Hoe werkt zo'n teslaspoel nou eigenlijk?

Hier boven zie je een vereenvoudigd schema van een teslaspoel. Het hele circuit wordt gevoed met 230V. Allereerst wordt deze spanning omhoog getransformeerd tot een spanning van 4kV tot 20kV. Met deze hoogspanning wordt een condensator opgeladen, afhankelijk van de grote van de teslaspoel zal deze een waarde hebben tussen de 10 en 300nF. Als de spanning over de condensator hoog genoeg is, slaat er een vonk over in de vonkbrug (sparkgap). In de simpelste vorm zijn dat twee elektroden die op dusdanige afstand van elkaar staan dat bij de piekspanning een vonk kan overslaan, een spanning gestuurde schakelaar dus eigenlijk.
Als de vonkbrug doorslaat wordt er een kring gevormd; vonkbrug, condensator en primaire spoel, een LC circuit. De volle condensator kan zich nu ontladen door de primaire spoel.

Als er stroom door een spoel loopt wordt er een magnetisch veld opgewekt. Nu gebeurt er iets opmerkelijks. Om en om wordt de energie opgeslagen in het elektrische veld van de condensator of opgeslagen in het magnetische veld van de spoel. Het circuit gaat resoneren.

LC resonantie kun je goed vergelijken met een slingerend gewicht aan een touwtje. Gedurende het opladen van de condensator trek je het gewichtje naar je toe. Als de vonkbrug doorslaat laat je het gewichtje los en het zal een hele tijd blijven slingeren. Door het circuit loopt een hoogfrequente wisselstroom die door weerstand langzaam zal uitsterven net als dat een gewicht aan een touwtje langzaam tot stilstand komt door luchtweerstand.

We wisten al, wanneer stroom door een spoel loopt er een magnetisch veld wordt opgewekt. Andersom is dat ook zo. De secundaire spoel staat in het magnetisch veld van de primaire spoel. De secondaire spoel vormt met de toroid, die vreemde metalen donut boven op een teslaspoel, ook een LC circuit. Doordat circuit zal dus ook stroom gaan lopen.

Het secundaire circuit resoneert op precies dezelfde frequentie als het primaire circuit. In het primaire circuit bevindt zich een grote condensator en een kleine spoel. In het secundaire circuit een grote spoel en een kleine condensator. Door deze verhouding wordt de spanning omhoog getransformeerd.

Deze transformatorwerking heeft dus gevolg voor de spanningsoverdracht. De stroomsterkte in het primaire en secundaire deel worden echter ook getransformeerd; hierbij vindt een transformatie omlaag plaats. Dit heeft tot gevolg dat er in het primaire circuit een hoge stroom loopt met een relatief lage spanning, en in het secundaire circuit een hoge spanning ontstaat met een relatief lage stroom. Die spanning wordt zo hoog, dat de in de toroid opgebouwde lading aan alle kanten ontsnapt in de vorm van lange vonken ook we streamers genoemd.

Het opladen van de condensator tot het doorslaan van de vonkbrug duurt 2-10 milliseconden en vindt tussen de 100 en 500 keer per seconde plaats. Het moment van resonantie waarbij de hele hoge spanning worden opgewekt en er streamers zijn is maar heel erg kort, in de orde van 100us. Energie wordt dus langzaam opgebouwd en komt in een kort heftig moment weer vrij.
De magnetische koppeling tussen de twee circuits is nogal losjes. Het duurt aan aantal cycli voordat alle energie is over gebracht. Op een gegeven moment zit alle energie in het secundaire circuit, er vindt een 180 graden fase verschuiving plaats. Nu slingert het secondaire circuit juist het primaire circuit in beweging tot alle energie daar weer terug is. De spannings verlopen gaan er dan als volgt uitzien, de hartslag van een teslaspoel :

	De spanning in het primaire circuit. Een hoogfrequente wisselspanning die om de paar cycli afneemt en weer toeneemt. De punten waarbij de spanning heel laag is worden knopen genoemt. De spanning is maximaal in de orde van 4-20kV In een van de knopen zal de vonkbrug doven, dat is meestal op de tweede of derde knoop.
	De spanning in het secundaire circuit. In de knopen van het primaire circuit is de spanning hier juist heel hoog. De spanning is hier 100kV tot 1MV. De resonantie sterft langzaam uit terwijl die energie vrijkomt in de vorm van licht en warmte in de vonkbrug en de streamers.

Meer theorie is in de maak.
Arjan.