BOBINA DE TESLA Presentan: Fernando Daniel Sierra Sarabia y Pablo Aragón Gallegos. Prof. Juan Antonio Ruiz Ochoa. PREFECO Andrés Quintana Roo. Físico-Matemáticas. Experimental.
ANTECEDENTES. La Bobina de Tesla usa una condición de resonancia para incrementar, digamos, unos 10 000 voltios a 1 millón de voltios, usando un transformador eléctrico que incrementa el voltaje bajo cierta frecuencia y de corriente alterna. La resonancia es un comportamiento interesante, ya que nos permite incrementar las oscilaciones de ondas en fenómenos físicos que las incluyan, por ejemplo, sonido, mecánica, eléctrica, etc. La bobina de Tesla fue creada por Nikola Tesla (Finales del siglo XIX) pero antes de él ya se hacían estudios sobre sistemas similares están compuestas por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. Dichas bobinas pueden tener diferentes configuraciones, algunas llegan a producir “rayos” (plasmas) de un alcance en el orden de metros. La peculiaridad de dicha bobina radica en la intensidad de los rayos que se generan, los cuales son un arco eléctrico muy potente de electrones que intentan fluir por el medio que la circunde.
OBJETIVO. Exponer las principales características, principios de funcionamiento y construcción de una bobina de Tesla.
MARCO TEÓRICO. Para la construcción y entendimiento del principio de funcionamiento de una Bobina de Tesla, es importante tener en cuenta los siguientes conceptos:
Resonancia: Conjunto de fenómenos relacionados con los movimientos periódicos que producen reforzamiento de una oscilación al someter el sistema a oscilaciones de una frecuencia determinada.
Inductancia: Es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético y la intensidad de corriente eléctrica que circula por la bobina y el numero de vueltas de el devanado, la cual depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo.
Transformador Eléctrico: Dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética sin variar la frecuencia de la señal. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Arco Eléctrico: Descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial y colocados en el seno de una atmósfera gaseosa enrarecida, o al aire libre. La descarga está producida por electrones que van desde el electrodo negativo al positivo, pero también, en parte, por iones positivos que se mueven en sentido opuesto. Toroide: Superficie de revolución generada por una curva plana cerrada que gira alrededor de una recta exterior coplanaria (el eje de rotación situado en su mismo plano) con la que no se interseca. Su forma se corresponde con la superficie de los objetos que en el habla cotidiana se denominan donas, argollas, anillos, aros o roscas.
METODOLOGÍA. Para la construcción del dispositivo se utiliza un transformador eléctrico, el cual incrementa un voltaje de entrada mediante una bobina llamada primaria a un voltaje de salida, llamado secundario. Lo interesante de todo es que el voltaje de salida no depende de la cantidad de alambre del secundario, tal como los transformadores convencionales. Con este transformador “especial” se produce una condición de resonancia tal, que se puede hacer una analogía; empujar a un niño en un columpio de tal manera y en el momento exacto para que el niño oscile cada vez más alto. El circuito eléctrico del tanque del inductor primario incluye un capacitor que resuena a una frecuencia fija dependiendo de los valores de capacitancia e inductancia. Para que las cosas funcionen, el primario tiene una gran capacitancia y una pequeña inductancia. Para que se tenga la misma frecuencia, nuestro secundario tiene una pequeña capacitancia (el toroide) y una gran inductancia (bobina). Además, se provee el voltaje a la bobina primaria a la misma frecuencia de resonancia. El voltaje de alta frecuencia se logra cargando un capacitor hasta que llega a un voltaje que rompe a través del aire por un par de terminales. La distancia entre los terminales se ajusta hasta que se obtenga la frecuencia correcta.
DESARROLLO Para la construcción del dispositivo se considera el siguiente circuito: El voltaje de entrada al sistema es de 220 V CA (Se puede utilizar un transformador comercial de 127V a 220V) y el Trm1 entrega unos 10,000 V a varios mA. El dispositivo S.G. son terminales de seguridad en los que se genera una chispa (arco eléctrico), L1 y L2 son bobinas inductoras de alta frecuencia, g1 son las terminales de chispa, C1 es el banco de capacitores primario (de alto voltaje) y L3 es el inductor primario. L4 es la
bobina secundaria y Trm1 es el toroide o capacitor secundario. La bobina primaria se construye con un tubo de PVC o algún tubo en forma cónica y un arrollamiento de cable (importante el calibre). Para que la bobina tesla funcione apropiadamente los terminales s. g. deben ser hechas lo mejor posible. El método que utilizamos consiste de dos tornillos cuyas puntas tienen cierta separación y que se ajustan para que el aire entre ellos sea ionizado con el arco voltaico que se produce. La resistencia en el aire se reduce por el incremento en la temperatura, por tanto la frecuencia varía mucho, para evitarlo se debe hacer el "quench", es decir, enfriar la chispa. Una forma es tener una docena de terminales, soplar aire comprimido, etc. Para evitar que los pulsos de alta frecuencia creados por la chispa interfieran con la fuente de poder se instalan estos filtros de alta frecuencia. Dichos filtros son bobinas inductoras construidas de alambre esmaltado. Para la bobina secundaria se utiliza alambre esmaltado (aislado), con el cual se realiza un arrollamiento de al menos 200 espiras y posteriormente se conecta a un foco con filamento de tungsteno, de los que se consiguen comercialmente. A continuación, se conecta la bobina secundaria que genera un alto voltaje y mediante un “toroide” (trm1) se incrementa la capacitancia y la superficie para que se genere un arco eléctrico mediante el dieléctrico (aislamiento) que en nuestro caso será el aire. Para que el arco eléctrico se genere, es necesario conectar el toroide a una tierra, la cual puede ser un objeto de metal de un tamaño grande, por ejemplo, un escritorio.
RESULTADOS En una bobina de Tesla las variables a considerar son las siguientes: El voltaje de funcionamiento de los capacitares y capacitancia de los mismos. Bobinas inductoras con cables de calibres diversos y número de espiras. Medio de difusión y separación entre el toroide y la salida del secundario (foco). Voltaje de entrada. Tamaño del toroide.
CONCLUSIONES La bobina de Tesla es un dispositivo que utiliza el principio de resonancia, en este caso eléctrica, para la elevación en la frecuencia de una señal de voltaje mediante un transformador especial, que genera la emisión de un plasma en el aire circundante.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA http://es.wikipedia.org
