Autor: Mauro Benito Montoya Arenas (mauro2017pre@gmail.com)
Bobina de Tesla (como funciona y demostración de los efectos de la jaula de Faraday)
I.- Resumen.-
La bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce tensiones de elevadas frecuencias(radiofrecuencias) con efectos observables y sorprendentes. Está compuesto por la fuente(batería), transistor, resistencia, una bobina primaria y un circuito secundario. El circuito secundario (que al parecer una de sus terminales no esta conectado al circuito) es un circuito resonante en serie compuesto por la bobina secundaria y la bola de tecnopor recubierto con aluminio. En este proyecto especificaremos los procedimientos y la causa del funcionamiento de dicha bobina
Frecuencia.- Es el numero de oscilaciones o ciclos que ocurren en un segundo. La unidad es el Hertz (Hz) y corresponde a un ciclo por segundo. En la bobina de Tesla coexisten dos circuitos LC uno de baja frecuencia y otro de alta frecuancia.
Radio frecuencias. - Se llama radiofrecuencias a las corrientes alternas con frecuencias mayores a los 50000 Hz.
II.- FUNDAMENTO TEORICO:
Ahora explicare detalladamente las causas por las cuales la bobina de Tesla funciona.
- La pila o batería es nuestra fuente de voltaje fundamental para la realización del proyecto, no es exactamente necesario trabajar con 9 voltios puesto que en mi proyecto trabaje con mi batería de 9.7 voltios.
- La resistencia sirve para que no se queme el transistor, si no se le pone la resistencia el circuito se quema.
- El interruptor sirve para controlar el circuito (circuito cerrado o abierto).
- En el circuito el transistor funciona como un interruptor que se abre y se cierra a gran velocidad de tal forma que crea una corriente pulsante necesaria para que en la bobina primaria se produzca (por la ley de Ampere) un campo magnético variable.
Corriente pulsante. - Es una corriente continua que sufre cambios regulares de magnitud a partir de un valor constante. Los cambios pueden ser de intensidad o de tensión. Estos cambios o pulsos son siempre en el mismo sentido de la corriente. Por eso todos los tipos de corriente alterna no son pulsantes..
Corriente pulsante (b,c y f)
Corriente alterna (a,d y e)
Regla de la mano derecha. - Se utiliza para hallar la dirección y el sentido del campo magnético. Se debe seguir el sig. procedimiento :
1.-Tomamos el conductor con la mano derecha, con el dedo pulgar en sentido de la corriente eléctrica
2.- Se gira la mano en el sentido que gira los nudos del dedo, esa dirección será la del campo magnético.
Ley de Ampere. - La integral de línea de B.dl alrededor de cualquier trayectorias cerrada es igual µ_0 I, donde I es la corriente estable total que pasa a través de cualquier superficie delimitada por la trayectoria cerrada.
µ_0: se lee mu subíndice cero. T: magnitud del campo magnético (Tesla)
µ_0=4π〖x10〗^(-7) T.m/A T=N/(m.A)
Para detallar:
-Sin transistor la corriente es continua, el campo magnético no varía, por ende, no aparece corriente en la otra bobina.
-Con transistor el campo magnetico variable de la bobina primaria, al cruzarse con la bobina secundaria producira una corriente que va a tener la caracteriztica de tener un voltaje mucho mas elevado. De ello depende del numero de vueltas que tenga la secundaria con respecto a la primaria.
¿Por qué un campo magnético variable genera una fem y una intensidad de corriente?
La inducción magnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos. Al generarse un campo magnético en un material conductor. los portadores de carga libre se verán sometidos a una a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor. Cuando decimos que un campo magnético genera una corriente electica en un conductor, nos referimos a que aparece una fem. (llamada fem inducida) de modo que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente inducida).la ley que explica esta interacción entre la fuerza electromotriz inducida y el campo magnético es la ley de Faraday.
= Flujo magnetico
La bobina de tesla se basa también en otro factor : La resonancia. De esto se encarga el transistor que cuando se apaga y se enciende muchas veces cada segundo, crea este efecto. De este modo el circuito secundario producirá ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia y de voltaje muy elevado, que podrán propagarse ionizando las moléculas de aire.
-Tranformador:
El transformador es el encargado de elevar la tensión, como podemos observar está compuesta por las dos bobinas (primaria y secundaria), cuanto mayor sea la diferencia de vueltas entre las bobinas mayor será la tensión que se logre a la salida. Las bobinas primaria y secundaria están débilmente acopladas, creando un transformador con núcleo de aire resonante.
Pregunta elemental
Si la terminal de la bobina secundaria no está conectada al circuito (circuito abierto). ¿Por qué funciona la bobina de Tesla?
Es un aspecto curioso, a primera vista parecería un circuito abierto, por ende, no debería funcionar. Sin embargo, el circuito, en realidad no es un circuito abierto. Existe una capacitancia parasita (no existe físicamente, pero cierra el circuito) en las bobinas que es, justamente, lo que cierra el circuito y es representado mediante una línea punteada porque no hay un condensador puesto allí, sino que cada par de espiras (como son dos conductores) y en medio tienen aire(dieléctrico)conforman un condensador, que, aunque tiene una capacitancia muy pequeña, es suficiente para cerrar este circuito.
Capacitancia parasita. – Es el efecto adicional de los conductores que sirven como placas entre un dieléctrico, que normalmente es aire
Ya que aclaramos este último punto vamos a relacionar todos estos fundamentos:
-Cuando el interruptor cierra el circuito, el transistor convierte la corriente directa, proporcionada por la batería, en corriente pulsatoria, además el transistor está conectado a la bobina primaria, si hacemos que por dicha bobina circule una corriente de alta frecuencia 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 similar a la de la bobina primaria. El campo electromagnético producido por la segunda bobina ioniza los gases, es decir, se excitan los gases internos de una lámpara de bajo consumo, un fluorescente o un neón, luego, los electrones se recombinan dando luz.
Efecto de la jaula de Faraday en la bobina de Tesla
Como ya hemos definido la inducción magnética esto hace que comprendamos con mayor rapidez los efectos que tienen la jaula Faraday en la bobina de tesla.
Inducción magnética. -La inducción magnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos
Jaula de Faraday. - Es un recubrimiento metálico que tiene la característica que al interior el campo eléctrico es nulo. De la misma forma, una jaula de Faraday anula también un campo electromagnético, ya que en la bobina de Tesla el campo magnético esta asociado al campo eléctrico, entonces los efectos de la bobina de Tesla quedan anulados
Ahora coloco un recubrimiento metálico en la bobina de Tesla:
III.-Análisis:
Como hemos podido ver, la bobina de Tesla, aunque parezca un circuito simple (que no es), su fundamentación teórica es bastante profunda y difícil de explicar, sin contar que para que tengo que corroborar experimentalmente los fundamentos teóricos, y así fue, para hacer la bobina de Tesla tuve 3 intentos fallidos de bobinas que no eran lo suficientemente eficientes para generar el campo electromagnético necesario para generar luz en el foco. Sin contar las frustraciones sentidas a la hora de encender el circuito y darme cuenta que había fallado y que lo tenía que volver a armar.
A pesar de todo, esto me ha ayudado a entender mejor el próximo tema a tratar en Física 3 (campos electromagnéticos), y he tenido la dicha de experimentar la felicidad después de armar mi circuito por cuarta vez y que al fin haya podido encender, en mi exposición relatare mi experiencia armando la bobina de Tesla.
La parte que no he podido hacer es la de mediciones ya que no encontré el aparato para medirlo (gaussimetro), además las mediciones teóricas son muy engorrosas por lo que las omití. Pero lo he compensado con la demostración de los efectos de la jaula de Faraday que ha resultado una buena forma de aprender principios físicos de forma experimental ya que en el laboratorio de Física este tema paso desapercibido.
IV.-Bibliografía:
-Física universitaria (Vol. II)…….. Sears Semansky
-Física III…………….Sabrera
-Tesis para obtener una maestría en educación científica (Bobina de tesla) ……………Pavel Sánchez Valdez
-Wikipedia, la enciclopedia libre
-Electromagnetismo……….Furman
-Bobina de Tesla…………………….. Fernando Daniel Sierra y Pablo Aragón Gallegos
