ტესლას კოჭა

ტესლას კოჭა კვესტაკონში, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიის ეროვნულ ცენტრში, კანბერა, ავსტრალია
გამოყენება	საგანმანათლებო დემონსტრაციები, მართვადი ელვა, მუსიკა
გამომგონებელი	ნიკოლა ტესლა
დაკავშირებული	ტრანსფორმატორი, ელექტრომაგნიტური ველი, რეზონანსი

ტესლას კოჭა ან ტესლას ტრანსფორმატორი — რეზონანსული ტრანსფორმატორი, რომელიც გამოიგონა ნიკოლა ტესლამ 1891 წელს.^[1] გამოიყენება მაღალი ძაბვის, დაბალი დენის ძალისა და მაღალი სიხშირის მქონე ელექტრული დენის წარმოსაქმნელად.^[2] ტესლა ექსპერიმენტებს ატარებდა ორი, ზოგჯერ სამი რეზონანსული წრედის მრავალი სხვადასხვა განლაგებით.

ტესლამ ამ წრედების გამოყენებით ჩაატარა ინოვაციური ექსპერიმენტები ელექტრულ განათებაში, ფოსფორესცენციაში, რენტგენულ გამოსხივებაში, მაღალი სიხშირის ცვლად დენში, ელექტროთერაპიასა და ელექტრული ენერგიის სადენების გარეშე გადაცემაში. ტესლას კოჭა 1920-იან წლამდე გამოიყენებოდა სანაპერწკლო შუალედურ გადამცემებში უსადენო ტელეგრაფიისთვის,^[1][3] აგრეთვე ისეთ სამედიცინო მოწყობილობებში, როგორებიცაა ელექტროთერაპიისა და ულტრაიისფერი გამოსხივების დანადგარები. დღეს ტესლას კოჭა ძირითადად გასართობი და საგანმანათლებო დემონსტრაციებისთვის გამოიყენება, თუმცა პატარა კოჭას მაღალი ვაკუუმის სისტემებში გაჟონვის აღმოსაჩენად კვლავ იყენებენ.^[4][5]

თავდაპირველად ტესლას კოჭა რეზონანსული წრედის წყვეტილი აგზნების დენის წარმოსაქმნელად იყენებდა უძრავ ან ბრუნვად სანაპერწკლო შუალედებს, რომელიც მოგვიანებით ჩაანაცვლა ამისთვის განკუთვლილმა ელექტრულმა მოწყობილობებმა.

ტესლას კოჭა არის რადიოსიხშირის ელექტრული ოსცილატორი, რომელიც უგულარო რეზონანსული ტრანსფორმატორის გამოყენებით ქმნის მაღალი ძაბვისა და დაბალი დენის ძალის მქონე ელექტრულ დენს.^{[3][6][7][8][9][10]} ტესლას თავდაპირველი წრედები, დღევანდელი კოჭების მსგავსად, ტრანსფორმატორში რხევების ასაგზნებად იყენებს მარტივ სანაპერწკლო შუალედს. უფრო დახვეწილ დიზაინებში რეზონანსული ტრანსფორმატორის ასამუშავებლად გამოიყენება ტრანზისტორული ან ტირისტორული^[6] ამომრთველები, ან ვაკუუმმილაკის ელექტრონული ოსცილატორები.

ტესლას კოჭას 50 კილოვოლტიდან მრავალ მილიონ ვოლტამდე ძაბვის წარმოქმნა შეუძლია.^[6][8][10] ცვლადი დენის გამომავალი მერყეობს დაბალი რადიოსიხშირის ფარგლებში, ჩვეულებრივ, 50 კჰც-სა და 1 მჰც-ს შორის.^[8][10] მიუხედავად იმისა, რომ ოსცილატორით მომუშავე ზოგიერთი კოჭა ქმნის უწყვეტ ცვლად დენს, ტესლას კოჭათა უმეტესობის გამომავალი პულსირებულია;^[6] მაღალი ძაბვა შედგება რადიოსიხშირის ცვლადი დენის სწრაფი პულსებისგან.

ტესლა კოჭას გავრცელებული წრედი შედგება შემდეგი კომპონენტებისგან:^[7][11]

• მაღალი ძაბვის მკვებავი ტრანსოფორმატორი (T), რათა ცვლადი დენის ძაბვა სანაპეწრკლო შუალედზე გადასახტომად საკმარისად გაიზარდოს. ჩვეულებრივ, ძაბვა მერყეობს 5-დან 30 კილოვოლტამდე (კვ).^[11]
• კონდენსატორი (C1), რომელიც ტესლას ტრანსფორმატორის პირველად გრაგნილთან L1 წრედს კრავს.
• სანაპერწკლო შუალედი (SG), რომელიც პირველად წრედთან ამომრთველის როლს ასრულებს
• ტესლას კოჭა (L1, L2), უგულარო რეზონანსული ტრანსფორმატორი, რომელიც მაღალ ძაბვას ქმნის.
• სურვილის შემთხვევაში, ტევადობითი ელექტროდი (E) გლუვი ლითონის სფეროს ან ტორუსის სახით, მიერთებული კოჭას მეორეულ ტერმინალთან. მისი დიდი ზედაპირის ფართობი ახშობს ჰაერის ნაადრევ გარღვევასა და რკალის განმუხტვას, რითაც იზრდება Q-ფაქტორი და გამომავალი ძაბვა.

ტესლას კოჭას წრედში გამოყენებული სპეციალიზებული ტრანსფორმატორი, რომელსაც რეზონანსული ტრანსფორმატორი, რხევითი ტრანსფორმატორი, ან რადიოსიხშირის ტრანსფორმატორი ეწოდება, ცვლადი დენის წრედებში გამოყენებული ჩვეულებრივი ტრანსფორმატორებისგან განსხვავებულად მუშაობს.^[12][13][14] მათ ენერგია პირველადი გრაგნილიდან მეორეულ გრაგნილამდე ეფექტურად გადააქვთ, ხოლო რეზონანსულ ტრანსფორმატორს, ამასთან ერთად, ელექტრული დენის დროებით დაგროვება შეუძლია. თითოეულ გრაგნილს გააჩნია ტევადობა და მუშაობს, როგორც LC წრედი (რეზონანსული წრედი, გამართული წრედი), აგროვებს რხევით ელექტრულ ენერგიას, როგორც, მაგალითად, კამერტონი აგროვებს ვიბრაციულ მექანიკურ ენერგიას. პირველადი კოჭა (L1) შედგება მძიმე სპილენძის მავთულის შედარებით მცირე რაოდენობის ხვეულისგან ან მილისგან და დაკავშირებულია კონდენსატორთან (C1) სანაპერწკლო შუალედის (SG) გავლით.^[6][7] მეორეული კოჭა (L2) შედგება პირველადი კოჭის ღრუ ცილინდრულ ფორმაზე მრავალჯერ (ასობით ან ათასობით) შემოხვეული წვრილი მავთულით. მეორეული კოჭა კონდენსატორთან შეერთებული არ არის, თუმცა იგიც მუშაობს, როგორც LC წრედი, (L2)-ის ინდუქციურობა ქმნის რეზონანსს პარაზიტულ ტევადობა (C2)-თან, კოჭას გრაგნილებს შორის არსებულ ჯამურ პარაზიტულ ტევადობასა და მაღალი ძაბვის ტერმინალთან მიერთებული ლითონის ტოროიდული ელექტროდის ტევადობასთან. პირველადი და მეორეული წრედი გამართულია, რათა ერთი და იგივე რეზონანსული სიხშირე ჰქონდეთ,^[5] შედეგად მათ შორის ენერგის მიმოცვლა ხდება, რითაც ემსგავსება დაწყვილებულ ოსცილატორს; ყოველი ნაპერწკლური განმუხტვისას დაგროვებული ენერგია სწრაფად ირხევა პირველად და მეორეულ კოჭას შორის.

კოჭას უჩვეულო დიზაინს განაპირობებს მაღალ სიხშირეებზე რეზისტული ენერგიის მცირე დანაკარგების (მაღალი Q-ფაქტორი) მიღწევის საჭიროება,^[8] რაც წარმოქმნის უდიდეს მეორეულ ძაბვას:

• დენის ჩვეულებრივ ტრანსფორმატორებს აქვთ რკინის გულარი, რათა კოჭათა შორის მაგნიტური კავშირი გაიზარდოს, თუმცა მაღალ სიხშირეებზე რკინის გულარი იწვევს ენერგიის დანაკარგებს ფუკოს დენებისა და ჰისტერეზისის გამო, ამიტომაც ტესლას კოჭაში იგი არ გამოიყენება.^[14]
• ჩვეულებრივი ტრანსფორმატორები „მჭიდროდაა შეერთებული“. პირველადი და მეორეული გრაგნილები რკინის გულარის გარშემო მჭიდროდაა შემოხვეული. რკინის გულარისა და ხვეულების სიახლოვის გამო მათ მაღალი ურთიერთინდუქციურობა (M) გააჩნიათ, შეერთების კოეფიციენტი ახლოსაა 0.95 – 1.0 ერთეულთან, რაც ნიშნავს, რომ პირველადი გრაგნილის თითქმის მთელი მაგნიტური ველი მეორეულში გადის.^[12][14] ტესლას ტრანსფორმატორი, მეორე მხრივ, „ფართოდ შეერთებულია“,^[6][14] პირველადი ხვეულის დიამეტრი გაცილებით დიდია და მეორეულისგან განცალკევებულია,^[7] ამიტომაც ურთიერთინდუქციურობა დაბალია, ხოლო შეერთების კოეფიციენტი მერყეობს 0.05-დან 0.2-მდე.^[15] ეს ნიშნავს, რომ ღია წრედში მეორეულ კოჭაში პირველადი კოჭას მაგნიტური ველის მხოლოდ 5%-დან 20%-მდე გადის.^[6][11] ფართოდ შეერთება პირველად და მეორეულ კოჭებს შორის ენერგიის მიმოცვლას ანელებს, რაც ვიბრაციულ ენერგიას მეორეულ წრედში უფრო დიდი ხნით შეყოვნების საშუალებას აძლევს, სანამ პირველადში დაბრუნდება და ნაპერწკლების სახით გაფანტვას დაიწყებს.
• თითოეული ხვეული შეზღუდულია სადენის მხოლოდ ერთი ფენით, რაც ამცირებს სიახლოვის ეფექტის დანაკარგებს. პირველად გრაგნილში გადის ძალაინ მაღალი დენის ძალა. ვინაიდან მაღალი სიხშირის დენი სკინის ეფექტის გამო უმეტესად გამტარების ზედაპირზე გადის, პირველადი გრაგნილი ხშირად სპილენძის მილისგან ან დიდი ზედაპირის ფართობის ზოლისგან მზადდება, რათა წინაღობა შეცმირდეს, ხოლო მისი ხვეულები განცალკევებულია, რაც სიახლოვის ეფექტის დანაკარგებსა და ხვეულებს შორის რკალის წარმოქმნას ამცირებს.^[16][17]

ერთპოლუსიანი კოჭა ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე დიზაინებში. პირველადი გრაგნილი წარმოადგენს ქვედა ბრტყელ წითელ სპირალურ ხვეულს, ხოლო მეორეული — წითელი წვრილი გამტარით დახვეულ ვერტიკალურ ცილინდრისებრ კოჭას. მაღალძაბვიან კლემას წარმოადგენს მეორეულ კოჭაზე მოთავსებული ალუმინის ტორუსი.

ორპოლუსიანი კოჭა გამოიყენებოდა ადრეულ მე-20 საუკუნეში. მას აქვს ორი მაღალძაბვიანი გამომავალი კლემა, თითოეული მათგანი დაკავშირებულია მეორეულ გრაგნილთან, ხოლო მათ შორის სანაპერწკლო შუალედია. პირველად გრაგნილს წარმოადგენს მძიმე სადენის 12 ხვეული, რომელიც მოთავსებულია მეორეულის შუაწერტილში, რათა კოჭათა შორის რკალების წარმოქმნა შეიზღუდოს.

გამომავალ წრედს შესაძლოა ორი სახე ჰქონდეს:

• ერთპოლუსიანი: მეორეული ხვეულის ერთი ბოლო დაკავშირებული ერთ მაღალძაბვიან კლემასთან, ხოლო მეორე ბოლო ჩამიწებულია. ასეთი დიზაინი გამოიყენება გასართობი მიზნით დამზადებულ თანამედროვე კოჭებში. პირველადი ხვეული მოთავსებულია მეორეულის ქვედა, დაბალი პოტენციალის დაბოლოებასთან, რათა ხვეულთა შორის რკალის წარმოქმნა შეიზღუდოს. ვინაიდან ნიადაგი (დედამიწა) მაღალი ძაბვის ჩამიწების გზის როლს ასრულებს, ძაფისებრი რკალები კლემიდან მახლობელ დამიწებულ სხეულზე გადადის.
• ორპოლუსიანი: მეორეული ხვეულის არცერთი ბოლოა ჩამიწებული და ორივე მათგანი მიყვანილია მაღალი ძაბვის კლემებთან პირველადი ხვეული მოთავსებულია მეორეული კოჭას ცენტრში, ორი მაღალი პოტენციალის კლემისგან თანაბრად დაშორებულ მანძილზე, რათა რკალის წარმოქმნა შეიზღუდოს.

წრედი მუშაობს სწრაფად განმეორებადი ციკლით, რომელშიც მკვებავი ტრანსფორმატორი (T) მუხტავს პირველად კონდენსატორს (C1), რომელიც შემდგომ ნაპერწკლების სახით განიმუხტება სანაპერწკლო შუალედში გავლით, რითაც პირველად წრედში იქმნება რხევითი დენის მოკლე პულსი, რომელიც მეორეულ წრედში აგზნებს სწრაფად მერხევ ძაბვას:^{[9][11][14][18]}

1. მკვებავი ტრანსფორმატიდან (T) გამომავალი დენი მუხტავს კონდენსატორს (C1) მაღალ ძაბვამდე.
2. როცა კონდენსატორში ძაბვა სანაპერწკლო შუალედის (SG) გამრღვევ ძაბვას აღწევს, ნაპერწკალი წარმოიქმნება, რაც სანაპერწკლო შუალედის წინაღობას ძალიან დაბალ მნიშვნელობამდე ამცირებს. შედეგად პირველადი წრედი იკვრება და დენი კონდენსატორიდან პირველად კოჭაში (L1) გადის. დენი კოჭას გავლით კონდენსატორის ფირფიტებს შორის სწრაფად მიმოდის, რაც პირველად წრედში წარმოქმნის რადიო სიხშირის მერყევ დენს წრედის რეზონანსულ სიხშირეზე.
3. ფარადეის ინდუქციის კანონის თანახმად, პირველადი ხვეულის ოსცილირებადი მაგნიტური ველი მეორეულ ხვეულში (L2) მერყევ დენს ქმნის. რამდენიმე ციკლის შემდეგ პირველადი წრედის ენერგია გადადის მეორეულში. გამართული წრედის სრული ენერგია შეზღუდულია კონდენსატორში C1 თავდაპირველად დაგროვებული ენერგიით, შესაბამისად, მეორეულ წრედში მერყევი ძაბვის ამპლიტუდის ზრდასთან ერთად პირველად წრედში რხევები ნულამდე მცირდება. მიუხედავად იმისა, რომ მეორეული კოჭის ბოლოები ღიაა, ტევადობის (C2) (კოჭის ხვეულებს შორის პარაზიტული ტევადობების ჯამს დამატებული ტოროიდის ელექტროდის E ტევადობა) გამო ისიც გამართული წრედივით იქცევა. დენი მეორეული კოჭის ბოლოებს შორის სწრაფად მიმოდის. მცირე ტევადობის გამო მეორეულ კოჭაზე მერყევი ძაბვა, რომელიც გამომავალ კლემაზე ვლინდება, გაცილებით მაღალია, ვიდრე პირველადი ძაბვა.
4. მეორეული დენი ქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც პირველად წრედში ქმნის ძაბვას. რამდენიმე დამატებითი ციკლის შემდეგ ენერგია პირველად კოჭას უბრუნდება, რის შედეგადაც მეორეულში მერყევი ძაბვა მცირდება. ეს პროცესი მეორდება, ენერგია სწრაფად მიმოდის პირველადსა და მეორეულ გამართულ წრედებს შორის. პირველადსა და მეორეულ კოჭებში მერყევი დენი თანდათან განულდება, რადგან ენერგია სითბოს სახით სანაპერწკლო შუალედსა და კოჭის წინაღობაში იკარგება.
5. როცა სანაპერწკლო შუალედში გამავალი დენი ჰაერის იონიზირებისთვის საკმარისი აღარაა, ნაპერწკალი ქრება, რითაც პირველად წრედში დენი ქრება. მეორეულ წრედში მერყევი დენი შესაძლოა რაღაც დრო შენარჩუნდეს.
6. მკვებავი ტრანსფორმატორიდან გამომავალი დენი კონდენსატორს C1 კვლავ მუხტავს და ციკლი მეორდება.

მთელი ეს ციკლი ხდება ძალიან სწრაფად, რხევები რამდენიმე მილიწამში ილევა. თითოეული ნაპერწკალი კოჭას დაბოლოებაზე ქმნის მაღალი ძაბვის კლებად სინუსოიდალურ პულსს. თითოეული პულსი მომდევნო ნაპერწკლის წარმოქმნამდე მიილევა, შესაბამისად, კოჭა აწარმოებს არა უწყვეტი სინუსოიდალური ძაბვის, არამედ ქრობადი ტალღების სერიას.^[9] კონდენსატორის დამმუხტავი მკვებავი ტრანსფორმატორიდან გამომავალი მაღალი ძაბვა არის 50-60 ჰც-ის სიხშირის სინუსოიდალური ტალღა. სანაპერწკლო შუალედის კონფიგურაციის მიხედვით, როგორც წესი, მთავარი დენის პიკურ ნახევარპერიოდზე ერთი ან ორი ნაპერწკალი წარმოიქმნება, ასე რომ წამში ასზე მეტი ნაპერწკალი მიიღება. ამგვარად, სანაპერწკლო შუალედზე ნაპერწკალი და კოჭას ზემოთ წარმოქმნილი მაღალი ძაბვის ძაფისებრი რკალები უწყვეტად გამოიყურება.

მკვებავი ტრანსფორმატორის (T) მეორეული გრაგნილი შეერთებულია პირველად გამართულ წრედზე. ერთი შეხედვით, ტრანსფორმატორის გავლით რადიოსიხშირის დენი გაჟონავს, რაც რხევებს შეამცირებდა, მაგრამ მისი მაღალი ინდუქცია მას რეზონანსულ სიხშირეებზე ძალიან მაღალ სრულ წინაღობას ანიჭებს, რის გამოც რხევადი დენისთვის ღია წრედის როლს ასრულებს. თუკი მკვებავი ტრანსფორმატორის მოკლე ჩართვის ინდუქცია არასაკმარისია, მეორეულ სადენებში რადიო სიხშირის დროსელებს რთავენ, რაც რადიოსიხშირის დენს აჩერებს.

უმაღლესი ძაბვის მისაღებად პირველადი და მეორეული გამართული წრედები ერთმანეთისადმი რეზონანსულად არიან დარეგულირებული.^[8][9][12] პირველადი და მეორეული წრედების რეზონანსული სიხშირეები, ${\displaystyle \scriptstyle f_{1))$ and ${\displaystyle \scriptstyle f_{2))$, განისაზღვრება თითოეული წრედის ინდუქციურობითა და ტევადობით:^[8][9][12]

${\displaystyle f_{1}={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{1}C_{1))))}\qquad \qquad f_{2}={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{2}C_{2))))}\,}$

ზოგადად, მეორეული წრედის დარეგულირება შეუძლებელია, ამიტომაც ხდება პირველადი წრედის გამართვა. ამისთვის, როგორც წესი, გამოიყენება პირველად კოჭა L₁-ზე მოთავსებული მოძრავი განატოტი, რომლითაც მიიღება მეორე კოჭას ტოლი სიხშირე:

${\displaystyle f={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{1}C_{1))))}={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{2}C_{2))))}\,}$

ამგვარად, პირველ და მეორეული კოჭებს შორის რეზონანსული პირობაა:

${\displaystyle L_{1}C_{1}=L_{2}C_{2}\,}$

ტესლას კოჭათა რეზონანსული სიხშირე დაბალი რადიოსიხშირის ინტერვალშია, როგორც წესი, 50 კჰც-სა და 1 მჰც-ს შორის. მიუხედავად ამისა, ნაპეწრკლების იმპულსური ბუნების გამო ისინი ქმნიან ფართოდიაპაზონიან რადიოხმაურს და დამცავი ბარიერის გარეშე წარმოქმნის რადიოსიხშირულ დაბრკოლებას, რაც მახლობელი რადიო და სატელევიზიო მიმღებების გამართულად მუშაობას ხელს შეუშლის.

რეზონანსულ ტრანსფორმატორში მაღალი ძაბვა რეზონანსით იქმნება; გამომავალი ძაბვა, ჩვეულებრივი ტრანსფორმატორისგან განსხვავებით, ხვეულთა რაოდენობის პროპორციული არ არის.^[14][19] მისი მიახლოებითი მნიშვნელობა გამოითვლება ენერგიის შენახვის კანონით. ციკლის დასაწყისში, როცა ნაპერწკლები წარმოიქმნას იწყებს, პირველადი წრედის (${\displaystyle W_{1))$) სრული ენერგია დაგროვებულია პირველად კონდენსატორზე (${\displaystyle C_{1))$). თუ ${\displaystyle V_{1))$-ით აღვნიშნავთ ძაბვას, რომლის დროსაც სანაპერწკლო შუალედი გაირღვევა და რომელიც, ჩვეულებრივ, ახლოსაა მკვებავი ტრანსფორმატორიდან (T) გამომავალ პიკურ ძაბვასთან, მაშინ ენერგია გამოითვლება შემდეგნაირად:

${\displaystyle W_{1}={1 \over 2}C_{1}V_{1}^{2}\,}$

დამუხტვის დროს ეს ენერგია გადაეცემა მეორეულ წრედში. ენერგიის ნაწილი ნაპერწკლებსა და სხვა წინაღობებში გამოყოფილი სითბოს სახით იკარგება, თუმცა თანამედროვე კოჭებში ენერგიის 85%-ზე მეტი მეორეულ გრაგნილში უპრობლემოდ გადადის.^[9] მეორეული სინუსოიდური ძაბვის ტალღის პიკის დროს (${\displaystyle V_{2))$) მეორეულ კოჭაზე ${\displaystyle W_{2))$ გადასული ენერგია მთლიანად გროვდება მის ბოლოებს შორის არსებულ ელექტროტევადობაზე ${\displaystyle C_{2))$

${\displaystyle W_{2}={1 \over 2}C_{2}V_{2}^{2}\,}$

თუკი ენერგიის დანაკარგებს გამოვრიცხავთ, ${\displaystyle W_{2}\;=\;W_{1))$. ამ ფორმულაში ჩასმითა და გამარტივებით ვიღებთ პიკურ მეორეულ ძაბვას:^[8][9][14]

ზემოთ მოყვანილი მეორე ფორმულა გამომდინარეობს პირველიდან რეზონანსული პირობის ${\displaystyle L_{1}C_{1}\;=\;L_{2}C_{2))$ გამოყენებით.^[14] ვინაიდან მეორეული კოჭას ელექტროტევადობა პირველად კონდენსატორთან შედარებით გაცილებით მცირეა, პირველადი ძაბვა მაღალ მნიშვნელობას იძენს.^[9]

ზემოთ ნახსენები პიკური ძაბვა მიიღება მხოლოდ იმ კოჭებში, რომლებშიც აირული განმუხტვა არ ხდება; ნაპერწკლების წარმომქმნელი კოჭების, როგორებიც, მაგალითად, გამოიყენება გასართობი მიზნებისთვის, ტერმინალზე მიღებული პიკური ძაბვა შეზღუდულია იმ მნიშვნელობით, რომელზეც აირი ირღვევა და გამტარუნარიანობას იძენს.^[9][14][16] ძაბვის ყოველი პულსისას გამომავალი ძაბვის მნიშვნელობის ზრდასთან ერთად, იგი აღწევს მომენტს, როცა მაღალძაბვიანი დაბოლოების გარშემო არსებული აირი იონიზირდება და კორონალური და ფუნჯისებური განმუხტვები, ისევე, როგორც ძაფისებრი რკალი, დაბოლოებიდან გამოდის. ეს ხდება მაშინ, როცა ელექტრული ველის სიძლიერე აირის დიელექტრიკულ სიძლიერეს აჭარბებს, დაახლოებით 30 კვ/სმ. ვინაიდან ელექტრული ველის უდიდესია ბასრ წვეტებსა და კიდეებზე, აირის გარღვევა ამ ადგილებზე იწყება. მაღალძაბვიანი დაბოლოების ძაბვა ვერ შეიძენს აირის გარღვევის ძაბვაზე დიდ მნიშვნელობას, რადგან მეორეული ხვეულებიდან დაბოლოებამდე მიმავალი დამატებითი ელექტრული მუხტი პირდაპირ ჰაერში გადადის. ჰაერიანი ტესლას კოჭების გამომავალი ძაბვა აირის გარღვევით შეზღუდულია რამდენიმე მილიონ ვოლტამდე,^[5] თუმცა უფრო მაღალი ძაბვის მიღება შესაძლებელია კოჭებში, რომლებიც მოთავსებულია საიზოლაციო ზეთის ჰერმეტულ კონტეინერებში.

ტესლას კოჭათა დიზაინის უმეტესობას მაღალძაბვიან დაბოლოებაზე მიმაგრებული აქვს გლუვი სფერული ან ტოროიდული ფორმის ლითონის ელექტროდი. ელექტროდი კონდენსატორის ერთ-ერთი ფირფიტის როლს ასრულებს, ხოლო მეორე ფირფიტა დედამიწაა, რითაც მეორეულ ხვეულთან იქმნება გამართული წრედი. მართალია, რომ „ტოროიდი“ მეორეულ ელექტროტევადობას ზრდის, რაც პიკურ ძაბვას ამცირებს, მაგრამ მისი მთავარი ეფექტი ისაა, რომ ფართოდიამეტრიანი მრუდე ზედაპირი ამცირებს პოტენციალის გრადიენტს (ელექტრული ველი) მაღალძაბვიან დაბოლოებაზე; იგი მუშაობს კორონალური რგოლის მსგავსად, ზრდის იმ ძაბვის ზღვარს, რომელზეც აირი ირღვევა და ხდება, მაგალითად, კორონალური და ფუნჯისებრი განმუხტვები.^[20] აირის ნაადრევი გარღვევისა და ენერგიის დანაკარგების შეზღუდვით ძაბვას საშუალება ეძლევა, ტალღის პიკზე დიდი მნიშვნელობები შეიძინოს, რაც აირის გარღვევისას წარმოქმნის გაცილებით ხანგრძლივ და ეფექტურ ნაკადებს.^[14]

თუკი ზემო ელექტროდი საკმარისად ფართო და გლუვია, მის ზედაპირზე ელექტრული ველი პიკური ძაბვისას აირის გასარღვევად საჭირო მნიშვნელობამდე ვერ გაიზრდება, რის გამოც აირში განმუხტვა არ მოხდება. გასართობი დანიშნულების ზოგიერთ კოჭას ტორუსზე მიმაგრებული აქვს ბასრი „სანაპერწკლო წერტილი“, რათა განმუხტვა მოხდეს.^[20]

ტერმინი „ტესლას კოჭა“ აღნიშნავს არაერთ მაღალძაბვიან რეზონანსულ ტრანსფორმატორს.

ტესლას კოჭის წრედების კლასიფიკაცია შესაძლებელია მათ მიერ გამოყენებული „აგზნების“ სახის მიხედვით, თუ როგორი წრედი გამოიყენება რეზონანსული ტრანსფორმატორის პირველადი ხვეულისთვის დენის მისაწოდებლად:^[5][21][22]

• სანაპერწკლო აგზნება ან სანაპერწკლო შუალედის ტესლას კოჭა (SGTC): ასეთი სახის კოჭა პირველადი წრედის შესაკრავად იყენებს სანაპერწკლო შუალედს. ვინაიდან მაღალ პირველად დენთან უწევთ გამკლავება, სანაპერწკლო შუალედებს არაერთი უარყოფითი მხარე აქვთ. კოჭას მუშაობისას წარმოიქმება ძლიერი ხმაური, სახიფათო ოზონის აირი და მაღალი ტემპერატურები, რის გამოც გამაგრილებელი სისტემების გამოყენება შესაძლოა აუცილებელი იყოს. ნაპერწკლებში ენერგიის გაბნევის შედეგად აგრეთვე მცირდება Q-ფაქტორი და გამომავალ ძაბვა. ტესლას ყველა კოჭა სანაპერწკლოდ აგზნებული სახის იყო.
  • სტატიკური სანაპერწკლო შუალედი: ეს ტესლას კოჭას ყველაზე გავრცელებული სახეა, რომელიც წინა სექციაში დეტალურადაა აღწერილი. გამოიყენება უმეტესწილად გასართობი დანიშნულებისთვის. მაღალძაბვიანი დენის წყაროდან გამომავალი ცვლადი დენის ძაბვა მუხტავს კონდენსატორის, რომელიც სანაპერწკლო შუალედში განიმუხტება. ნაპერკლების სიხშირე რეგულირებადი არ არის და განისაზღვრება 50 ან 60 ჰც-ის სიხშირით. თითოეული ნახევარ-ციკლის დროს რამდენიმე ნაპერწკლური განმუხტვა შეიძლება მოხდეს, ასე რომ გამომავალი ძაბვის პულსებს შესაძლოა თანაბარი ინტერვალები არ ჰქონდეთ.
  • სტატიკური ასამუშავებელი სანაპერწკლო შუალედი: კომერციული და ინდუსტრიული წრედი, რომლის კონდენსატორი ხშირად დენის წყაროს მუდმივი დენით იმუხტება, ხოლო ნაპერწკლის წარმოსაქმნელად ასამუშავებელი ელექტროდზე დართული ოსცილატორი ქმნის მაღალძაბვიან პულსებს.^[6][22] ეს ნაპერწკლების სიხშირისა და აგზნების ძაბვის გაკონტროლებას შესაძლებელს ხდის. კომერციული სანაპერწკლო შუალედები ხშირად მოთავსებულია საიზოლაციო აირებში, როგორიცაა გოგირდის ჰექსაფთორიდი, რითაც მცირდება ნაპერწკლების სიგრძე, შესაბამისად, ენერგიის დანაკარგი.
  • მბრუნავი სანაპერწკლო შუალედი: ასეთი დიზიანი იყენებს ბორბლის ზედაპირზე შემოხვეული ელექტროდებისგან შედგენილ სანაპერწკლო შუალედს, რომელიც მაღალი სიჩქარით ძრავის მეშვეობით ბრუნავს, შედეგად უძრავ ელექტროდთან გავლისას წარმოიქმნება ნაპერწკლები.^[22] ტესლა ამ დიზაინს იყენებდა თავისი დიდი კოჭებისთვის და ისინი დღესაც გამოიყენება გასართობი დანიშნულებისთვის. ელექტროდების სწრაფი განცალკევება ნაპერწკალს უცებ ახშობს, რითაც მიღებული „პირველი ხარისხის“ ჩახშობა მაღალი ძაბვების წარმოქმნას შესაძლებელს ხდის. ბორბლის დასატრიალებლად ხშირად გამოიყენება სინქრონული ძრავა, ასე რომ ნაპერწკლები ცვლადი დენის ხაზის სიხშირესთანაა სინქრონიზებული, ნაპერწკალი ცვლადი დენის ტალღის ციკლის ერთსა და იმავე მომენტში წარმოიქმნება, შედეგად კი პირველადი პულსები განმეორებადია.