República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular Para la Defensa

Universidad Nacional Experimental de la Fuera Armada Nacional

C.B.I. Palmira - Núcleo Táchira

Elaboración de un Prototipo de una Bobina de Tesla para la demostración de los principios del electromagnetismo en

función de generar campos magnéticos

Integrantes:

Yury Suarez

Yeicson Contreras

Hernando Barrios

Verónica Sosa

Sección 02D

Palmira Noviembre del 2015

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INDICE

Introducción………………………………………………………………pág. 3

Justificación……………………………………………………………....pág. 4

Limitaciones……………………………………………………………...pág. 4

Capítulo I………………………………………………………………….pág. 5

Planteamiento del Problema………………………………………..….pág. 5

Objetivos………………………………………………………………….pág. 5

Hipótesis…………………………………………………………….……pág. 5

Antecedentes………………………………………………………….…pág. 6-7

Capitulo II………………………………………………………………...pág. 8

Marco Teórico…………………………………………………………...pág. 8-12

Capitulo III……………………………………………………………….pág. 13

Metodología……………………………………………………….…….pág. 13

Materiales utilizados………………………………… ……………….pág. 13-14

Cálculos realizados……………………………………………………..pág. 14-15

Capitulo IV……………………………………………………….………pág. 16

Conclusiones……………………………………………………………pág. 16

Recomendaciones…………………………………………………...…pág. 17

Anexos………………………………………………………………..…pág. 18-20

Bibliografía………………………………………………………...…….pág. 21

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INTRODUCCION

La bobina Tesla es un generador electromagnético que produce altas tensiones de elevadas frecuencias que se le conoce como radiofrecuencias con efectos observables como sorprendentes efluvios y coronas. Su nombre se le debe a Nicola Tesla, un ingeniero de origen croata, nacionalizado norteamericano. En 1891 desarrolló un equipo de alta frecuencia y alta tensión con el cual pensaba transmitir la energía eléctrica sin necesidad de conductores. Aunque esta idea no prosperó, Tesla es el inventor de la corriente trifásica y de los motores de inducción, que mueven en el presente a todas las industrias. La bobina de Tesla causa gran impresión por su espectacularidad y provoca interés por conocer su funcionamiento; una excelente manera de comprenderla y disfrutarla resulta ser mediante la construcción de una bobina propia.

El propósito de este trabajo es exhibir a una escala menor el mecanismo utilizado para permitir la creación de un campo magnético mediante una pila y una bobina como tal.

JUSTIFICACION

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En la actualidad existen una infinidad de bobina de tesla, cada una mejor o peor que otras en cuestión de diseño, presentación y costos, pero todas tienen el mismo funcionamiento.

Al realizar una bobina de tesla convencional no solo pretendemos aprender cómo realizar una, sino conocer a fondo su funcionamiento y entender mejor algunos conceptos de electricidad y magnetismo, ya que en el proceso de búsqueda de información y la aplicación de los mismos surgirán dudas que deben ser aclaradas y de esa forma poder extender nuestro conocimiento gracias a las definiciones adquiridas durante el desarrollo del proyecto.

LIMITACIONES

En el trabajo realizado se presentaron limitaciones muy resaltantes una de ellas fue los bajos recursos para adquirir el material, luego de conseguir los recursos al buscar dichos materiales fueron difíciles de encontrar ya que no en todos lados se puede conseguir fácilmente ni tampoco la misma calidad observada en las investigaciones hechas al momento de realizar nuestro proyecto.

Otro factor muy importante que limito en nuestro proyecto fue el poco conocimiento hacia la realización del embobinado y la poca información que se consigue de cómo realizar dicho embobinado.

CAPITULO I

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La idea de hacer un prototipo de una bobina de tesla surgió al momento de que en la asignatura comenzamos a ver Campo Eléctrico en el cual nos dio un interés de como seria aplicar la introducción al electromagnetismo.

Se presentaron varios inconvenientes a la hora de realizar dicho proyecto ya que algunos materiales a utilizar fueron difíciles de conseguir y usar al momento de la elaboración.

OBJETIVO GENERAL

Exponer las principales características, principios de funcionamiento y construcción del prototipo de la bobina de Tesla

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Conocer las características y principios de funcionamiento de una bobina de Tesla.

Construir un prototipo de una bobina de Tesla Dar a conocer el prototipo construido de la bobina de Tesla

generadora de campo magnético.

HIPÓTESIS

Si se construye un prototipo de una bobina de tesla, entonces en su construcción se aplicaran la introducción al electromagnetismo aprendidas en la asignatura, como la aplicación del campo eléctrico.

ANTECEDENTES

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En 1887 Nikola tesla construyo el primer motor de induccion, sin escobillas alimentado con corriente alterna, el cual presento en el America Institute of Electrical Engineers (Instituto Americano de Ingenieros Electricos) en 1888. En el mismo año desarrollo el principio de su bobina de tesla, y comenzo a trabajar con George Westinghouse en la Westinghouse Electric & Manufacturing Company’s en los laboratorios de pittsburgh. Westinghouse escucho sus ideas para sistemas polifasicos, las cuales podrian permitir la transmision de corriente alterna a larga distancia. En mi 1891 invento la bobina de tesla.

Primeras Bobinas

El American Electrician da una descripcion magnetica o de su misma magnitud, de una de las primeras bobinas de tesla, donde un baso acumulador de cristal de 15 cm por 20 cm es enrrollado con entre 60 y 80 vueltas de alambre del mayor porcentaje de cobre numero 18 B&S. Dentro de este se situa una bobina primaria consistente entre 8 y 10 vueltas de cable AWG número 6 B&S, y el conjunto se sumerge en un baso que contiene aceite de linaza o aceite mineralda.

Bobina de tesla disruptivas

En la primavera de 1891, Tesla realizo una serie de demostraciones con varias máquinas ante el America Institute of Electrical Engineers del Columbia College. Continuando las investigaciones iniciales sobre voltaje y frecuencia de William Crookes, Tesla diseño y construyo una serie de bobinas que produjeron corrientes de alto voltaje y alta frecuencia. Estas primeras bobinas usaban la accion disruptiva de un explosor (spark-gap) en su funcionamiento. Dicho montaje puede ser duplicado por una bobina Ruhmkorff, dos condensadores y una segunda bobina disruptiva, especialmente construida. En System of Electric Lighting (23 de junio de 1891). Tesla describio esta primera bobina disruptiva. Concevida en el proposito de convertir y suplir energia electrica en una forma adaptada a la produccion de ciertos nuevos fenomenos electricos. otra de estas primeras bobinas Tesla fue protegida en 1897 por patente electrical.

También se puede mencionar que en Mayo del 2011, fue presentado en el Instituto Tecnológico de Tapachula, un Taller de Investigación (BOBINA DE TESLA) por Cuauhtemoc Velázquez Pérez, estudiante del cuarto semestre de Ing. Electromecánica donde se refiere a que para poder

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transmitir energía eléctrica sin necesidad de utilizar algún conductor retomaron la idea de transmitir electricidad mediante el aire pero para poder lograr esto modificaron la idea original e hicieron sus propios ajustes que fue adaptarle un software a la bobina tesla la cual le dará estabilidad y seguridad al proyecto.

CAPITULO II

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MARCO TEORICO

Para la construcción y entendimiento del principio de funcionamiento de una Bobina de Tesla, es importante tener en cuenta los siguientes conceptos:

Principios y teorías del electromagnetismoEl electromagnetismo describe la interacción de partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos. Se puede dividir en electrostática, el estudio de las interacciones entre cargas en reposo, y la electrodinámica, el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y la radiación. La teoría clásica del electromagnetismo se basa en la fuerza de Lorentz y en las ecuaciones de Maxwell.

La electrostática es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en reposo. Como se describe por la ley de Coulomb, estos cuerpos ejercen fuerzas entre sí. Su comportamiento se puede analizar en términos de la idea de un campo eléctrico que rodea cualquier cuerpo cargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campo estará sujeto a una fuerza proporcional a la magnitud de su carga y de la magnitud del campo en su ubicación. El que la fuerza sea atractiva o repulsiva depende de la polaridad de la carga. La electrostática tiene muchas aplicaciones, que van desde el análisis de fenómenos como tormentas eléctricas hasta el estudio del comportamiento de los tubos electrónicos.

La electrodinámica es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en movimiento y a los campos eléctricos y magnéticos variables. Dado que una carga en movimiento produce un campo magnético, la electrodinámica se refiere a efectos tales como el magnetismo, la radiación electromagnética, y la inducción electromagnética, incluyendo las aplicaciones prácticas, tales como el generador eléctrico y el motor eléctrico. Esta área de la electrodinámica, conocida como electrodinámica clásica, fue sistemáticamente explicada por James Clerk Maxwell, y las ecuaciones de Maxwell describen los fenómenos de esta área con gran general dad. Una novedad desarrollada más reciente es la electrodinámica cuántica, que incorpora las leyes de la cuántica fin de explicar la interacción de la radiación electromagnética con la materia. Paul Dirac, Heisenberg y Wolfgang Pauli fueron pioneros en la formulación de la electrodinámica cuántica. La electrodinámica relativista da unas correcciones

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que se introducen en la descripción de los movimientos de las partículas cargadas cuando sus velocidades se acercan a la velocidad de la luz. Se aplica a los fenómenos involucrados con aceleradores de partículas y con tubos electrónicos funcionando a altas tensiones y corrientes.

El electromagnetismo abarca diversos fenómenos del mundo real como por ejemplo, la luz. La luz es un campo electromagnético oscilante que se irradia desde partículas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, la mayoría de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.

Una bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla, quien la patentó en 1891 a la edad de 35 años. La bobina de Tesla está compuesta por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. En realidad, Nikola Tesla experimentó con una gran variedad de bobinas y configuraciones, de manera que es difícil describir un modo específico de construcción que satisfaga a aquellos que hablan sobre bobinas de Tesla. Las primeras bobinas y las bobinas posteriores varían en configuraciones y montajes. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas con un alcance del orden de varios metros.

Capacitor: Un capacitor está compuesto de dos placas metálicas separadas por un dieléctrico. Su función es almacenar cargas eléctricas. El material aislante que separa las placas se llama dieléctrico y generalmente se usa aire, vidrio, mica, etc. Si dos placas cargadas eléctricamente están separadas por un material dieléctrico, lo único que va a existir entre dichas placas es la influencia de atracción a través de dicho dieléctrico.

Capacidad eléctrica: Se define como la propiedad que tienen los capacitores de almacenar cargas eléctricas. La unidad fundamental de la capacidad es el farad o faradio (F); los submúltiplos de esta unidad son los microfaradios (millonésima de farad), picofaradios, etc.

Inductor o bobina: Si tomamos un conductor, (un alambre) y lo enrollamos formamos una 5 bobina; si hacemos que fluya corriente por ella se establecerá un poderoso campo magnético equivalente al que tiene una barra de acero imantada, con sus polos norte y sur. Es posible demostrar que el flujo de corriente que pasa por un conductor está acompañado por efectos magnéticos. La corriente, en otras palabras, establece un campo

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magnético. Si ahora hacemos que por dicha bobina circule una corriente alterna (en la que los electrones cambian de dirección) de alta frecuencia (radiofrecuencia), se establecerá un campo magnético variable. Si en presencia de dicho campo magnético variable colocamos otra bobina (bobina secundaria), en esta se "inducirá" una corriente eléctrica similar a la de la bobina primaria.

Frecuencia: Es el número de oscilaciones o ciclos que ocurren en un segundo. La unidad fundamental de la frecuencia es el Hertz (Hz) y corresponde a un ciclo por segundo. Radiofrecuencia: Se le llama radiofrecuencia a las corrientes alternas con frecuencias mayores de los 50,000 Hz.

Oscilador: Es un circuito electrónico capaz de generar corrientes alternas de cualquier frecuencia.

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 número de vueltas del 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 6 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

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primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.

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.

Transistor: Un transistor es un componente que tiene básicamente dos funciones: deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una pequeña señal de mando y funciona como un elemento amplificador de señales. Consta de tres cristales semiconductores (usualmente de silicio) unidos entre sí. La capa de en medio es mucho más estrecha que las otras dos. En cada uno de estos cristales se realiza un contacto metálico, lo que da origen a tres terminales:

• Emisor: Se encarga de proporcionar portadores de carga.

• Colector: Se encarga de recoger portadores de carga.

• Base: Controla el paso de corriente a través del transistor.

Diodo: Es un componente electrónico de dos terminales que solamente permite el paso de la corriente en un sentido, pudiendo actuar como elemento rectificador o detector. El funcionamiento de un diodo se basa en su curva de respuesta en tensión, que consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.

Ionización: Es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra.

Estaño: El estaño es un elemento químico de símbolo Sn. Está situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos. Se conocen 10 isótopos estables.

El estaño que se utiliza en electrónica tiene alma de resina con el fin de facilitar la soldadura. Para garantizar una buena soldadura es necesario

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que tanto el estaño como el elemento a soldar alcancen una temperatura determinada, si esta temperatura no se alcanza se produce el fenómeno denominado soldadura fría. La temperatura de fusión depende de la aleación utilizada, cuyo componente principal es el estaño y suele estar comprendida entre unos 200 a 400 ºC.

En realidad, el término "estaño" se emplea de forma impropia porque no se trata de estaño sólo, sino de una aleación de este metal con plomo, generalmente con una proporción respectiva del 60% y del 40%, que resulta ser la más indicada para las soldaduras en Electrónica.

Cautín: El cautín es una herramienta eléctrica muy sencilla que posee un conjunto de elementos que al estar correctamente conectados van a generar en una barra de metal el calor suficiente para poder derretir los distintos metales (estaño, oro, etc.) utilizados para las soldaduras de los circuitos eléctricos y electrónicos.

CAPITULO III

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MARCO METODOLOGICO

Proyecto de elaborar un bobina de tesla Como idea inicial aplicaremos los conceptos de la física II como

asignatura Para elaborar el anteproyecto donde se plantea la idea a seguir para

su construcción Construcción de la maqueta: se compraron los materiales y se

construyó en base a las instrucciones dadas, se trabajara en base a los principios del electromagnetismo en las cuales se demostrara si se cumplen o no esta principio

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MATERIALES

cantidad Material C/U Total a pagar por material

1 Table de Madera 500bs 500bs

12 Alambre de cobre

esmaltado

300bs 3600bs

4 Transistors 60bs 240bs

1 Transformador 5000bs 5000bs

4 Resistencias 13bs 52bs

1 Tubo PVC 200bs 200bs

1 Cable de Cobre 400bs 400bs

1 Marcadores 100bs 100bs

1 Silicon 200bs 200bs

1 Interruptor 350bs 350bs

1 Estaño 200bs 200bs

1 Papel aluminio 150bs 150bs

Total Gastado 10992bs

CÁLCULOS DESARROLLADOS EN EL PROYECTO

La bobina tesla como todo circuito eléctrico tiene varios componentes eléctricos pero la diferencia es que aquí se requieren unos de alto voltaje.

En esta imagen está el circuito de una bobina tesla convencional. Entonces así funciona:

La electricidad entra por la fuente AC domestica (110 o 220 voltios) y pasa por el transformador que reduce el voltaje a 9v luego la electricidad llegar al capacitor que acumula la electricidad, ya lleno la suelta encendiendo el sparkgap (chispero) produciendo un cortocircuito que se envía a la bobina primaria y después a la segundaría donde el voltaje que genere debe ser capaz de generar un campo eléctrico que pueda prender un bombillo sin necesidad de enchufarlo.

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CAPITULO IV

CONCLUSIONES

La bobina de tesla consiste en los principios del electromagnetismo, por lo tanto podemos concluir que a través de una bobina primaria y otra bobina segundaria se crea una transformación de voltaje, el cual crea un campo magnético, dicho campo permite que al acercar nuestro foco haga

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mover los electrodos y esto crea una descarga en el gas de magnesio y se observa que el foco crea el efecto de luz.

Dicho proyecto fue elaborado con bastante esfuerzo por tal motivo que no hay mucha información de la elaboración de esta mini bobina y es complicada al momento de crear el campo magnético, por lo tanto se creó nuestra limitación nombrada que al momento de realizar el embobinado no se creó el campo magnético necesario para mover los electrodos y hacer crear efecto de luz.

RECOMENDACIONES

Como recomendaciones se sugiere lo siguiente:

Además de tener un programa establecido para realizar el proyecto también se debe tener una ruta, ya que con ella podemos observar que actividades que se puedan aplazar sin ningún problema de retraso o que

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otras actividades definitivamente o se puedan realizar entre el tiempo ya que esto originaria que el proyecto no se termine en tiempo y forma.

Tener siempre presente cuales son los recursos con los que cuenta para realizar cierta actividad es decir, para realizar la bobina es necesario tener en cuenta el personal necesario, el material y equipos para poder ejecutarlo de una manera eficiente. Esto es de suma importancia ya que si no se toman en cuenta estos recursos la programación puede sufrir modificaciones provocando el atraso para la culminación de alguna actividad.

Para la elaboración de la bobina de tesla se recomienda tener información suficientemente necesaria al momento de elaborar el embobinado ya que esto generara un campo magnético que será el factor importante para crear el efecto de luz o mejor aun si buscan ayuda de un profesional en embobinados.

Otra recomendación es que en todo momento se tenga amplia comunicación entre los integrantes del equipo que conforma este grupo siempre para ir mejorando dicho proyecto.

ANEXOS

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