テスラコイルの解釈 (雑記メモ程度のつもりで参考にしてください)
テスラコイルを共振させる
詳しい解説は、多くのWebサイトで行われているので、改めて言うこともない。YoutubeにもテスラコイルのビデオがたくさんUPされている。
その多くは、巨大な放電を楽しんだり、オーディオ変調したりというものだ。今の流行はSSTCといって半導体素子で電流をスイッチングするものだ。
発振回路の定数次第で好きな周波数でテスラコイルをドライブできる。テスラコイルの共振周波数 しかし、テスラコイルの共振周波数はあくまで2次コイル構造つまりインダクタンスLとトロイドのキャパシタCで決まる。
マッチした共振周波数で動かしたければ、2次コイルで発生する電界なり磁界なりをフィードバックしてスイッチング素子を駆動する必要がある。(このページの上にあるSSTC(Solid state tesla coil)は電磁波をアンテナで拾ってフィードバックしている)
昔のスパークギャップ式のテスラコイルは、インパルス放電を利用して広範囲の周波数の電流を生じさせ、ちょうど共振条件に見合う成分だけを利用したものである。さて、テスラコイルは放電を鑑賞するためのものではない。
一番の目的は電力伝送であるが、ここからが”謎の領域”に突入する。もちろん私もよくわかっていない。
ただ強烈に電磁場を撒き散らすだけのものではない。
放電はエネルギーのロス 放電はエネルギーのロスである
目に見えるほど放電させるとそこから電磁波が発生する。
エネルギー伝送のためには放電していいんじゃないの?と考えたくもなる。
テスラコイル実験ビデオ1の通り、2次コイル先端で放電が起こると、となりのコイルにエネルギーが伝わらない。メインコイルの放電を止めると隣のコイルが元気になる。さてテスラコイルに深くのめり込むと、トーマス・ベアデンとか、ジョージ・ハチソンとか、テスラ波、スカラー波とかいう面白いキーワードにぶつかる。ここで、優秀な技術者は立ち止まって社会に戻っていくのだが、もう少し先を覗いてみたいと思う。電磁波というのは電界と磁界が横波として伝わっていくものと教科書には書いてある。
アンテナに電流を流すと、電流の周りに磁界ができる。
ギャップの両端に電圧を印加すると、電界ができる。
磁界・電界いずれも波の進行方向に対しては横を向いている。一方、何もない空間に点電荷が置かれた場合、電界は点電荷から放射状に発生する。
電界の向きは、電荷に対して縦向きだ。
教科書では点電荷は突然現れないし、電荷量は時間がたっても増減しないし、電場は初めから無限遠方まで出来上がっている。

テスラコイルでは電界の方向が縦方向になる(?)テスラコイルから発生する電界
テスラコイルの場合はどうだろうか
トロイドに発生する電荷量は高周波でプラスとマイナスに繰り返し変動する。
もし2次コイルの土台も電極だったら、上がプラスにチャージされた時には下はマイナスにチャージされ、上下の電極間に交番電界が発生するだろう。
2次コイルの土台を接地することに意味がありそうだ。さて、交流電界が光速で伝播することはわかっている。
点電荷の作る静電場はどのように伝播するのだろう?(GNDの振る舞いを検討する必要があるが)空気が膨らんだり縮んだりするのと同じように、静電場が縦波として伝播しているイメージができあがる。
電荷というのはスカラー量、その作る電場はスカラーポテンシャル。その波としての振る舞いをスカラー波とかテスラ波とか言っているのだろうか?そんなことを考えると、放電なんて無駄なことはできなくなる。


エネルギー伝送の理屈
推測で突っ走れるのがアマチュアの特権。受信側テスラコイルも大地アースされていることに意味があります。送受信両方のテスラコイルの共振周波数のマッチングが取れていれば、たとえ受信側に届く電力が微弱でもよいのだ。 パワーでなく信号程度の強度でも、受信側コイルを共振させることができるだろうと思う。
共振とはそういうものだ。共振の振幅がどんどん大きくなるにつれ、母なる地球からどんどん電子を吸い上げられるようになり、1次コイルを通してエネルギーを取り出せる。
エネルギーは送信側のテスラコイルから受け取るんじゃなく、地球から受け取っているイメージ。つまり、テスラコイルは電力の空中伝送をするものではなく
地球という電池の付いた、コイルと、トロイドからなるLC共振回路を、
ちょっと震えさせるだけの信号を送るものなのではないだろうか。

謎は解けたかワトソン君。
ご意見あればお願いします

問題は山積みである。
1.縦波(スカラー波?)の物理学
2.信号の伝送は電磁波?それとも別の形態波?
3.うちはマンションなので大地アースが取れない(死活問題)

テスラコイルの使い方、地球の揺らし方 へ続く