 공명을 이해한 사람이었다”고 설명했다. Tesla가 발명한 공명 변환은 고주파 고전압의 생성을 가능하게 할 뿐만 아니라 전자기파의 목표 조작을 훨씬 쉽게 만들었다.

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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