Étude sur les antennes de Nikola Tesla - page 1/2
Étude sur les antennes de Nikola Tesla
Première partie
Une recherche d'Yjah du 16/10/2011
Pour écrire à Yjah :
Sur une idée de la revue N e x u s,
elle-même basée sur le brevet de Nikola Tesla.
Schéma 1
Matériel de base :
Le transformateur (appellation par défaut) de chaque antenne comporte un enroulement (C et C’) de 5 spires et un deuxième enroulement (A et A’) : 70 spires
A et C sont enroulés dans le même sens sur un même transformateur, A’ et C’ sont enroulés dans un même sens mais contraire à celui de A et C… par exemple, les bobines de l’antenne émettrice sont enroulées dans le sens horaire et celles de la réceptrice en sens inverse.
La tige filetée en laiton mesure 30 cm, dont :
- 1.5 cm à la base pour la fixation du plexi du transfo et de la plaque support.
- 3.5 cm entrant dans la sphère.
Chaque sphère est faite de papier journal non compressé, le tout enroulé dans une feuille d'aluminium. Leur diamètre moyen est de 12 cm.
Le petit fil de cuivre émaillé qui semble « volant », sur la photo ci-dessus, sert en fait de « terre virtuelle » et relie les 2 antennes du point extérieur du secondaire de l’un au point extérieur du secondaire de l’autre.
Il est à noter que le point central de chaque secondaire est lui-même relié à la tige fileté qui le traverse.
Enfin, chaque primaire abouti au bornes d’un domino équipé de 2 fils (jaune/vert) qui seront reliés, pour l’émetteur au GBF et pour le récepteur à l’oscillo.
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PREMIER ESSAI (16/10/2011 -- 18h15)
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Matériel :
- les 2 antennes.
- un oscilloscope,
- un GBF (F maxi = 3Mhz).
La tension crête à crête sortant du GBF est de 22Vcc (cc = crête à crête).
La fréquence de départ est de 1Mhz et l'onde est sinusoïdale.
Ce signal est injecté au primaire de la première antenne.
On retrouve un faible signal sur le secondaire de la deuxième antenne distante de 1.2m.
En augmentant la fréquence, le signal reçu atteint un maximum de 8Vcc lorsque la fréquence est de 1.7Mhz. (Il n'y a aucune charge sur ce secondaire).
En rapprochant ou en éloignant les antennes, le signal reçu reste le même.
Si on passe la main entre les deux antennes le signal reste le même.
Si on pose la main sur l'une des 2 sphères, le signal s'écroule de moitié.
Le changement de forme d'onde, passage en carré puis en triangle, n'apporte pas d'amélioration au signal.
Il est à noter que l'oscillo et le GBF ont une mise à la terre.
Par curiosité, la masse a été retirée au signal d'entrée, ne laissant ainsi que le "+".
Le signal de sortie reste le même.
Toujours par curiosité, du côté oscillo le signal de sortie n'a été collecté qu'à une seule borne du secondaire et injectée au "+" de l'oscillo.
Le signal de sortie reste le même.
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Il faut envisager d'alimenter les appareils sans mise à la terre.
Ou de monter un petit GBF allant de 1Mhz à 10Mhz.
Cette deuxième solution, moins risquée électriquement, est préférable,
même si le travail demandé est un peu plus lourd,
du à la conception d'un GBF de bonne qualité.
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* * * * * FIN de ce premier essai * * * * *
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DEUXIEME ESSAI (17/10/2011 -- 17h15)
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Issu du premier essai, le choix de la fréquence de travail sera de 1.7MHz et la tension délivrée reste à 22Vcc. Le GBF et l’oscilloscope sont isolés de la terre.
Les antennes sont à présent reliées chacune à un tube de cuivre, lui-même planté en terre.
Les 2 tubes de cuivre sont distants de 13m.
Première particularité : le GBF est allumé, le signal délivré est de 22Vcc sous 1.7Mhz, mais pas encore connecté à l’antenne émettrice. Pourtant l’oscillo qui reçoit le signal de l’antenne réceptrice, montre une sinusoïde de même fréquence pour une tension crête à crête (que nous appellerons Vs pour le reste de cette étude) qui est de 125mVcc.
Débutons les essais : les deux antennes sont distantes de 40 cm.
1- On branche d’abord le point chaud du GBF à un des 2 fils du primaire, la masse n’est pas encore branchée, mais Vs = 600mVcc.
2- On branche la masse du GBF au deuxième fil du primaire : Vs = 2.25Vcc.
3- On écarte les antennes jusqu’à 80cm : Vs = 2Vcc
4- Puis l’écart est passé à 1.2m mais Vs reste à 2Vcc.
5- La masse du GBF est débranchée du primaire : Vs = 1.7Vcc.
6- La masse de l’oscillo est débranchée du primaire du récepteur : Vs = 7.8Vcc
7- Les sphères sont alors retirées : Vs = 7.4Vcc.
8- En effleurant la tige filetée du récepteur avec la main, Vs reste à 7.4Vcc.
9- En effleurant la tige filetée de l’émetteur avec la main, Vs = 9.4Vcc.
10- Les essais 7, 8, 9 sont repris mais les antennes sont séparées par 2.4m.
Les mesures de Vs sont identiques à celles des essais 7, 8, 9.
11- On retire la mise à la terre du récepteur : Vs = 4.8Vcc
12- En effleurant la tige filetée du récepteur avec la main, Vs = 6Vcc.
13- En effleurant la tige filetée de l’émetteur avec la main, Vs = 7.4Vcc.
Constat :
1- La réception ne montre en aucune manière un COP supérieur à 1.
2- Les sphères ne semblent pas apporter grand-chose dans ce cas de figure.
3- A partir et au-delà de 1.2m il semble que la réception reste la même. A moins que le fait que les appareils soient reliés à la terre ait une influence.
4- En débranchant les masses des appareils et donc des primaires, la tension reçue augmente.
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Conclusion :
Nous sommes loin des résultats obtenus par Nexus.
A revoir donc.
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* * * * * FIN de ce deuxième essai * * * * *
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TROISIEME ESSAI (18/10/2011 -- 20h00)
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Le principe de mise à la terre n’ayant pas apporté d’avantage, les antennes sont à nouveau reliées entre elles par un fil simulant la terre.
Leur sphère est maintenant placée en haut d’une tige filetée en acier de 1 m.
Le GBF et l’oscilloscope sont toujours isolés de la terre.
La distance entre les deux tiges filetées est de 75cm.
Les deux antennes sont reliées entre elles par un fil en remplacement de leur connexion à la terre.
Le GBF et l'oscillo ne sont pas reliés à la terre.
Cette première vidéo est réalisée sans résistance de charge. Le signal de l'antenne réceptrice est donc pris directement sur le primaire et envoyé à l'oscillo.
Deux oscillos auraient été nécessaires, malheureusement, je n'en ai qu'un seul.
Enfin, désolé pour le cadrage, mais je n'ai que deux mains pour cadrer, zoomer, régler l'oscillo, modifier la fréquence, changer les points de mesures...
Si vous ne pouvez pas lire le film
Vidéo téléchargeable ici
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Prochaine étape : Une charge de 47 ohms
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* * * * * FIN de ce troisième essai * * * * *
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QUATRIEME ESSAI (18/10/2011 -- 22h00)
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Essai en charge : cette charge est une simple résistance de 47 ohms.
Si vous ne pouvez pas lire le film
Vidéo téléchargeable ici
Malheureusement, le lendemain, cet essai n’a pas reproduit les mêmes résultats.
Il est apparu que la résistance était mal insérée dans le domino, et le COP de 1.5 s’est effondré pour repasser inférieur à 1.
Mais qu’à cela ne tienne.
Tesla disait qu’il faut que les bobines aient un grand diamètre de façon à ce qu’il n’y ait pas de risque d’arc électrique entre le centre de la grande bobine et les 2 spires de la bobine extérieure.
Alors en avant pour de grandes bobines.
Ce sera la suite de cette étude qui comportera également une recherche électronique visant à remplacer l’éclateur bruyant et demandant une extrème prudence dans sa manipulation.
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PREPARATION essai 5 (début le 22/10/2011)
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Nous nous baserons sur un brevet de Tesla similaire au premier.
Schéma 2
Pour ce cinquième essai, les antennes sont reliées chacune à une terre, par un fil rigide vert et jaune classique de 1.5mm² et un tube de cuivre enfoncé d’un mètre dans le terrain. (le tube de cuivre pour la plomberie fait 14 mm de diamètre)
Ici la variante du brevet consiste à retirer les 2 sphères et à relier les sommets des tiges par un fil.
Nous commencerons par un essai de réalisation d’une bobine d’environ 20cm de diamètre avec du fil rigide de 1.5mm² de section du commerce à destination de nos habitations (pour l’éclairage essentiellement). Avec sa gaine (bleue ici), le diamètre de ce fil atteint en gros 2.3mm.
Le pied à coulisse ne donne pas quelque chose de constant, alors ce sera 2.3mm.
Pour enrouler cette bobine au mieux et voir si tout se passe correctement, on fabrique une étoile à 8 branches dont quatre comportent des « lumières » par lesquelles on pourra vérifier le bon enroulement des premières spires.
Et voilà le travail…
Le plateau fait 30cm de coté et l’étoile environ 23 cm.
Pour enrouler, l’ensemble était fixe sur la table. La bobine dévideuse à fait le tour autour de l’axe (ici, la tige filetée), guidée par nos mimines.
Il a fallu plus de temps pour réaliser l’étoile que pour enrouler la bobine. Pour cette dernière, seulement 5 minutes ont suffit pour 40 spires. La longueur enroulée est de 13.5m.
Réaliser une seconde antenne de même taille n’était pas envisageable en raison de la fréquence qui aurait été demandée.
Selon Tesla, cette fréquence est fonction de la longueur enroulée pour la bobine interne (A et A’ du schéma montré au début de cette étude).
La fréquence (en Hz) est aussi fonction de la longueur d’onde (lambda en m) et de la vitesse de la lumière (C en m/s).
Ce qui nous donne dans un premier temps :
F = C / lambda.
Et, toujours selon Tesla, la longueur du fil (lg en m) doit être égale au quart de la longueur d’onde.
Finalement nous obtenons :
Et pour cette bobine d’essai,
F = 299765000 / ( 4 * 13.5) = 5550000 Hz,
- soit environ 5.5 Mhz.
Cette fréquence est trop élevée pour notre générateur de fréquence qui plafonne à 3 MHz.
En revanche, nous avons vu que des bobines plus grandes sont réalisables et que le gros fil est plus facile à enrouler que le 0.6mm des premières antennes.
Alors passons aux choses sérieuses.
D’abord il est décidé que la fréquence serait aux alentours de 1.5 Mhz.
Il fallait bien décider quelque chose. Après calculs nous décidons 80 spires qui nous amènent à 1.25 MHz.
Préparons notre première étoile.
On avait des plaques de 80 cm de coté, 2 en isorel et 2 en contre plaqué, les quatre en 16mm d’épaisseur.
Par simplicité on a décidé de ne pas recouper et d’utiliser toute la surface de ces plaques.
L’étoile sera quand même un disque, simplement parce que pour enrouler le fil il vaut mieux tourner autour de quelque chose de rond que de carré. Ceci afin d’empêcher de se retrouver accroché intempestivement aux angles et ainsi de risquer de plier le fil. Tout « gondolage » entraîne une mauvaise « jointure » entre les spires.
Et voilà notre première étoile en isorel avec ses « lumières » permettant de contrôler le bon enroulement des spires.
Maintenant, « yapluka », comme dirait machin.
Alors, au boulot, enroulons nos 80 spires. Pour cette première bobine ce sera du fil bleu rigide de 1.5mm² du commerce (comme pour la bobine d’essai).
Le disque en isorel est assez régulier dans sa planéité.
En revanche le contre plaqué (à ne plus utiliser pour ce genre d’ouvrage) se tord de rire…
Nous pas, parce que pour enrouler 80 spires proprement ça sent la galère.
Le fait est dit, 5 minutes pour enrouler la bobine d’essai, 2 heures pour enrouler la vraie.
Les spires ne sont pas jointées partout et allez donc savoir pourquoi, il y a 85 spires.
Bon ce n’est pas dramatique, on retirera les 5 en trop.
Et l’ensemble est assez propre.
On voit bien qu’il reste de la marge et qu’on peut monter jusqu’à 120 spires. Le fil bleu nous aurait fait défaut à partir de la 92ième et la pénurie en fil rouge nous limite à 81, d’où le choix initial de 80 spires.
Et voilà la bobine rouge qui a un plateau plus plat et donc un bobinage plus propre.
La bleue est ramenée à 80 spires et 2 spires de fil rigide violet en 1.5mm² sont ajoutées à la bleue et à la rouge (spires repérées C et C’) sur le schéma de la première page.
Voilà les deux antennes prêtes pour les essais.
La rouge sera l’antenne émettrice et la bleue la réceptrice.
Nota : le fil blanc à gauche sur la bobine rouge est un simple tendeur pour maintenir la tige filetée en place.
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CINQUIEME ESSAI (8/11/2011 – 19h00)
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La distance séparant les deux antennes est de 5.2 mètres, la tension injectée reste faible, nous n’aurons pas besoin des piliers de soutien visibles sur le schéma 2 (du brevet 593138 ci-dessus).
En revanche les deux tiges étant reliées électriquement par un fil souple, il nous faut placer des tendeurs dont un est visible sur la photo ci-dessus.
Et les essais démarrent, les antennes ne sont pas encore reliées.
La recherche de la bonne fréquence (forme sinusoïdale) nous donne :
Pour la bleue : 570 KHz.
Pour la rouge : 587 KHz.
On est loin du résultat donné par la formule qui était 1.5 MHz.
L’écart de ces fréquences vient peut-être de la différence de qualité des enroulements.
On relie à présent les antennes par leur sommet.
La fréquence d’accord est maintenant de 700 KHz.
A n’y rien comprendre.
Le couplage et le fil de liaison doivent avoir un rôle dans ce changement de fréquence.
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SIXIEME ESSAI (9/11/2011 – 19h00)
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Une petite différence avec le brevet de Tesla.
Sur son brevet on voit que le point milieu des bobines externes est relié à la masse avec l’extrémité externe de la grande bobine.
Tesla explique que cet artifice permet de limiter les risques d’arcs électriques.
Sur nos antennes il n’y a pas de liaison entre les bobines externes et internes.
Ici avec l’énorme tension de 10Vc/c et quelques milliampères au primaire de l’émettrice on ne risque absolument rien.
Schéma de travail :
fig 1.
Ue est la tension injectée par le GBF sur Be1 (nous utiliserons la notation Ube1 par la suite)
Be1 est la bobine de 2 spires de l’émettrice.
Be2 est la bobine de 80 spires de l’émettrice.
Br1 est la bobine de 80 spires de la réceptrice.
Br2 est la bobine de 2 spires de la réceptrice.
Première lot de mesures :
F = 580 KHz -- -- Ube1 = 8.4 Vc/c -- -- Ube2 = 179 Vc/c
Ubr1 = 188 Vc/c -- -- Ubr2 = 2 Vc/c
F = 735 KHz -- -- Ube1 = 8 Vc/c -- -- Ube2 = 40 Vc/c
Ubr1 = 45 Vc/c -- -- Ubr2 = 8.8 Vc/c
Avec ce premier lot de mesures, on note que ce n’est pas avec une forte tension sur la bobine secondaire émettrice qu’on a le meilleur résultat sur Br2.
Bizarrement il semble que 40 Vc/c suffisent à obtenir un gain de 1 (en tension) entre émission et réception sous une fréquence sinus de 735 KHz.
Le courant reçu ne doit pas être formidable.
Une ampoule de 12V est branchée aux bornes de Br2.
Bien sur elle ne s’éclaire pas, et Ubr1 s’écroule en dessous de 10 mV c/c.
En jouant sur la fréquence d’entrée, le mieux qu’on obtient c’est :
F = 618 KHz -- -- Ube1 = 8 Vc/c -- -- Ube2 = 135 Vc/c
Ubr1 = 160 Vc/c -- Ubr2 = 0.28 Vc/c
Et bien sur, avec 0.28V, l’ampoule reste éteinte.
A présent, on peut voir que tout se « mord la queue ».
Si on fait varier la fréquence, la tension varie.
Ce qui est normal puisque l’impédance de la bobine varie en fonction de cette fréquence.
On note également que la fréquence de résonance n’est pas celle qui apporte le plus de tension sur les bobines de 80 spires.
Quelques mesures on été faites avant la liaison des 2 antennes.
Nous avons noté que la plus grande amplification de la tension est à :
F = 577 KHz , avec Ube1 = 9 Vc/c et Ube2 = 480 Vc/c
Soit un coeff de 53 alors que nous attendions 360 Vc/c puisque le rapport Be2 sur Be1 est de 40.
Les 2 grandes bobines se trouvant en parallèle dès lors qu’elles sont reliées, le rapport de transformation se voit modifié. Ce qui justifierait une moins grande amplification.
Mais avec un signal sinusoïdal, Tesla a souligné qu’on continuait à travailler en électromagnétisme et de cette manière il reste des pertes par effet Joule et il ne peut pas y avoir de sur unité.
Aussi pour la deuxième partie de cette étude, nous utiliserons un impulseur.
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* * * * * FIN DE CETTE PREMIERE PARTIE * * * * *
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Pour écrire à Yjah :
La théorie, c'est quand on sait tout et que rien ne fonctionne,
la pratique, c'est quand tout fonctionne et que personne ne sais pourquoi.
Ici, nous avons réuni théorie et pratique : rien ne fonctionne .... et personne ne sais pourquoi !
(Albert Einstein)
