Ada yang sudah pernah mendengar tentang Tesla Coil? Mungkin banyak orang yang masih asing dengan hal ini, terutama mereka yang masih awam tentang dunia kelistrikan. Alat ini sering disebut sebagai Kumparan Tesla, yang merupakan rangkaian dari transformator.
Kumparan Tesla ini adalah rangkaian trafo resonansi listrik, yang berfungsi untuk menghasilkan arus listrik bolak-balik (AC) dengan tegangan tinggi, arus rendah dan memiliki frekuensi tinggi. Dalam skala besar, kumparan Tesla ini bisa menghasilkan tegangan mulai dari 50 kV sampai mega volt.
Lalu, apa sih fungsi sebenarnya dari alat ini? Bagaimana pula cara kerjanya? Bagi yang memiliki minat besar tentang kelistrikan, wajib tahu apa itu Tesla Coil. Setelah tahu pengertian dan cara kerjanya, mungkin bisa merangkainya sendiri.
Bagi yang ingin tahu lebih jauh tentang Kumparan Tesla, bisa membaca ulasan lengkapnya di bawah ini.
Apa itu Tesla Coil?
Sudah ada yang pernah melihat transformator? Jika belum, transformator adalah komponen elektronik, yang tersusun dari dua buah kumparan yang intinya terbuat dari campuran besi. Fungsi dari komponen listrik ini adalah untuk mengubah level tegangan sesuai dengan kebutuhan.
Lalu, apa hubungan transformator dengan Kumparan Tesla? Sebenarnya, Kumparan Tesla mirip dengan transformator biasa. Namun, Kumparan Tesla ini lebih ke air core resonant transformer, atau transformator dengan sistem resonansi dengan menggunakan udara sebagai intinya.
Besaran potensial yang dihasilkan oleh Kumparan Tesla ditentukan dan dipengaruhi oleh sistem resonansi. Berbeda dengan transformator, yang potensialnya dipengaruhi oleh jumlah lilitan primer dan sekunder di dalamnya.
Berikut ini adalah gambar Tesla Coil :
Sejarah Tesla Coil
Berikutnya akan membahas sejarah dari Tesla Coil, bagaimana awal mula komponen listrik ini diciptakan? Jika belum tahu, awal abad ke-19 adalah masa penting bagi perkembangan kelistrikan di dunia. Banyak yang diciptakan saat itu, mulai dari motor listrik, generator, jaringan distribusi listrik dan lain sebagainya.
Salah satu yang diciptakan pada satu itu adalah Kumparan Tesla, yang dirancang oleh Nikola Tesla, tepatnya pada tahun 1891. Sebenarnya, Kumparan Tesla ini adalah lanjutan studi yang dilakukan oleh Nikola Tesla, berdasarkan penelitian Heinrich Hertz.
Studi tersebut adalah tentang radiasi gelombang elektromagnetik, tepatnya tiga tahun sebelumnya. Nah, bagi yang belum pernah mendengar tentang nama beliau, beliau ini adalah ilmuan yang membuktikan teori Maxwell tentang elektromagnetik.
Heinrich Hertz menggunakan rangkaian di bawah ini untuk menghasilkan gelombang elektromagnetik, yang akan diterima oleh receiver.
Nah, Nikola Tesla memodifikasi penelitian dari Heinrich Hertz dengan mengganti sumber tegangan DC menjadi AC tegangan tinggi. Tesla mengubah inti kumparan menjadi udara, karena inti kumparan (besi) akan terlalu panas yang bisa melelehkan insulasi di kedua kumparan (primer dan sekunder).
Namun, dengan modifikasi yang dilakukan oleh Tesla, tepatnya di antara celah kecil pada rangkaian dan kumparan, maka dihasilkan tegangan dengan frekuensi yang tinggi. Dari proyek ini, Tesla sudah membuat banyak terobosan, misalnya saja Tesla Death Ray.
Kegunaan Tesla Coil
Lalu, apa kegunaan dari alat ini? Jadi Nikola Tesla menggunakan rangkaian Kumparan Tesla ini untuk berbagai percobaan, seperti :
- Transmisi energi listrik nirkabel.
- Elektroterapi
- Fenomena arus bolak-balik (AC) berfrekuensi tinggi.
- Pembangkitan sinar-X.
- Pencahayaan listrik dan pendar.
Selain itu, rangkaian Kumparan Tesla ini juga digunakan secara komersial, yaitu untuk pemancar radio spark gap untuk telegrafi nirkabel, efektif sampai tahun 1920-an. Lalu, bagaimana penggunaan Kumparan Tesla untuk sekarang?
Sekarang ini, penggunaan Tesla Coil sebagai hiburan dan pendidikan, biasanya di museum sains dan di kampus. Selain itu, Kumparan Tesla dengan kumparan yang kecil juga masih dimanfaatkan untuk mendeteksi dan menguji kebocoran sistem vakum tinggi.
Prinsip Kerja Tesla Coil
Prinsip kerja yang digunakan dalam Kumparan Tesla adalah prinsip resonansi induksi elektromagnetik. Jadi, dalam proses induksinya, Kumparan Tesla menggunakan frekuensi tinggi, yang didapatkan dari rangkaian osilasi L dan C yang beresonansi dalam frekuensi tinggi.
Sambil melihat gambar di atas, perhatikan poin-poin di bawah ini :
- Rangkaian Kumparan Tesla di atas adalah pembangkit tegangan tinggi berfrekuensi tinggi.
- Tegangan di sumber AC dinaikkan dengan trafo step-up, guna menaikkan tegangan ke tegangan ribuan volt.
- Kumparan Tesla primer (L1), mengirimkan tegangan ke Kumparan Tesla sekunder (L2), lalu terbentuklah frekuensi resonansi dari rangkaian resonansi L dan C.
- Karena frekuensi resonansi sisi primer dan sekunder sama, maka energi listrik mungkin untuk disalurkan ke sisi sekunder dengan maksimal.
- Berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, energi listrik yang berada di sisi sekunder adalah tegangan yang tinggi dan berfrekuensi tinggi.
Komponen Rangkaian Tesla Coil
Berikut ini adalah komponen yang berada di rangkaian Kumparan Tesla :
- Trafo Step-up di sumber AC, untuk menaikkan tegangan sumber ke tegangan yang lebih tinggi sehingga bisa melompati celah percikan, berkisar antara 5 sampai 30 kV.
- Kapasitor, membentuk rangkaian dengan kumparan primer.
- Spark Gap (celah percikan), berfungsi sebagai saklar di sirkuit primer.
- Tesla Coil, sebagai penghasil tegangan output tinggi.
- Torus (bola logam), sebagai elektroda kapasitif, berguna untuk menekan kerusakan udara dini dan pelepasan busur, serta meningkatkan faktor dan tegangan output.
Rumus Tesla Coil
Ketika mempelajari tentang Tesla Coil, maka ada beberapa rumus yang ada dan perlu dipahami. Mari bedah rumus tersebut satu per satu.
- Rumus perhitungan panjang sirkuit
Keterangan:
- L: panjang busur (meter)
- P: daya trafo (watt)
- Rumus perhitungan frekuensi osilasi
Keterangan:
- F: frekuensi (Hertz)
- L: panjang busur (meter)
- C: kapasitansi (farad)
- Rumus susunan kapasitansi
Rumus ini sangat umum digunakan untuk menghitung kapasitas maksimal yang bisa dihasilkan oleh susunan kapasitor Tesla Coil. Rumusnya dapat dilihat di bawah ini.
Keterangan:
- C: kapasitansi (farad)
- E: tegangan listrik yang dihasilkan oleh trafo (volt)
- I: arus listrik yang dikeluarkan oleh trafo (ampere)
- F: frekuensi AC (hertz)
- Rumus AC peak
Apabila kapasitansi sudah terlalu besar dan Ac naik ke titik puncak, adalah saat , tegangan kapasitor terlampau rendah, serta celah udara korek api tidak bisa lagi ditembus, korek api pun tidak dapat dihidupkan, atau ketika sistem tidak bisa berfungsi lagi secara keseluruhan.
Kesimpulan
Tegangan tinggi, arus rendah dan berfrekuensi tinggi dari Kumparan Tesla ini dimanfaatkan Nikola Tesla untuk uji coba transmisi energi listrik nirkabel. Sangat disayangkan, eksperimen ini dihentikan, akibat kurangnya dana.
Bayangkan saja jika eksperimen tersebut berhasil, maka tidak butuh kabel lagi untuk mendapatkan energi listrik. Sekarang, eksperimen ini hanya sekedar eksperimen, tanpa ada yang tahu kelanjutannya. Masalah pengamanan dan kebocoran sistem, yang memang sering terjadi, menjadi penghalangnya.
Penutup
Tesla Coil atau Kumparan Tesla adalah alat yang bisa menghasilkan listrik tegangan tinggi, arus pendek dan frekuensi tinggi dari arus listrik AC. Alat ini bisa menghasilkan loncatan listrik sampai jutaan volt. Dulu, alat ini digunakan Nikola Tesla untuk bereksperimen tentang transmisi energi listrik yang tidak butuh kabel.