Rolle von Tesla

Eine Rolle von Tesla ist ein elektrischer widerhallender Transformator-Stromkreis, der von Nikola Tesla 1891 erfunden ist. Es wird verwendet, um Hochspannung, niedrige aktuelle, hohe Frequenzwechselstrom-Elektrizität zu erzeugen.

Rollen von Tesla erzeugen höheren Strom als die andere Quelle von Hochspannungsentladungen, elektrostatischen Maschinen. Tesla hat mit mehreren verschiedenen Konfigurationen experimentiert, und sie bestehen aus zwei, oder manchmal drei, verbundene widerhallende elektrische Stromkreise.

Tesla hat diese Rollen verwendet, um innovative Experimente in der elektrischen Beleuchtung, der Phosphoreszenz, der Röntgenstrahl-Generation, den hohen Frequenzwechselstrom-Phänomenen, electrotherapy, und der Übertragung der elektrischen Energie ohne Leitungen durchzuführen. Rolle-Stromkreise von Tesla wurden gewerblich in sparkgap Radiosendern für die Radiotelegrafie bis zu den 1920er Jahren, und in der pseudomedizinischen Ausrüstung wie electrotherapy und violette Strahl-Geräte verwendet. Heute ist ihr Hauptgebrauch für die Unterhaltung und Bildungsanzeigen.

Theorie

Ein Tesla-Rolle-Transformator bedient auf eine bedeutsam verschiedene Mode von einem herkömmlichen (d. h., Eisenkern) Transformator. In einem herkömmlichen Transformator werden die windings sehr dicht verbunden, und Spannungsverstärkung wird durch das Verhältnis der Zahlen von Umdrehungen im windings bestimmt. Das arbeitet gut an normalen Stromspannungen, aber, an Hochspannungen, wird die Isolierung zwischen den zwei Sätzen von windings leicht gebrochen, und das verhindert entkernte Transformatoren von Eisen daran, an äußerst Hochspannungen ohne Schaden zu laufen.

Mit Tesla-Rollen verschieden von einem herkömmlichen Transformator (der 97 % + von den Feldern zwischen windings verbinden kann) wird ein Rolle-windings von Tesla mit einer großen Luftlücke "lose" verbunden, und so teilt die Vorwahl und sekundär normalerweise nur 10-20 % ihrer jeweiligen magnetischen Felder. Statt einer dichten Kopplung überträgt die Rolle Energie (über die lose Kopplung) von einem schwingendem widerhallendem Stromkreis (die Vorwahl) zum anderen (das sekundäre) über mehrere RF Zyklen.

Als die primäre Energie zum sekundären, die Produktionsstromspannungszunahmen des secondary überwechselt, bis die ganze verfügbare primäre Energie dem sekundären (weniger Verluste) übertragen worden ist. Sogar mit bedeutenden Funken-Lücke-Verlusten kann eine gut bestimmte Rolle von Tesla mehr als 85 % der Energie übertragen, die am Anfang im primären Kondensator zum sekundären Stromkreis versorgt ist. Die von einer Rolle von Tesla erreichbare Stromspannung kann bedeutsam größer sein als ein herkömmlicher Transformator, weil das sekundäre Winden ein langes einzelnes Schicht-Solenoid ist, das weit von den Umgebungen getrennt ist und deshalb gut isoliert ist, außerdem ist die Stromspannung pro Umdrehung in jeder Rolle höher, weil die Rate der Änderung des magnetischen Flusses an hohen Frequenzen hoch ist.

Mit der losen Kopplung ist die Spannungsverstärkung stattdessen zur Quadratwurzel des Verhältnisses der sekundären und primären Induktanz proportional. Weil das sekundäre Winden Wunde ist, um an derselben Frequenz wie die Vorwahl widerhallend zu sein, ist diese Spannungsverstärkung auch zur Quadratwurzel des Verhältnisses des primären Kondensators zur Streukapazität des sekundären proportional.

Geschichte

Der Tesla-Rolle-Transformator hat einen Kondensator verwendet, der, auf die Depression einer kurzen Funken-Lücke, verbunden für eine Rolle von einigen Umdrehungen (das primäre Winden) geworden ist, einen widerhallenden Stromkreis mit der Frequenz der Schwingung, gewöhnlich 20 bis 100 Kilohertz bildend, die durch die Kapazität des Kondensators und die Induktanz der Rolle bestimmt sind. Der Kondensator wurde zur Stromspannung beladen, die notwendig ist, um die Luft der Lücke, über 10KV durch einen linienangetriebenen über die Lücke verbundenen Transformator zu brechen. Der Linientransformator konnte das kurze Stromkreis-Auftreten dulden, während die Lücke ionisiert, oder für die wenigen Millisekunde geblieben ist, bis der hohe Frequenzstrom nachgelassen hatte. Ein prominenteres sekundäres Winden, mit gewaltig mehr Umdrehungen der dünneren Leitung als die Vorwahl, wurde eingestellt, um etwas vom magnetischen Feld der Vorwahl abzufangen. Das sekundäre wurde entworfen, um dieselbe Frequenz der Klangfülle wie das primäre Verwenden nur die Streukapazität des Windens von sich und diesem jedes am oberen Ende gelegten "Zylinders" zu haben.

Später und Rolle-Design der höheren Macht hat eine einzelne Schicht primär und sekundär. Diese Tesla-Rollen werden häufig von Hobbyisten und an Treffpunkten wie Wissenschaftsmuseen verwendet, um lange Funken zu erzeugen.

Der "amerikanische Elektriker" gibt eine Beschreibung einer frühen Rolle von Tesla, worin ein Glasbatterieglas, 15 x 20 Cm (6 x 8 in) Wunde mit 60 bis 80 Umdrehungen von AWG Nr. 18 Magnet-Leitung von B & S (0.823 Mm ²) sind. Darin wird eine Vorwahl geschoben, die aus acht bis zehn Umdrehungen von AWG Nr. 6 Leitung von B & S (13.3 Mm ²) und die ganze Kombination besteht, die in einen Behälter versenkt ist, der Leinsamen oder Mineralöl enthält. (Norrie, pg. 34-35)

1902-Design

Das 1902-Design von Tesla für seinen fortgeschrittenen Vergrößern-Sender hat ein Spitzenterminal verwendet, das aus einem Metallrahmen in Form eines Toroids besteht, der mit hemispherical Tellern bedeckt ist (eine sehr große Leiten-Oberfläche einsetzend). Das Spitzenterminal hat relativ kleine Kapazität, die zu einer so hohen Stromspannung beladen ist wie durchführbar ist. Die Außenoberfläche des Hochleiters ist, wo die elektrische Anklage hauptsächlich anwächst. Es hat einen großen Radius der Krümmung, oder wird aus getrennten Elementen zusammengesetzt, die, ohne Rücksicht auf ihre eigenen Radien der Krümmung, in der Nähe von einander eingeordnet werden, so dass die ideale Außenoberfläche, die sie einwickelt, einen großen Radius hat. Dieses Design hat dem Terminal erlaubt, sehr Hochspannungen zu unterstützen, ohne Korona oder Funken zu erzeugen. Tesla, während seines offenen Anwendungsprozesses, hat eine Vielfalt von Resonator-Terminals an der Oberseite von dieser späteren Rolle beschrieben.

Moderner Tag Rollen von Tesla

Moderne Hochspannungsanhänger bauen gewöhnlich Rollen von Tesla, die einigen von "den späteren" Luftkerndesigns von Tesla ähnlich sind. Diese bestehen normalerweise aus einem primären Schwingungskreis, eine Reihe LC (Induktanz-Kapazität) Stromkreis, der aus einem Hochspannungskondensator, Funken-Lücke und primärer Rolle und dem sekundären LC Stromkreis, eine Reihe widerhallender Stromkreis zusammengesetzt ist, der aus der sekundären Rolle plus eine Endkapazität oder "Spitzenlast besteht." Im fortgeschritteneren Design von Tesla wird der sekundäre LC Stromkreis aus einem Luftkerntransformator sekundäre Rolle gelegt der Reihe nach mit einem spiralenförmigen Resonator zusammengesetzt. Modernste Rollen verwenden nur eine einzelne spiralenförmige Rolle, die sowohl den sekundären als auch primären Resonator umfasst. Die spiralenförmige Rolle wird dann mit dem Terminal verbunden, das einen 'Teller' eines Kondensators, den anderen 'Teller' bildet, der die Erde (oder "Boden") ist. Der primäre LC Stromkreis wird abgestimmt, so dass er an derselben Frequenz wie der sekundäre LC Stromkreis mitschwingt. Die primären und sekundären Rollen werden magnetisch verbunden, einen doppelabgestimmten widerhallenden Luftkerntransformator schaffend. Früheres Öl hat erforderliche große und lange Isolatoren von Rollen von Tesla an ihren Hochspannungsterminals isoliert, um Entladung in Luft zu verhindern. Spätere Version Rollen von Tesla hat ihre elektrischen Felder über große Entfernungen ausgebreitet, um hohe elektrische Betonungen an erster Stelle zu verhindern, dadurch Operation in freier Luft erlaubend.

Modernste Rollen von Tesla verwenden einfache Toroide, die normalerweise von gesponnenem metallenem oder flexiblem Aluminium ducting fabriziert sind, um das hohe elektrische Feld in der Nähe von der Spitze des sekundären zu kontrollieren und Funken zu leiten, äußer und weg vom primären und sekundären windings.

Fortgeschrittenere Rolle-Sender von Tesla schließen ein dichter verbundenes Luftkernklangfülle-Transformator-Netz oder "Master-Oszillator" die Produktion ein, deren dann zu einem anderen Resonator, manchmal genannt die "Extrarolle gefüttert wird." Der Grundsatz ist, dass Energie in der Extrarolle anwächst und die Rolle des sekundären Transformators durch den getrennten sekundären Master-Oszillator gespielt wird; die Rollen werden durch eine sekundäre Single nicht geteilt. In einigen modernen Drei-Rollen-Vergrößern-Sender-Systemen wird die Extrarolle eine Entfernung vom Transformator gelegt. Die direkte magnetische Kopplung zum oberen sekundären ist nicht wünschenswert, da die dritte Rolle entworfen wird, um durch das Einspritzen des RF Stroms direkt ins unterste Ende gesteuert zu werden.

Diese besondere Rolle-Konfiguration von Tesla besteht aus einer sekundären Rolle in der nahen induktiven Beziehung mit einer Vorwahl, und dessen ein Ende mit einem Boden-Teller verbunden wird, während sein anderes Ende durch eine getrennte Selbstinduktionsrolle geführt wird (dessen Verbindung immer an, oder nahe, das geometrische Zentrum des kreisförmigen Aspekts dieser Rolle gemacht werden sollte, um einen symmetrischen Vertrieb des Stroms zu sichern), und eines metallischen Zylinders, der den Strom zum Terminal trägt. Die primäre Rolle kann von jeder gewünschten Quelle des hohen Frequenzstroms aufgeregt sein. Die wichtige Voraussetzung ist, dass die primären und sekundären Seiten auf dieselbe Resonanzfrequenz abgestimmt werden müssen, um effiziente Übertragung der Energie zwischen den primären und sekundären widerhallenden Stromkreisen zu erlauben. Der Leiter der Welle zum Terminal (topload) ist in der Form eines Zylinders mit der glatten Oberfläche eines Radius, der viel größer ist als dieser der kugelförmigen Metallteller, und erweitert sich am Boden in eine Motorhaube (der eingesteckt wird, um Verlust durch Wirbel-Ströme zu vermeiden). Die sekundäre Rolle ist Wunde auf einer Trommel von Dämmstoff mit seinen Umdrehungen eng miteinander. Wenn die Wirkung des kleinen Radius der Krümmung der Leitung selbst überwunden wird, benimmt sich die niedrigere sekundäre Rolle als ein Leiter des großen Radius der Krümmung entsprechend dieser der Trommel. Die Spitze der Extrarolle kann bis zum Terminal erweitert werden, und der Boden sollte etwas unter der obersten Umdrehung der primären Rolle sein. Das vermindert die Tendenz der Anklage, aus der Leitung zu brechen, die beide verbindet und entlang der Unterstützung zu gehen.

Primäre Schaltung

Moderner Tagestransistor oder Vakuumtube Rollen von Tesla verwenden keine primäre Funken-Lücke. Statt dessen stellen der Transistor (En) oder die Vakuumtube (N) die Schaltung oder Verstärkung der Funktion zur Verfügung, die notwendig ist, um RF Macht für den primären Stromkreis zu erzeugen. Halbleitertesla-Rollen verwenden die niedrigste primäre Betriebsstromspannung normalerweise zwischen 155 bis 800 Volt, und steuern das primäre Winden mit entweder einer Single, Halbbrücke oder Einordnung der vollen Brücke von bipolar Transistoren, MOSFETs oder IGBTs, um den primären Strom zu schalten. Vakuumtube-Rollen funktionieren normalerweise mit Teller-Stromspannungen zwischen 1500 und 6000 Volt, während die meisten Funken-Lücke-Rollen mit primären Stromspannungen von 6,000 bis 25,000 Volt funktionieren. Das primäre Winden eines traditionellen Transistors Rolle von Tesla ist Wunde um nur den untersten Teil des sekundären (hat manchmal den Resonator genannt). Das hilft, Operation des sekundären als ein gepumpter Resonator zu illustrieren. Die Vorwahl veranlasst Wechselstromspannung in den alleruntersten Teil der sekundären, zur Verfügung stellenden regelmäßigen "Stöße" (ähnlich der Versorgung von richtig zeitlich festgelegten Stößen zu einem Spielplatz-Schwingen). Zusätzliche Energie wird von der Vorwahl bis die sekundäre Induktanz und topload Kapazität während jedes "Stoßes" übertragen, und sekundäre Produktionsstromspannung baut (genannt Ring-). Ein elektronischer Feed-Back-Stromkreis wird gewöhnlich verwendet, um den primären Oszillator zur wachsenden Klangfülle im sekundären anpassungsfähig zu synchronisieren, und das ist die einzige stimmende Rücksicht außer der anfänglichen Wahl eines angemessenen topload.

In einer widerhallenden Doppelhalbleiterrolle von Tesla (DRSSTC) wird die elektronische Schaltung der Halbleiterrolle von Tesla mit dem widerhallenden primären Stromkreis einer Funken-Lücke Rolle von Tesla verbunden. Der widerhallende primäre Stromkreis wird durch das Anschließen eines Kondensators der Reihe nach mit dem primären Winden der Rolle gebildet, so dass die Kombination einen Reihe-Schwingungskreis mit einer Resonanzfrequenz in der Nähe von diesem des sekundären Stromkreises bildet. Wegen des zusätzlichen widerhallenden Stromkreises sind ein Handbuch und eine anpassungsfähige stimmende Anpassung notwendig. Außerdem wird ein interrupter gewöhnlich verwendet, um den Aufgabe-Zyklus der umschaltenden Brücke zu reduzieren, um Maximalmacht-Fähigkeiten zu verbessern; ähnlich sind IGBTs in dieser Anwendung populärer als bipolar Transistoren oder MOSFETs wegen ihrer höheren Macht-Berühren-Eigenschaften. Die Leistung eines DRSSTC kann mit einer mittleren Macht-Funken-Lücke Rolle von Tesla vergleichbar sein, und Leistungsfähigkeit (wie gemessen, durch die Funken-Länge gegen die Eingangsmacht) kann bedeutsam größer sein als eine Funken-Lücke Rolle von Tesla, die an derselben Eingangsmacht funktioniert.

Praktische Aspekte des Designs

Hochspannungsproduktion

Eine große Rolle von Tesla des moderneren Designs funktioniert häufig an sehr hohen Maximalmacht-Niveaus, bis zu viele Megawatt (Millionen von Watt). Es sollte deshalb angepasst und sorgfältig bedient werden, nicht nur für die Leistungsfähigkeit und Wirtschaft, sondern auch für die Sicherheit. Wenn, wegen der unpassenden Einstimmung, der maximale Stromspannungspunkt unter dem Terminal entlang der sekundären Rolle vorkommt, kann eine Entladung (Funken) ausbrechen und beschädigen oder die Rolle-Leitung, Unterstützungen oder nahe gelegenen Gegenstände zerstören.

Tesla hat mit diesen und vielen anderer, Stromkreis-Konfigurationen experimentiert (sieh Recht). Die Tesla rollen das primäre Winden auf, Funken-Lücke und Zisterne-Kondensator werden der Reihe nach verbunden. In jedem Stromkreis belädt der AC-Versorgungstransformator den Zisterne-Kondensator, bis seine Stromspannung genügend ist, um die Funken-Lücke zu brechen. Die Lücke schießt plötzlich, dem beladenen Zisterne-Kondensator erlaubend, sich ins primäre Winden zu entladen. Sobald die Lücke schießt, ist das elektrische Verhalten jedes Stromkreises identisch. Experimente haben gezeigt, dass kein Stromkreis jeden gekennzeichneten Leistungsvorteil gegenüber dem anderen anbietet.

Jedoch, im typischen Stromkreis (oben), verhindert die kurze kreisende Handlung der Lücke des Funkens hohe Frequenzschwingungen daran, in den Versorgungstransformator 'zu unterstützen'. Im abwechselnden Stromkreis hoher Umfang werden hohe Frequenzschwingungen, die über den Kondensator auch erscheinen, auf den krummen Versorgungstransformator angewandt. Das kann Korona-Entladungen zwischen Umdrehungen veranlassen, die schwach werden und schließlich die Isolierung des Transformators zerstören. Erfahrene Tesla rollen sich zusammen Baumeister verwenden fast exklusiv den Spitzenstromkreis, häufig es mit niedrigen Pass-Filtern (Widerstand und Kondensator-(RC-)-Netze) zwischen dem Versorgungstransformator und der Funken-Lücke vermehrend, um zu helfen, den Versorgungstransformator zu schützen. Das ist besonders wichtig, wenn es Transformatoren mit der zerbrechlichen Hochspannung windings, wie Neonzeichen-Transformatoren (NSTs) verwendet. Unabhängig von dem Konfiguration verwendet wird, muss der HV Transformator eines Typs sein, der seinen sekundären Strom mittels der inneren Leckage-Induktanz selbstbeschränkt. Ein normaler (niedrige Leckage-Induktanz) Hochspannungstransformator muss einen Außenbegrenzer verwenden (manchmal hat einen Ballast genannt), Strom zu beschränken. NSTs werden entworfen, um hohe Leckage-Induktanz zu haben, um ihren kurzen Stromkreis-Strom auf ein sicheres Niveau zu beschränken.

Einstimmung von Vorsichtsmaßnahmen

Die Resonanzfrequenz der primären Rolle sollte auf diese der sekundären, verwendenden Schwingungen der niedrigen Macht abgestimmt werden, dann die Macht vergrößernd, bis der Apparat unter der Kontrolle gebracht worden ist. Während man stimmt, wird ein kleiner Vorsprung (hat eine "Ausbruch-Beule" genannt), häufig zum Spitzenterminal hinzugefügt, um Korona und Funken-Entladungen (manchmal genannt Luftschlangen) in die Umgebungsluft zu stimulieren. Einstimmung kann dann angepasst werden, um die längsten Luftschlangen an einem gegebenen Macht-Niveau entsprechend einem Frequenzmatch zwischen der primären und sekundären Rolle zu erreichen. Das kapazitive 'Laden' durch die Luftschlangen neigt dazu, die Resonanzfrequenz einer Rolle von Tesla zu senken, die unter der Vollmacht funktioniert. Für eine Vielfalt von technischen Gründen stellen Toroide eine der wirksamsten Gestalten für die Spitzenterminals von Rollen von Tesla zur Verfügung.

Luftentladungen

Während

man Entladungen erzeugt, wird die elektrische Energie vom sekundären und Toroid der Umgebungsluft als elektrische Anklage, Hitze, Licht und Ton übertragen. Der Prozess ist der Aufladung oder Entladung eines Kondensators ähnlich. Der Strom, der daraus entsteht, Anklagen innerhalb eines Kondensators auszuwechseln, wird einen Versetzungsstrom genannt. Rolle-Entladungen von Tesla werden infolge Versetzungsströme gebildet, weil Pulse der elektrischen Anklage zwischen dem Hochspannungstoroid und den nahe gelegenen Gebieten innerhalb der Luft (genannt Raumanklage-Gebiete) schnell übertragen werden. Obwohl die Raumanklage-Gebiete um den Toroid unsichtbar sind, spielen sie eine tiefe Rolle im Äußeren und der Position von Rolle-Entladungen von Tesla.

Wenn die Funken-Lücke, die beladenen Kondensatorentladungen ins primäre Winden schießt, den primären Stromkreis veranlassend, zu schwingen. Der schwingende primäre Strom schafft ein magnetisches Feld, das sich zum sekundären Winden, Übertragen der Energie in die sekundäre Seite des Transformators und Veranlassens davon paart, mit der Toroid-Kapazität zu schwingen. Die Energieübertragung kommt über mehrere Zyklen vor, und der grösste Teil der Energie, die ursprünglich in der primären Seite war, wird in die sekundäre Seite übertragen. Je größer die magnetische Kopplung zwischen windings, desto kürzer die Zeit, die erforderlich ist, die Energieübertragung zu vollenden. Da Energie innerhalb des schwingenden sekundären Stromkreises baut, nimmt der Umfang der RF Stromspannung des Toroids schnell zu, und die Luft, die den Toroid umgibt, beginnt, dielektrische Depression zu erleben, eine Korona-Entladung bildend.

Als die Energie der sekundären Rolle (und Produktionsstromspannung) setzen fort zuzunehmen, größere Pulse des Versetzungsstroms ionisieren weiter und heizen die Luft am Punkt der anfänglichen Depression. Das bildet eine sehr leitende "Wurzel" von heißerem Plasma, genannt einen Führer, der äußer vom Toroid vorspringt. Das Plasma innerhalb des Führers ist beträchtlich heißer als eine Korona-Entladung und ist beträchtlich leitender. Tatsächlich hat es Eigenschaften, die einem elektrischen Kreisbogen ähnlich sind. Der Führer spitzt sich zu und Zweige in Tausende von dünneren, kühleren Haarmäßigentladungen (genannt Luftschlangen). Die Luftschlangen sehen wie ein bläulicher 'Dunst' an den Enden der mehr leuchtenden Führer und Übertragungsanklage zwischen den Führern und dem Toroid zu nahe gelegenen Raumanklage-Gebieten aus. Die Versetzungsströme von unzähligen Luftschlangen das ganze Futter in den Führer, helfend, es heiß und elektrisch leitend zu halten.

Die primäre Brechungsrate, Rollen von Tesla zu befeuern, ist im Vergleich zur Resonanzfrequenz des Zusammenbaues des Resonators-topload langsam. Wenn der Schalter schließt, wird Energie vom primären LC Stromkreis bis den Resonator übertragen, wo die Stromspannung im Laufe einer kurzen Zeitspanne anruft, die in der elektrischen Entladung kulminiert. In einer Funken-Lücke rollen sich Tesla zusammen der primäre-zu-sekundär Energieübertragungsprozess geschieht wiederholend an typischen pulsierenden Raten von 50-500mal pro Sekunde, und vorher gebildete Führer-Kanäle bekommen keine Chance, sich zwischen Pulsen völlig zu beruhigen. Also, auf aufeinander folgenden Pulsen können neuere Entladungen auf die heißen von ihren Vorgängern verlassenen Pfade bauen. Das verursacht zusätzliches Wachstum des Führers von einem Puls bis das folgende, die komplette Entladung auf jedem aufeinander folgenden Puls verlängernd. Wiederholende pulsierende Ursachen die Entladungen, um bis zur durchschnittlichen Energie zu wachsen, es ist von der Rolle von Tesla während jedes Pulses verfügbar, erwägen die durchschnittliche Energie, die in den Entladungen (größtenteils als Hitze) wird verliert. An diesem Punkt wird dynamisches Gleichgewicht erreicht, und die Entladungen haben ihre maximale Länge für das Rolle-Produktionsmacht-Niveau von Tesla erreicht. Die einzigartige Kombination eines steigenden Hochspannungsradiofrequenzumschlags und des wiederholenden Pulsierens scheint, dem Schaffen langer, sich verzweigender Entladungen ideal angepasst zu werden, die beträchtlich länger sind, als es durch Produktionsstromspannungsrücksichten allein sonst erwartet würde. Hochspannungsentladungen schaffen mehrverzweigte Entladungen von filamentary, die purpurfarbiges Blau in der Farbe sind. Hohe Energieentladungen schaffen dickere Entladungen mit weniger Zweigen, sind blass und leuchtend, fast weiß, und sind viel länger als niedrige Energieentladungen wegen der vergrößerten Ionisierung. Es wird einen starken Geruch nach dem Ozon und den Stickstoff-Oxyden im Gebiet geben. Die wichtigen Faktoren für die maximale Entladungslänge scheinen, Stromspannung, Energie, und noch Luft niedrig zu sein, um Feuchtigkeit zu mäßigen. Jedoch, sogar mehr als 100 Jahre später nach dem ersten Gebrauch von Rollen von Tesla, gibt es viele Aspekte von Rolle-Entladungen von Tesla und dem Energieübertragungsprozess, die noch immer nicht völlig verstanden werden.

Anwendungen

Rolle-Stromkreise von Tesla wurden gewerblich in sparkgap Radiosendern für die Radiotelegrafie bis zu den 1920er Jahren, und in electrotherapy und pseudomedizinischen Geräten wie violetter Strahl verwendet. Heute ist ihr Hauptgebrauch Unterhaltung und Bildungsanzeigen. Rollen von Tesla werden von vielen Hochspannungsanhängern, Forschungseinrichtungen, Wissenschaftsmuseen und unabhängigen Experimentatoren gebaut. Obwohl elektronische Stromkreis-Kontrolleure entwickelt worden sind, ist das ursprüngliche Funken-Lücke-Design von Tesla weniger teuer und hat sich äußerst zuverlässig erwiesen.

Radioübertragung und Empfang

Die Tesla-Rolle kann auch für die Radioübertragung verwendet werden. Zusätzlich zur Positionierung des Hochterminals ganz über der Spitzenumdrehung des spiralenförmigen Resonators ist ein anderer Unterschied zur Funken sprühenden Rolle von Tesla die primäre Brechungsrate. Der optimierte Rolle-Sender von Tesla ist ein dauernder Welle-Oszillator mit einer Brechungsrate, die der Betriebsfrequenz gleichkommt. Die Kombination eines spiralenförmigen Resonators mit einem Hochterminal wird auch für den Radioempfang verwendet. Der Tesla-Rolle-Empfänger ist beabsichtigt, für die nichtausstrahlende elektromagnetische durch den Rolle-Sender von Tesla erzeugte Feldenergie zu erhalten. Der Tesla-Rolle-Empfänger ist auch dafür anpassungsfähig, den allgegenwärtigen vertikalen Stromspannungsanstieg in der Atmosphäre der Erde auszunutzen. Tesla hat gebaut und hat verschiedene Geräte verwendet, um elektromagnetische Feldenergie zu entdecken. Sein früher Radioapparat hat auf der Grundlage von Wellen von Hertzian oder gewöhnlichen Funkwellen, elektromagnetischen Wellen funktioniert, die sich im Raum ohne Beteiligung einer Leiten-Führen-Oberfläche fortpflanzen. Während seiner Arbeit in Colorado Frühlingen hat Tesla geglaubt, dass er elektrische Klangfülle der kompletten Erde mit dem Rolle-Sender von Tesla an seiner "Experimentellen Station eingesetzt hatte."

Tesla hat festgestellt, dass eine der Voraussetzungen des Weltradiosystems der Aufbau von widerhallenden Empfängern war. Die zusammenhängenden Konzepte und Methoden sind ein Teil seines Radioübertragungssystems (US1119732 - Apparat, um Elektrische Energie - 1902 am 18. Januar Zu übersenden). Tesla hat einen Vorschlag gemacht, dass es viele mehr als dreißig Übertragungsempfang-Stationen weltweit geben musste. In einer Form zu erhalten kreisen die zwei Eingangsterminals werden jeder mit einem mechanischen Pulsbreite-Modulationsgerät verbunden, das angepasst ist, um Widersprüchlichkeit an vorher bestimmten Zwischenräumen der Zeit umzukehren und einen Kondensator zu beladen. Diese Form des Systemempfängers von Tesla hat Mittel für commutating die aktuellen Impulse im stürmenden Stromkreis, um sie passend zu machen, für das Speichergerät, ein Gerät zu beladen, für den Empfang-Stromkreis und die Mittel zu schließen, für den Empfänger zu veranlassen, durch die angesammelte Energie bedient zu werden.

Eine als ein Empfänger verwendete Tesla-Rolle wird Tesla genannt, der Transformator erhält. Die Tesla rollen Empfänger-Taten als ein Abwärtstransformator mit der hohen aktuellen Produktion auf. Die Rahmen eines Rolle-Senders von Tesla sind darauf identisch anwendbar, ein Empfänger seiend (z.B. ein Antenne-Stromkreis), wegen der Reziprozität. Scheinwiderstand, allgemein obwohl, wird auf eine offensichtliche Weise nicht angewandt; für den elektrischen Scheinwiderstand, den Scheinwiderstand an der Last (z.B., wo die Macht verbraucht wird), ist am kritischsten und für einen Rolle-Empfänger von Tesla, das ist am Punkt der Anwendung (solcher als an einem Induktionsmotor) aber nicht am Empfang-Knoten. Der komplizierte Scheinwiderstand einer Antenne ist mit der elektrischen Länge der Antenne an der Wellenlänge im Gebrauch verbunden. Allgemein wird Scheinwiderstand an der Last mit einem Tuner oder zusammenpassende Netze angepasst, die aus Induktoren und Kondensatoren zusammengesetzt sind.

Eine Tesla-Rolle kann elektromagnetische Impulse von der atmosphärischen Elektrizität und Strahlungsenergie außer normalen Radioübertragungen erhalten. Strahlungsenergie wirft mit großen Geschwindigkeitsminutenpartikeln ab, die stark elektrisiert werden und andere Strahlen, die auf dem isolierten Leiter fallen, der mit einem Kondensator (d. h., ein Kondensator) verbunden ist, den Kondensator veranlassen können, elektrisch unbestimmt zu stürmen. Der spiralenförmige Resonator kann "Stoß sein hat" wegen Strahlungsenergie-Störungen nicht nur bei der grundsätzlichen Welle an der Ein-Viertel-Wellenlänge erregt sondern auch ist an seinen Obertönen aufgeregt. Methoden von Hertzian können verwendet werden, um den Rolle-Empfänger von Tesla mit Beschränkungen zu erregen, die auf große Nachteile für die Anwendung hinauslaufen, dennoch. Die Methoden der Boden-Leitung und die verschiedenen Induktionsmethoden können auch verwendet werden, um den Rolle-Empfänger von Tesla zu erregen, aber sind wieder an Nachteile für die Anwendung. Der Aufladungsstromkreis kann angepasst werden, um durch die Handlung von verschiedenen anderen Störungen und Effekten in einer Entfernung gekräftigt zu werden. Willkürliche und periodisch auftretende Schwingungen, die über die Leitung zum Empfang-Resonator fortgepflanzt werden, werden den Kondensator des Empfängers beladen und die potenzielle Energie zur größeren Wirkung verwerten. Verschiedene Radiationen können verwendet werden, um Leiter, mit betrachteten elektromagnetischen Vibrationen der Radiationen von verschiedenen Wellenlängen und in Ionen zerfallendem Potenzial zu beladen und zu entlassen. Der Tesla Empfänger verwertet die Effekten oder Störungen, um ein Speichergerät wegen der Energie von einer Außenquelle (natürlich oder künstlich) anzuklagen, und kontrolliert die Aufladung des gesagten Geräts durch die Handlungen der Effekten oder Störungen (während folgender Zwischenräume der Zeit, die mittels solcher Effekten und Störungen bestimmt ist, die in der Folge und Dauer der Effekten und Störungen entsprechend sind). Die versorgte Energie kann auch verwendet werden, um das Empfang-Gerät zu bedienen. Die angesammelte Energie kann zum Beispiel einen Transformator durch die Entladung durch einen primären Stromkreis in vorher bestimmten Zeiten bedienen, die, von den sekundären Strömen, das Empfang-Gerät bedienen.

Während Tesla-Rollen zu diesen Zwecken verwendet werden können, wird viel vom Publikum und der Mediaaufmerksamkeit weg von Übertragungsempfang-Anwendungen der Rolle von Tesla geleitet, da elektrische Funken-Entladungen vielen Menschen faszinierend sind. Unabhängig von dieser Tatsache hat Tesla wirklich vorgeschlagen, dass diese Schwankung der Rolle von Tesla die Gespenst-Schleife-Wirkung verwerten konnte, einen Stromkreis zu bilden, um Energie vom magnetischen Feld der Erde und anderen Strahlungsenergie-Quellen (einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Elektrostatik) einzuweihen. Hinsichtlich der Behauptungen von Tesla auf dem Anspannen von natürlichen Phänomenen, um elektrische Macht zu erhalten, hat er festgesetzt:

- "Experimente mit Abwechselnden Strömen der Hohen Potenziellen und Hohen Frequenz" (Februar 1892)

Tesla hat festgestellt, dass die Produktionsmacht von diesen Geräten, die von Methoden von Hertzian erreicht sind zu stürmen, niedrig war, aber alternative stürmende Mittel sind verfügbar. Empfänger von Tesla, bedient richtig, handeln als ein Abwärtstransformator mit der hohen aktuellen Produktion. Es, gibt bis heute, keine kommerziellen Energieerzeugungsentitäten oder Geschäfte, die diese Technologie zur vollen Wirkung verwertet haben. Die durch Rolle-Empfänger von Tesla erreichten Macht-Niveaus sind so weit ein Bruchteil der Produktionsmacht der Sender gewesen.

Hohe Frequenz elektrische Sicherheit

Die 'Hautwirkung'

Die Gefahren des Kontakts mit der hohen Frequenz elektrischer Strom wird manchmal wahrgenommen als, weniger zu sein, als an niedrigeren Frequenzen, weil das Thema gewöhnlich Schmerz oder einen 'Stoß' nicht fühlt. Das wird häufig zur Hautwirkung, ein Phänomen falsch zugeschrieben, das dazu neigt, Wechselstrom davon zu hemmen, Innenleiten-Medien zu überfluten. Es wurde gedacht, dass im Körper Ströme von Tesla in der Nähe von der Hautoberfläche gereist sind, sie sicherer machend, als niedrigere elektrische Frequenzströme. Tatsächlich am Anfang der 1900er Jahre sollte ein Hauptgebrauch von Rollen von Tesla hohen Frequenzstrom direkt auf den Körper in electrotherapy anwenden.

Obwohl Hautwirkung Ströme von Tesla auf den Außenbruchteil eines Zoll in Metallleitern beschränkt, ist die 'Eindringtiefe' des menschlichen Fleisches an typischen Rolle-Frequenzen von Tesla noch der Ordnung von 60 Zoll (150 Cm) oder mehr. Das bedeutet, dass hohe Frequenzströme noch durch das tiefere, bessere Leiten, die Teile eines Körpers eines Experimentators wie die zirkulierenden und Nervensysteme bevorzugt fließen werden. Der Grund für den Mangel am Schmerz besteht darin, dass ein Nervensystem eines Menschen den Fluss von potenziell gefährlichen elektrischen Strömen über 15-20 Kilohertz nicht fühlt; im Wesentlichen, in der Größenordnung von zu aktivierenden Nerven, muss eine bedeutende Anzahl von Ionen ihre Membran vor dem Strom (und folglich Stromspannung) Rückseiten durchqueren. Da der Körper nicht mehr einer Warnung 'Stoß' zur Verfügung stellt, können Anfänger die Produktionsluftschlangen von kleinen Rollen von Tesla berühren, ohne schmerzhafte Stöße zu fühlen. Jedoch gibt es anekdotische Beweise unter Rolle-Experimentatoren von Tesla, dass vorläufiger Gewebeschaden noch vorkommen und als Muskelschmerz, gemeinsamer Schmerz beobachtet werden kann, oder seit Stunden oder sogar Tagen später prickelnd. Wie man glaubt, wird das durch die zerstörenden Effekten des inneren aktuellen Flusses verursacht, und ist mit der dauernden Welle (CW), dem festen Zustand oder den Vakuumtube-Rollen des Typs Tesla besonders üblich. Einige Transformatoren können Wechselstrom mit solchen hohen Frequenzen versorgen, dass die Eindringtiefe klein genug für die Stromspannung wird, um sicher zu sein. Eindringtiefe ist zur Wurzel der Frequenz umgekehrt proportional, diese Frequenzen in der Megahertz-Reihe stellend.

Große Tesla-Rollen und Vergrößerungsgläser können gefährliche Niveaus des hohen Frequenzstroms liefern, und sie können auch bedeutsam höhere Stromspannungen (häufig 250,000-500,000 Volt, oder mehr) entwickeln. Wegen der höheren Stromspannungen können große Systeme höhere Energie, potenziell tödliche, wiederholende Hochspannungskondensatorentladungen von ihren Spitzenterminals liefern. Wenn man die Produktionsstromspannungsvierfachen verdoppelt, die elektrostatische Energie in einer gegebenen Spitzenendkapazität versorgt. Wenn sich ein unvorsichtiger Experimentator zufällig sich im Pfad der Hochspannungskondensatorentladung aufstellt, um sich zu gründen, kann der niedrige aktuelle Stromschlag unwillkürliche Konvulsionen von Hauptmuskelgruppen verursachen und kann lebensbedrohenden ventrikulären fibrillation und Herzstillstand veranlassen. Noch niedrigere Macht-Vakuumtube oder fester Zustand, den Rollen von Tesla RF Strömen liefern können, die dazu fähig sind, vorläufiges inneres Gewebe, Nerv zu verursachen, oder verbinden Schaden durch die Ohmsche Heizung. Außerdem kann ein RF-Kreisbogen carbonize Fleisch, eine schmerzhafte und gefährliche mit dem Knochen tiefe RF-Brandwunde verursachend, die Monate nehmen kann, um zu heilen. Wegen dieser Gefahren vermeiden kenntnisreiche Experimentatoren Kontakt mit Luftschlangen von allen außer den kleinsten Systemen. Fachleuten verwenden gewöhnlich andere Mittel des Schutzes wie ein Käfig von Faraday, oder ein Kettenpanzer passen, um gefährliche Ströme davon abzuhalten, in ihren Körper einzugehen.

Die ernstesten mit der Rolle-Operation von Tesla vereinigten Gefahren werden mit dem primären Stromkreis vereinigt. Es ist der primäre Stromkreis, der dazu fähig ist, einen genügend Strom an einer bedeutenden Stromspannung zu liefern, um das Herz eines unbesonnenen Experimentators aufzuhören. Weil diese Bestandteile nicht die Quelle der Handelsmarke Seh- oder Gehörrolle-Effekten sind, können sie als die Hauptquelle der Gefahr leicht überblickt werden. Wenn ein hoher Frequenzkreisbogen-Schlag, bildet die ausgestellte primäre Rolle, während dabei einem anderen Kreisbogen auch erlaubt worden ist, einer Person, dem ionisierten Benzin der zwei Kreisbogen zu schlagen, einen Stromkreis, der tödlichen, niederfrequenten Strom von der Vorwahl in die Person führen kann.

Weiter sollte große Sorge genommen werden, wenn man an der primären Abteilung einer Rolle arbeitet, selbst wenn es von seiner Macht-Quelle für einige Zeit getrennt worden ist. Die Zisterne-Kondensatoren können beladen seit den Tagen mit genug Energie bleiben, einen tödlichen Stoß zu liefern. Richtige Designs sollten immer 'Bluter-Widerstände' einschließen, um von der versorgten Anklage von den Kondensatoren zu verbluten. Außerdem sollte eine Sicherheit shorting Operation auf jedem Kondensator durchgeführt werden, bevor jede innere Arbeit durchgeführt wird.

Beispiele und Geräte

Das Colorado Frühlingslaboratorium von Tesla hat eine der größten Rollen von Tesla besessen, die jemals gebaut, als der "Vergrößern-Sender" bekannt sind. Der Vergrößern-Sender ist von klassischen 2-Rollen-Rollen von Tesla etwas verschieden. Ein Vergrößerungsglas verwendet einen 2-Rollen-'Treiber', um die Basis einer dritten Rolle ('Resonator') zu erregen, der eine Entfernung vom Fahrer gelegen wird. Die Betriebsgrundsätze von beiden Systemen sind ähnlich. Die größte zurzeit vorhandene 2-Rollen-Rolle von Tesla in der Welt ist eine 130,000-Watt-Einheit, ein Teil einer Skulptur. Es ist von Alan Gibbs im Besitz und wohnt zurzeit in einem privaten Skulptur-Park am Kakanui-Punkt in der Nähe von Auckland, Neuseeland.

Die Tesla-Rolle ist ein früher Vorgänger (zusammen mit der Induktionsrolle) von einem moderneren Gerät genannt einen flyback Transformator, der die Stromspannung zur Verfügung stellt, musste die Kathode-Strahl-Tube antreiben, die in einigen Fernsehen und Computermonitoren verwendet ist. Die störende Entladungsrolle bleibt in der üblichen Anwendung als die Zündspule oder Funken-Rolle im Zünden-System eines inneren Verbrennungsmotors. Diese zwei Geräte verwenden Klangfülle nicht, um Energie jedoch anzusammeln, der das Unterscheidungsmerkmal einer Rolle von Tesla ist. Sie verwenden wirklich induktiven "Stoß", den erzwungenen, plötzlichen Zerfall des magnetischen Feldes, solch, dass eine Stromspannung durch die Rolle an seinen primären Terminals zur Verfügung gestellt wird, die viel größer ist als die Stromspannung, die angewandt wurde, um das magnetische Feld zu gründen, und es diese höhere Stromspannung ist, die dann mit dem Transformator-Windungszahlverhältnis multipliziert wird. So versorgen sie wirklich Energie, und ein Resonator von Tesla versorgt Energie. Eine moderne, niedrige Macht-Variante der Rolle von Tesla ist auch an Macht-Plasmaerdball-Skulpturen und ähnliche Geräte gewöhnt.

Wissenschaftler, die mit einer Glasvakuumlinie (z.B Chemiker arbeiten, die mit flüchtigen Substanzen in der Gasphase, innerhalb eines Systems von Glastuben, Klapsen und Zwiebeln arbeiten) Test auf die Anwesenheit winziger Nadellöcher im Apparat (besonders ein kürzlich geblasenes Stück des Glases), Hochspannungsentladungen wie eine Rolle von Tesla verwendend, erzeugen. Wenn das System ausgeleert wird und das sich entladende Ende der Rolle das Glas, das Entladungsreisen durch jedes Nadelloch sofort darunter zur Seite gerückt ist und so das Loch illuminiert, Punkte anzeigend, die ausgeglüht oder wiedergeblasen werden müssen, bevor sie in einem Experiment verwendet werden können.

Beliebtheit

Rollen von Tesla sind sehr populäre Geräte unter bestimmten Elektroingenieuren und Elektronik-Anhängern. Baumeister von Rollen von Tesla als ein Hobby werden "coilers" genannt. Eine sehr große Tesla-Rolle, die entworfen und von Syd Klinge gebaut ist, wird jedes Jahr an der Coachella Talmusik und dem Kunstfest, in Coachella, Indio, Kalifornien, die USA gezeigt. Dort "rollen" Vereinbarung "auf", wo sich Leute mit ihren selbst gemachten Rollen von Tesla und anderen elektrischen Geräten von Interesse kümmern.

Niedrige Macht Rollen von Tesla wird auch manchmal als eine Hochspannungsquelle für die Fotografie von Kirlian verwendet.

Rollen von Tesla können auch verwendet werden, um Musik durch das Modulieren der wirksamen "Brechungsrate des Systems" (d. h., der Rate und Dauer der hohen Macht RF Brüche) über MIDI Daten und eine Kontrolleinheit zu schaffen. Die wirklichen MIDI Daten werden von einem Mikrokontrolleur interpretiert, der die MIDI Daten in eine PWM Produktion umwandelt, die an die Rolle von Tesla über eine Faser Sehschnittstelle gesandt werden kann. Das Video von YouTube Thema von Super Mario Brothers im Stereo- und der Harmonie auf zwei Rollen zeigt eine Leistung beim Zusammenbringen von Rollen des festen Zustands, die an 41 Kilohertz funktionieren. Die Rollen wurden gebaut und von Entwerfer-Hobbyisten Jeff Larson und Steve Ward bedient. Das Gerät ist Zeusaphone, nach Zeus, griechischem Gott des Blitzes, und als ein Spiel auf Wörtern genannt worden, die in Sousaphone Verweise anbringen.

Die Idee von der -Spielen-Musik auf dem Singen tesla Rolle-Fliegen um die Welt und einige Anhänger setzt die Arbeit von Initiatoren fort.

2011, der Tampa Kastanienbraune Blitz, hat eine amerikanische Berufshockeymannschaft zwei Tesla-Rollen im Forum von St Pete Times debütiert, um vor dem Spiel während Spieler-Einführungen zu aktivieren.

Die stärkste konische Tesla-Rolle (1.5 Millionen Volt) wurde 2002 an der Mitte Amerca Wissenschaftsmuseum in Heißen Frühlingen, Arkansas installiert. Das ist eine Replik der Sternwarte von Griffith konische 1936 installierte Rolle.

Ein umfassendes Außenmusikkonzert hat das Verwenden tesla Rollen während Engineering Open House (EOH) an der Universität Illinois an Urbana-Champaign demonstriert.

Der isländische Künstler Björk hat eine Tesla-Rolle in ihrem Lied "Blitzstrahl" als das Hauptinstrument im Lied verwendet.

Zusammenhängende Patente

Die Patente von Tesla

: Siehe auch: Die Liste von Tesla patentiert

Die Patente der anderen

  • J. S. Stone, "Apparat, um elektromagnetische Signalwellen zu verstärken". (Abgelegt am 23. Januar 1901; ausgegeben am 2. Dezember 1902)
  • A. Nickle, "Antenne". (Abgelegt am 25. Mai 1934; ausgegeben am 2. August 1938)
  • William W. Brown, "Antenne-Struktur". (Abgelegt am 25. Mai 1934; ausgegeben am 27. Oktober 1936).
  • Robert B. Dome, "Antenne". (Abgelegt am 25. Mai 1934; ausgegeben am 7. Dezember 1937)
  • Armstrong, E. H., "Radioempfang-System". 1914.
  • Armstrong, E. H., "Methode, hohe Frequenzschwingung zu erhalten". 1922.
  • Armstrong, E. H., "Signalsystem". 1922.
  • Gerhard Freiherr Du Prel, "Hoher Frequenzstromkreis". (Abgelegt am 11. August 1925; ausgegeben am 3. Juli 1928)
  • Leydorf, G. F., "Antenne in der Nähe vom Feldkopplungssystem". 1966.
  • Van Voorhies, "Toroidal spiralenförmige Antenne"
  • Gene Koonce, "Mehrfrequenz elektromagnetischer Feldgenerator". (Abgelegt am 29. Oktober 2004; ausgegeben am 23. August 2005)

Siehe auch

Referenzen

Weiterführende Literatur

Operation und andere Information

  • Nicholson, Paul, "Tesla Sekundäres Simulierungsprojekt" (Aktueller Stand der Technik im strengen Beschreiben von Tesla rollen sekundäres Verhalten durch die theoretische Analyse, Simulation und Prüfung von Ergebnissen in der Praxis auf)

Elektrische Welt

  • "Die Entwicklung von Hohen Frequenzströmen für die Praktische Anwendung". Die Elektrische Welt, Vol 32, Nr. 8.
  • "Grenzenloser Raum: Eine Busbar". Die Elektrische Welt, Vol 32, Nr. 19.

Andere Veröffentlichungen

  • A. L. Cullen, J. Dobson, "Die Korona-Depression von Antennen in Luft am Niedrigen Druck". Verhandlungen der Königlichen Gesellschaft Londons. Reihe A, Mathematische und Physische Wissenschaften, Vol. 271, Nr. 1347 (am 12. Februar 1963), Seiten 551-564
  • Bieniosek, F. M., "Dreifacher Klangfülle-Pulstransformator-Stromkreis". Rezension von Wissenschaftlichen Instrumenten, 61 (6).
  • Corum, J. F. und K. L. Corum, "RF-Rollen, Spiralenförmige Resonatore und Stromspannungsvergrößerung durch Zusammenhängende Raumweisen". IEEE, 2001.
  • de Queiroz, Antonio Carlos M., "Synthese von Vielfachen Klangfülle-Netzen". Föderalistische Universidade tun Rio de Janeiro, Brasilien. EE/COPE.
  • Haller, George Francis und Elmer Tiling Cunningham, "Der Tesla hohe Frequenzrolle, sein Aufbau und Gebrauch". New York, Gesellschaft von D. Van Nostrand, 1910.
  • Hartley, R. V. L., "Schwingungen mit Nichtlinearen Reaktanzen". Glockensystemfachzeitschrift, Alcatel-Lucent, 1936 (3), 424-440.
  • Norrie, H. S., "Induktionsrollen: Wie man macht, verwenden Sie, und reparieren Sie sie". Norman H. Schneider, 1907, New York. 4. Ausgabe.
  • Rohr, J. L., "Größere Spannungsverstärkung für Transformator-Gaspedale von Tesla", Rezension von Wissenschaftlichen Instrumenten, 59, p. 2300, (1988).
  • Curtis, Thomas Stanley, Hoher Frequenzapparat: Sein Aufbau und Praktische Anwendung. Everyday Mechanics Co., 1916.

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