Анатомия Румкорфа

Сей весьма интересный прибор посчастливилось мне приобрести на OLX.UA. Это действительно удача, т.к катушки Румкорфа практически исчезли из кабинетов физики и являются очень редкими.

Эта статья задумывалась, как описание возможностей катушки и некоторых опытов с ней, но забегая вперед, скажу, что моя катушка вышла из строя, поэтому эта статья посвящена анатомии катушки в прямом смысле слова. В принципе, я нигде не встречал описание внутренностей катушки, так что, даже из поломки нужно извлекать пользу. Опять таки, забегая вперед, скажу, что не всё потеряно и моя катушка будет жить)

Собственно, представляю вам мою катушку Румкорфа, она же индукционная катушка, она же Индуктор высоковольтный ИВ-100.

 

Эта модель, так называемой, "Одесской" катушки, т.е произведенной в Одессе на заводе Физэлектроприборов "Красный Октябрь" в 1967 году. Число "100" в её названии означает длину искры, которую способна выдать эта катушка, т.е 100 мм.

Информация по катушке найденная в книге: Учебное оборудование по физике для средней школы [Текст] : Каталог-справочник / М-во просвещения РСФСР. Главснабпрос. - Москва : Учпедгиз, 1958.

Правда, в книге Индуктор  немного другой конструкции, поэтому немного данных по моей:

Длина катушки около 210 мм.

Диаметр без стоек 100 мм.

Расстояние между борнами 130 мм.

Длина основания 330 мм.

Ширина основания 100 мм.

Высота основания 35 мм. 

.

Кстати, отправитель посылки сделал небольшую пакость - обмотал скотчем оригинальную коробку этой катушки. Ладно бы прозрачным, ещё можно б было восстановить этикетку, а то белым скотчем обмотал и испортил этикетку. Ну, бывает...

Электрическая схема:

Принцип работы самой катушки я не буду описывать, об этом лучше почитать в Википедии. Я же расскажу о том роковом дне, когда...

Был обычный день, который не предвещал ничего плохого. Радуясь своим приобретением я хотел сделать фотографии разрядов на длинной выдержке и потом поделиться ими с миром. Должны были получится очень красивые фотографии, типо, пучка искр, а не одиночных разрядов но... Но, вдруг, разряд катушки пропал. Не совсем пропал, но уже заветные 100 мм никак не получалось выжать, только около 20-30 мм. Первая мысль - пробой изоляции вторичной обмотки. Это действительно ужасная мысль, т.к вторичная обмотка состоит из огромного количества витков тонкого провода! Её просто нереально отремонтировать, если не поможет варка в парафине.

Знающие люди мне говорили, что учитывая возраст не желательно выжимать максимум из катушки, но я же думал, что если сделано в СССР, то это надежно. Да и, знающие люди говорили, что если и выжимать максимум, то хотя бы после варки катушки в парафине с целью улучшить изоляционные свойства, т.к напряжение все таки высокое.

Конечно же, я прислушался к совету, но уже было слишком поздно...

И так, начинаем разбирать катушку. Отделяем от основания, потом выкручиваем болты борнов (электродов).

Потом, снимаем торцевые крышки. Кстати, тут нужно быть осторожным, т.к верхняя планка, как бы, держит торцевые крышки, поэтому нужно аккуратно надавить на ее конец и снять крышку. Вторая крышка снимается уже просто.

Снимаем картонную оболочку. Тут тоже нужно быть аккуратным, т.к вся внутренняя полость залита парафином и картон может склеится, поэтому при отделении картона можно его повредить. На выходе получаем парафиновый цилиндр.

Что бы добраться к заветной вторичной обмотки, нужно снять слой парафина, но не спешите его снимать в буквальном смысле слова. Нож или отвертку использовать категорически воспрещается, т.к можно повредить саму обмотку и тогда только мусорное ведро решит вашу проблему. Я же решил действовать следующим образом.

Было лето, я мог только мечтать об отдыхе на море, хотя терпеть не могу жару, впрочем, как и само лето именно из-за невыносимой жары. Так вот, парафин достаточно хорошо плавится при низкой температуре и он тоже не переносит жару) Немного времени на солнце и он очень легко отделяется от вторичной катушки.

Потом, была небольшая проблема вынуть сердечник, т.к парафин очень хорошо его закрепил внутри обмоток. Помог фен. Я прогрел сердечник и катушки соскочили с него. Тут тоже нужно быть аккуратным, т.к поток воздуха фена чуток разбрызгивает парафин. Сами же катушки желательно как-то придерживать, ведь они спаяны между собой и можно нечайно оборвать провод.

Сердечник собран из пластин и имеет форму шестигранника с длиной грани около 12 мм.
В принципе, можно было не снимать обмотку с железного сердечника, но я сделал это, т.к думал, что причина поломки может быть и в ней тоже.

Обмоточные данные первичной катушки:

Длина сердечника 210 мм (полезная длина - 17 см.).

 Диаметр около 22 мм (каркас - около 25 мм).

Обмотка в 2 слоя: 136 витков и 40 + 4 + 40 витков, всего 220 витков.

Провод в шелковой изоляции диаметром 1,1 мм

(по эмали - 0,94 мм).

Сопротивление обмотки около 1,4 Ом.

Что касается вторичной обмотки, то ох я с ней и намучился. У неё отвалились выводы, которые идут на электроды. Их довольно таки трудно паять, т.к провод очень тонкий. Отваливались они раза три)) Потом, сама варка в парафине тоже была неудачной. Первый раз, после варки я сразу вынул катушку из парафина, чего делать нельзя, т.к парафин просто весь стек) Второй раз обмотку пришлось оставить в сосуде с парафином, который затвердел так, что я еле еле извлек обмотку из сосуда.

Саму варку нужно проводить на водяной бане, что бы парафин не закипал и не загорелся. Время варки около 1 часа.
Следите за кипением воды, она может попасть в посуду с парафином. В принципе, ничего страшного, т.к вода тяжелее и сразу падает на дно, но ее наличие не желательное.

Но, как я писал ранее, варка в парафине не помогла решить проблему ослабления искры моей катушки.

О перемотке (поиске места повреждения) и речи быть не может! Без необходимого оборудования - это адский труд, который мне не под силу. Так же, не помогла перемотка первичной обмотки и замена конденсатора на прерывателе. Кстати, вот он:

Изначально он был "пробит" и был заменен на современный. С ним катушка проработала не долго... Емкость конденсатора 1 мкФ на 600 (630) вольт. Можно ставить и конденсаторы чуть большей емкости, это повлияет на длину и силу разряда.

Так вот, после всех возможных попыток реанимировать катушку, ей был поставлен окончательный диагноз - смерть в результате передоза, точнее, перегруза)

Единственным способом воскрешения является перемотка, а точнее, намотка новой вторичной обмотки. Собственно, намотка новой обмотки и будет произведена в ближайшее будущее и уже в следующей статье, надеюсь, я продемонстрирую уже работающую катушку.

Правда, возникла проблема с определением намоточных данных вторичной обмотки. Мне известны следующие данные:

Намоточные данные вторичной обмотки:

Длина одной катушки 85 мм.

Диаметр 60 мм.

Диаметр каркаса 30 мм.

Длина намотки 50 мм.

Толщина намотки 15 мм.

Диаметр провода 0,1 мм по эмали (0,07 мм по меди).

Сопротивление катушек по 11кОм.

Провод вторичной катушки высокотемпературный с двойной эмалью.

Заминка возникла в определении количества витков. Если брать во внимание сопротивление самой обмотки (10 кОм или 10 000 Ом) и сопротивление провода 2,196 ом на 1 м, то получим общую длину провода 4500 м или около 5 км (!).

Теоретически, количество витков можно посчитать несколькими способами:

Способ № 1 - это рассчитать среднюю длину витка и поделить общую длину провода на полученное значение. Средняя длина витка выходит 141,3 мм. Расчет выглядит так:

Средний диаметр катушки = диаметр каркаса 30 мм + толщина намотки 15 мм = 45 мм.

Длина витка = 2 * 3,14 * 22,5 (радиус) = 141,3 мм = 0,14 м.

Количество витков = длина провода 4500 м / длину витка 0,14 м ≈ 32000.

Способ № 2. Я исходил из того, что в катушке около 90 слоев, т.е 0,1 мм сам провод и парафиновая бумага 0,07 мм., а значит, всего в 15 мм толщины намотки укладывается 90 слоев.

Сумма длин витков во всех 90 слоях равна 12,753 м. (рассчитываются с начальным радиусом 1,5 см и далее с шагом 0,17 мм), а количество витков в слое равно около 450 (50мм длина намотки / диаметр провода 0,11мм (с поправкой)). Таким образом, если умножить количество слоев (90) на количество витков в слое (450) мы получим 40500 витков в обмотке. А если умножить сумму длин витков (12,753) на количество витков в слое (450), то мы получим около 5700 м общей длины провода, что вполне согласуется с длиной провода определенной по его сопротивлению.

Способ № 2 не точный, т.к не известно сколько слоев в обмотке. Возможно их не 90, а 70, тогда мы получим цифру почти такую же, как и в Способе № 1.

В общем, такая вот анатомия :) Надеюсь, эта статья будет полезной, в частности, для обладателей катушки Румкорфа. В принципе, эту катушку можно изготовить и самому, точнее, заказать намотку вторичной обмотки, а остальное можно сделать и самому. Некоторые книги и дополнительную информацию на эту тему я выложу во второй статье посвященной воскрешению моей катушки Румкорфа.

ЗЫ. Я задался целью, по мере возможности, коллекционировать интересные школьные приборы по физике. Поэтому, опять таки, по мере возможности, буду выкладывать обзорные статьи. У кого имеются какие-то приборы, готов рассмотреть их покупку или принятие в дар :)