Bobina de Tesla.. Informe

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1 Universidad de Pamplona Pamplona - Norte de Santander - Colombia Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 - Fax: 5682750 - www.unipamplona.edu.co Una universidad incluyente y comprometida con el LA BOBINA DE TESLA Presentado por: GABRIEL TRIANA OSORIO 1122651321 JENNIFER CAROLINA COGOLLO ROMERO 97052100457 MARIO ANDRES PASTRANA TRIANA 97010302602 JUAN MANUEL CALDERON AGUDELO 1094276485 FARYTH STEVAN ÁLVAREZ RUIZ 1101692175 ZAYDA FERRER RICO 1094269079 ANDRES GUILLERMO VANEGAS 1094276068 ARTURO JOSÉ RESTREPO RODRIGUEZ 1094277896 RAUL LEAL MENDEZ 1116794997 Presentado a: AMANDO DELGADO SOLANO. Físico UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA

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Bobin de tesla

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LA BOBINA DE TESLA

Presentado por:

GABRIEL TRIANA OSORIO 1122651321

JENNIFER CAROLINA COGOLLO ROMERO 97052100457

MARIO ANDRES PASTRANA TRIANA 97010302602

JUAN MANUEL CALDERON AGUDELO 1094276485

FARYTH STEVAN ÁLVAREZ RUIZ 1101692175

ZAYDA FERRER RICO 1094269079

ANDRES GUILLERMO VANEGAS 1094276068

ARTURO JOSÉ RESTREPO RODRIGUEZ 1094277896

RAUL LEAL MENDEZ 1116794997

Presentado a:

AMANDO DELGADO SOLANO. Físico

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA

FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA

PAMPLONA – NORTE DE SANTANDER

2015

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OBJETIVO

Comprender los conceptos de inducción electromagnética y resonancia mediante el dispositivo creado por Tesla (Bobina de Tesla). A sí mismo, conocer el funcionamiento de un circuito oscilador y cuál es su funcionamiento en un circuito eléctrico.

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INTRODUCCIÓN

La Bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce altas tensiones de elevadas frecuencias (radiofrecuencias) con efectos observables como sorprendentes como coronas y arcos eléctricos claramente visibles. Su nombre se lo debe a Nikola Tesla, ingeniero era que vivió en la segunda mitad del siglo pasado y a principios de éste y que en 1891, desarrolló un equipo generador de alta frecuencia y alta tensión con el cual pensaba transmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores.

Aunque esta idea no prosperó debido a que Guglielmo Macorni logró transmitir ondas de radio exitosamente aunque ciertamente uso 17 de las patentes de Tesla. En la década de los cuarenta el Tribunal Supremo de los Estados Unidos determino que la patente de la radio era propiedad legítima de Tesla, no obstante, no todos lo aceptaron y se sigue reconociendo a Macorni como inventor de la radio. Aun así, Tesla es el inventor de la corriente trifásica y alterna y de los motores de inducción, que mueven en el presente todas nuestras industrias y además visualizó parte de lo que ahora es el mundo como él envió de ondas de radio al universo y la trasmisión de datos de manera inalámbrica.

“El mundo no estaba Preparado para ello. Estaba demasiado adelantado a su época. Sin embargo prevalecerá en el tiempo y al final le harán alcanzar el éxito. Sin embargo prevalecerá en el tiempo y al final le harán alcanzar el éxito”. (Nikola Tesla) Nikola Tesla (1856 – 1943).

La Bobina de Tesla causa gran impresión por su espectacularidad y provoca interés por conocer su funcionamiento.

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LA BOBINA DE TESLA

La bobina de Tesla fue creada por Nikola Tesla, un brillante ingeniero que vivió en la segunda mitad del siglo XIX. En 1891 creo este equipo generador de altas frecuencias y tensión con el cual pretendía transmitir energía eléctrica sin la necesidad de conductores, de allí que lleva su nombre.

Las bobinas tesla tienen un ganancia limitada por la razón entre los números de vueltas en los enrollamientos. La ganancia en voltaje de una bobina es proporcional a la raíz cuadrada de la razón de las inductancias secundarias y primarias. La bobina alcanza una gran ganancia transfiriendo energía de un circuito resonante acoplado durante un número de ciclos.

La bobina de tesla puede operar con niveles de potencia con picos muy altos, debe por tanto ser ajustada y operada cuidadosamente, no por eficiencia y economía sino además por seguridad.

En cuanto al circuito de la bobina Tesla mostrado a continuación, esta se encuentra constituida por el transformador elevador, un circuito primario, conformado por el condensador, el disrruptor y la bobina primaria de autoinducción L_1 y el toroide, y un circuito secundario constituido por una bobina de autoinducción L_2

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Figura 1. Circuito de la bobina Tesla

Este circuito de ejemplo está diseñado para ser alimentado con corrientes alternas. Aquí el chispero deriva las altas frecuencias mientras permanece ionizado el aire que separa los electrodos del chispero, protegiendo con ello el secundario del primer transformador de los picos de tensión.

El enrollamiento primario el electrodo y el capacitor se encuentran conectados en serie como se muestra en la figura 1. En el circuito el transformador de la alimentación AC carga el capacitor hasta que el voltaje es suficiente para para producir la ruptura del electrodo. El electrodo se dispara, permitiendo al capacitor cargarse y descargándose posteriormente en la bobina primaria, que hace que la intensidad de la corriente que está circulando por dicha bobina.

Por otro lado, electrodo nos permite que las altas frecuencias que se generan en el circuito pasen por el transformador, esto es impidiendo que esas altas frecuencias se devuelvan y me causen daños irreversibles en este, como también haciendo abrir y cerrar con cierta periodicidad (en el tiempo) en el circuito primario.

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El hecho de que la corriente que pasa por la bobina dependa del tiempo provoca que el campo magnético, que dicha corriente genera en el interior de la bobina, también varíe con el tiempo. Como ya hemos mencionado, el campo magnético generado en la bobina del primario es un campo dependiente del tiempo, de modo que, en la bobina del circuito secundario se produce una variación del flujo que, de acuerdo con la ley de Faraday, hace que aparezca una fuerza electromotriz que a su vez provoca que aparezca una corriente inducida en el circuito secundario.

ε¿−dɸBdt

I = ε / R

Como el número de espiras en mucho mayor en el secundario que en el primario, se consigue una tensión, de la misma frecuencia, pero mucho más alta lo que provoca que el aire se ionice y se produzcan las espectaculares descargas que son características de la bobina de Tesla. Esta corriente carga el capacitor de alta tensión, elevando la diferencia de potencial entre sus placas y almacenando más y más energía en este.

Por otra parte se puede notar que al crearse el circuito cerrado, el voltaje en las placas del capacitor es la misma presente en el explosor y por lo tanto el devanado secundario del transformador, por lo que existirá un voltaje suficientemente grande para arrancar los electrones y lograr de esta forma cerrar el circuito provocando grande pulsos de frecuencias.

Físicamente los circuitos primarios y secundarios no tienen conexiones eléctricas en común; sin embargo se encuentran enlazados permanentemente por su inductancia mutua, por los efectos electromagnéticos que produce uno sobre el otro cuando están en operación, más concretamente por el campo electromagnético que se establecen en el espacio circundante. Cuando se cierra el circuito primario se establecen corrientes eléctricas de altas frecuencias que crean un campo electromagnético a su alrededor. Este campo induce en la bobina secundaria corrientes eléctricas que fluyen a lo largo del conductor desde el toroide hasta la base conectada a tierra. Estas corrientes son máximas en la base del secundario y mínimas en la parte superior.

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El campo magnético variable induce corrientes, pero también voltajes en el circuito secundario. En particular sabemos que el toroide colocado en la parte superior de la bobina tiene una capacitancia intrínseca dependiente de su posición respecto al suelo y al resto de las componentes de la bobina, pero también el conductor del que está hecha la bobina secundaria tiene su propia capacitancia.

En operación el toroide se convierte en su depósito para la carga eléctrica y en consecuencia para la energía proveniente del circuito primario, energía transmitida por inducción y a través del campo electromagnético. La acumulación de carga en el toroide produce un rápido incremento de voltaje hasta que es tan alto que se produce emisión eléctrica hacia el espacio circundante. Así se producen las descargas que se observan al colocar al sistema en funcionamiento.

PRODUCCIÓN DE LAS DESCARGAS

Ya que las bobinas Tesla pueden producir corrientes o descargas de muy alta frecuencia y voltaje, y son útiles para diferentes propósitos, entre los que se incluyen demostraciones prácticas en clases, efectos especiales para teatro y cine, y pruebas de seguridad de diferentes tecnologías. En su funcionamiento más común, se producen largas descargas de alta tensión en todas direcciones alrededor del toroide del extremo superior de la bobina, que resultan muy espectaculares.

Mientras se generan las descargas, se produce una transferencia de energía eléctrica entre la bobina secundaria y el toroide superior con el aire circundante, transferencia que se produce en forma de carga

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eléctrica, calor, luz y sonido. Las corrientes eléctricas que fluyen a través de estas descargas se deben a los rápidos cambios de la cantidad de carga que se transmite desde el terminal superior al aire circundante. El proceso es similar a cargar o descargar un condensador. Las corrientes que surgen con los cambios de carga en un condensador se denominan "corrientes de desplazamiento". La inducción aplicada al circuito secundario de la bobina produce corrientes de desplazamiento en forma de impulsos de carga eléctrica (debido a la capacidad del toroide superior), que se transfieren rápidamente entre el toroide de alta tensión y las regiones de aire cercanas, llamadas "regiones de carga espacial". Estas regiones de carga espacial, aunque invisibles, juegan un papel fundamental en la aparición y situación de las descargas de las bobinas Tesla.

FUNCIONAMIENTO

El transformador T1 con 1500 V de salida carga al capacitor C1 y se establece una diferencia de potencial muy grande entre las placas de éste. El voltaje tan elevado es capaz de romper la resistencia del aire haciendo saltar una chispa entre los bornes del explosor EX.

La chispa descarga el capacitor C1 a través de la bobina primaria L1 (con pocas espiras) estableciendo una corriente oscilante. Enseguida el capacitor C1 se carga nuevamente repitiendo el proceso. Así resulta un circuito oscilatorio de radiofrecuencia al que llamaremos circuito primario. El circuito oscilador aumenta la frecuencia de la corriente eléctrica, normalmente se reciben de 50 a 60 Hz, el circuito oscilador permite aumentar la frecuencia en este caso a radiofrecuencia, es decir a frecuencias medidas en KHz.

Al hacer variar la corriente eléctrica, se varía el campo magnético de la bobina primaria, al variar el campo magnético, por la Ley de Faraday, se deduce que se induce una corriente eléctrica en la bobina secundaria L2 (con mayor número de vueltas) la cual es resonante a la frecuencia natural del primario, esto es, que oscila a la misma frecuencia en que está trabajando el circuito primario. El circuito oscilante secundario se forma con la inductancia de la bobina secundaria L2 y la capacidad distribuida en ella misma.

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Finalmente este circuito oscilante secundario produce ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia y voltajes muy elevados. Las ondas que se propagan en el medio hacen posible la ionización de los gases en su cercanía y la realización de diversos experimentos.

APLICACIONES

Circuitos de bobina de Tesla se utilizan comercialmente en emisoras de radio de chispa para la telegrafía sin hilos hasta la década de 1920, y en electroterapia y pseudomédica como el rayo violeta. Hoy en día su uso principal es el entretenimiento y exhibiciones educativas. Bobinas de Tesla son construidas por muchos entusiastas de alta tensión, centros de investigación, museos de ciencia y experimentadores independientes. Aunque los controladores de circuitos electrónicos se han desarrollado, diseño hueco de la chispa original de Tesla es menos caro y ha demostrado ser extremadamente fiable.

EXPERIMENTOS

Si se acerca un foco común (de 125 V, 100 W) a la parte superior de la bobina de Tesla, se observa efluvios morados en el interior del foco, es necesario acercarlo a un centímetro más o menos, además hay que tener cuidado de no tocar la bobina, pues el alto voltaje puede provocar varios daños. Los efectos observados son producidos por la acción de la radiofrecuencia.

Si se acercan focos ahorradores, de igual manera los encenderá pero sin provocar el efecto en el foco anterior de producir plasma. Si acercamos un foco de los de tubo de 6W también lo enciende pero no se nota tanto, al usar una luz negra se ve muy poco.

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Usando los focos anteriores, se observa como pasa la corriente eléctrica por el aire llega hasta el foco. Para observar cómo se produce plasma y de igual manera como enciende los focos, también se puede acercar la parte metálica del foco a la mitad de la bobina secundaria.

También se puede colocar un multímetro (encendido y en medición de voltaje AC) a una distancia de 40 cm y con las puntas de prueba a 30 cm de la bobina, al no encender la bobina se observará que no hay nada de corriente, pero al encenderla se observara como el multímetro empieza a marcar distintos valores (se ve como parpadean muchos números). Y cuando se apaga la Bobina de Tesla vuelve a ceros. Aquí se comprueba como la corriente eléctrica viaja a través del aire, es decir de manera inalámbrica, y se demuestra que las ideas de Nikola Tesla eran verdaderas, aunque un tanto caras.

PELIGROS DEL MANEJO DE LAS BOBINAS TESLA

Las corrientes eléctricas de alta tensión de las descargas de una bobina Tesla pueden ser bastante peligrosas para la salud humana. Estamos hablando de tensiones de miles o cientos de miles de voltios, aunque de una frecuencia elevada, y se podría pensar que estas corrientes no son peligrosas debido al denominado "efecto pelicular (o efecto "skin"), por el cual las corrientes de alta frecuencia fluyen por las capas externas de un conductor, lo que en el cuerpo humano significaría que las corrientes de alta frecuencias circularían por la piel humana y no por el interior del cuerpo humano.

Si bien esto es cierto en buenos conductores eléctricos como son los metales, el cuerpo humano no es un buen conductor, y además las frecuencias a las que opera una bobina Tesla aún presentan una importante penetrabilidad en los conductores eléctricos, esto es, parte de la corriente de electrones circula por el interior del conductor. En el caso del cuerpo humano, tenderían a circular por sus partes internas mejor conductoras, como el torrente sanguíneo o el sistema nervioso. En cualquier caso, la profundidad de penetración de las corrientes de alta frecuencia en un conductor es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia, por lo que el efecto de circulación

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pelicular de las altas frecuencias sólo tendrá realmente lugar a partir de varios megahercios de frecuencia.

CONCLUSIONES

La bobina de Tesla permite observar los fenómenos de inducción electromagnética, resonancia de las ondas electromagnéticas, el uso de un condensador, la aplicación de resistencias a los circuitos, así como la importancia de descargar a Tierra. De manera que se aplicaron los conceptos de radiofrecuencia, frecuencia, frecuencia natural, voltaje, microfaradios, etc. Además de obtener habilidad en el uso del multímetro, como para medir el voltaje en el trasformador, en la entrada de corriente, en los fusibles, y también para medir capacitancia, en el caso del condensador; y finalmente se usó para probar continuidad, en el caso de las bobinas principalmente.

Las aplicaciones de la invención de este dispositivo, tiene diversas influencias en otros aparatos que usamos, por ejemplo el caso de las telecomunicaciones; se dice que Macorni fue el inventor de la radio pero se sabe que uso las patentes de Tesla; por otro lado, este dispositivo fue creado con el fin de revolucionar la comunicación, así en un momento, Tesla tenía pensado transmitir datos por medio de este.

El principio es básico pero complejo, ahora se sabe que para trasmitir datos, por ejemplo entre celulares mediante dispositivos infrarrojos, se aplican ondas infrarrojas, y aquí se ve presente que la idea de la construcción de un bobina de Tesla tenía ese propósito, enviar radiofrecuencias (para ese tiempo).

Hoy en día el avance de la tecnología ha sido tan grande, él envió de datos es veloz, como es el caso de los dispositivos bluethoo (comparados con los infrarrojos, que además funcionaba a una cierta distancia). Ejemplos de la aplicación del envío de ondas es por ejemplo para los celulares, la radio, la televisión, internet, etc. Finalmente podemos entender la importancia de este ingeniero, que aunque su invención no logró

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seguir, tuvo un gran impacto en los demás científicos. No hay que olvidar que era visto como un loco, y que otros científicos como Edison lo menospreciaban, quizá por ello aquella frase que dejó; así hay que destacar sus aportaciones, como la corriente AC (en la que no hay grandes pérdidas en comparación con la de Edison DC), el motor de corriente alterna, corriente trifásica, y también se menciona que formuló buenas teorías hacer del espacio-tiempo.

EVIDENCIAS

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BIBLIOGRAFÍA

http://www.taringa.net/posts/imagenes/1068549/Increibles-imagenes-efecto- Tesla-en-grande.html

http://www.images.google.com.mx

http://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Tesla3.jpg