bobina de tesla

INFORME TECNICO

INFORME TECNICO

“electricidad

“electricidad

inalámbrica”

inalámbrica”

 Alumno (s)  Alumno (s)::  Apellidos y N

 Apellidos y Nombresombres NotaNota

Profesor:

Profesor:    GeraldineGeraldine P

Prrooggrraamma a PPrrooffeessiioonnaall:: PPFFRR EEssppeecciiaalliiddaadd//GGrruuppoo::

F

RESUMEN RESUMEN

La idea

La idea de la de la transftransferencierencia inalámbrica inalámbrica a de energía es de energía es casi tan antigua como casi tan antigua como la generación dela generación de electricidad misma. A principios del siglo XX, Nikola Tesla propuso la utilización de grandes electricidad misma. A principios del siglo XX, Nikola Tesla propuso la utilización de grandes bobinas para transmitir electricidad a tra!s de la ionosfera, constru"endo una enorme torre de bobinas para transmitir electricidad a tra!s de la ionosfera, constru"endo una enorme torre de telecomunicaciones llamada #ardencl"ffe To$er, en Long %sland, Nuea &ork, 'ue pondría a telecomunicaciones llamada #ardencl"ffe To$er, en Long %sland, Nuea &ork, 'ue pondría a prueba su idea de transmisión de energía inalámbrica. La (istoria cuenta 'ue se 'uedó sin prueba su idea de transmisión de energía inalámbrica. La (istoria cuenta 'ue se 'uedó sin financiación cuando sus patrocinadores se dieron cuenta de 'ue no (abría manera iable de financiación cuando sus patrocinadores se dieron cuenta de 'ue no (abría manera iable de asegurar 'ue la gente pague por la electricidad 'ue se utilizaba, por lo 'ue la red el!ctrica por  asegurar 'ue la gente pague por la electricidad 'ue se utilizaba, por lo 'ue la red el!ctrica por  cable se leantó en su lugar.

cable se leantó en su lugar. )i bien no

)i bien no amos a estar iendo una amos a estar iendo una red inalámbrred inalámbrica de energía nacional en el ica de energía nacional en el corto plazo, lacorto plazo, la id

idea ea de de trtranansmsmisisióión n de de enenerergígía a en en una una esescacala la (o(ogagarere*a *a esestá tá gagananandndo o imimpupulslso o cocon n lala comunicación inalámbrica, como #i+i " -luetoot(, por lo tanto los cables de alimentación son comunicación inalámbrica, como #i+i " -luetoot(, por lo tanto los cables de alimentación son a(ora el nico límite 'ue tienen

a(ora el nico límite 'ue tienen los dispositi os para conertirse en realmente los dispositi os para conertirse en realmente portátiles.portátiles.

/l uso de ondas de radio para transmitir la electricidad es 'uizás la solución más obia, "a 'ue /l uso de ondas de radio para transmitir la electricidad es 'uizás la solución más obia, "a 'ue se puede utilizar en principio, los mismos tipos de transmisores " receptores utilizados en la se puede utilizar en principio, los mismos tipos de transmisores " receptores utilizados en la com

comuniunicaccación ión #i+#i+i. i. 0o$0o$ercercast, ast, una una empempresresa a con con sedsede e en en 0it0ittsbtsburgurg(, (, 0en0enns"ns"lalaniania,, recientemente (a utilizado !sta tecnología para transmitir microatios " miliatios de potencia a recientemente (a utilizado !sta tecnología para transmitir microatios " miliatios de potencia a por lo menos 12 metros de sensores industriales.

por lo menos 12 metros de sensores industriales.

3na segunda posibilidad, para dispositios 'ue re'uiera más energía, es despedir a un fino 3na segunda posibilidad, para dispositios 'ue re'uiera más energía, es despedir a un fino ra"o láser infrarro4o centrado en una c!lula fotoo ltaica, 'ue conierta el (az de uelta a la ra"o láser infrarro4o centrado en una c!lula fotoo ltaica, 'ue conierta el (az de uelta a la en

enerergígía a elel!c!ctrtricica. a. 5s5ste te es es el el enenfofo'u'ue e 'u'ue e (a (a adadoptoptadado o 0606#/#/7-7-/A/A8, 8, ototra ra ememprpresesaa  Americana, pero

 Americana, pero (asta a(ora (asta a(ora su eficiencia su eficiencia es sólo es sólo entre el entre el 12 " 12 " el 9: el 9: por ciento. Además por ciento. Además !sta!sta t!

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cargar un tel!fono móil, "a 'ue debe ser direccional.debe ser direccional.

La tercera posibilidad para la energía inalámbrica es la inducción magn!tica, la opción más La tercera posibilidad para la energía inalámbrica es la inducción magn!tica, la opción más atractia para aplicaciones dom!sticas. 3n campo magn!tico fluctuante 'ue emana de una atractia para aplicaciones dom!sticas. 3n campo magn!tico fluctuante 'ue emana de una bobina puede inducir una corriente el!ctrica cerca a otra bobina receptora. /l problema es 'ue bobina puede inducir una corriente el!ctrica cerca a otra bobina receptora. /l problema es 'ue la eficiencia es buena solo en contacto cercano.

la eficiencia es buena solo en contacto cercano. 0ero desde (ace tiempo se sabe

0ero desde (ace tiempo se sabe 'ue dic(a transferencia de energía mecánica se 'ue dic(a transferencia de energía mecánica se me4orame4ora enormemente si los dos ob4etos están

enormemente si los dos ob4etos están resonando en l a misma frecuencia, resonando en l a misma frecuencia, es cómo un cantantees cómo un cantante de ópera puede romper un idrio

de ópera puede romper un idrio si llega a los tonos indicados. )e si llega a los tonos indicados. )e cree 'ue la misma ideacree 'ue la misma idea podría me4orar la eficiencia de la

podría me4orar la eficiencia de la inducción magn!tica a grandes distancias. 0or lo inducción magn!tica a grandes distancias. 0or lo 'ue un'ue un e'uipo de físicos del 8%T ;%nstituto de Tecnología de 8assac(usetts<, (a desarrollado un e'uipo de físicos del 8%T ;%nstituto de Tecnología de 8assac(usetts<, (a desarrollado un sistema inalámbrico 'ue puede trans ferir e

sistema inalámbrico 'ue puede trans ferir e nergía el!ctrica a mltiples dispositios electrónicosnergía el!ctrica a mltiples dispositios electrónicos de forma simultánea llamado #itricit". /l sistema, altamente eficiente, se basa en

de forma simultánea llamado #itricit". /l sistema, altamente eficiente, se basa en unun

acoplamiento mediante resonancia electromagn!tica, " podría implementarse empotrando una acoplamiento mediante resonancia electromagn!tica, " podría implementarse empotrando una bobina en las paredes o el tec(o de cada (abitación. Lograron demostrar 'ue resulta más bobina en las paredes o el tec(o de cada (abitación. Lograron demostrar 'ue resulta más eficiente alimen tar simultáneamente a arios

eficiente alimen tar simultáneamente a arios dispositios 'ue a uno solo, siempre " dispositios 'ue a uno solo, siempre " cuando elcuando el sistema est! correctamente sintonizado.

sistema est! correctamente sintonizado.

Las grandes empresas de electrónica de consumo tambi!n se (an interesado en inestigar la Las grandes empresas de electrónica de consumo tambi!n se (an interesado en inestigar la transferencia resonante. )on", por e4emplo, (a demostrado una teleisión inalámbrica, e %ntel transferencia resonante. )on", por e4emplo, (a demostrado una teleisión inalámbrica, e %ntel es

está tá inineeststigiganando do la la tetecncnolologogía ía papara ra ununa a amampl pl ia ia gagama ma de de didispspososititiiosos. . =o=on n tataleless manifestaciones prometedoras es mu" probable 'ue la energía inalámbrica entre a los (ogares manifestaciones prometedoras es mu" probable 'ue la energía inalámbrica entre a los (ogares de una manera masia. >1?

INTRODUCCIÓN

La electricidad fue uno de los descubrimientos más importantes en la (istoria de la física, en la sociedad actual es fundamental disponer de la electricidad para poder desarrollar nuestra ida cotidiana con normalidad@ pero !sto no siempre (a sido así, la electricidad (a recorrido un largo camino desde el principio de los tiempos, siendo muc(os los (ombres 'ue con su refleión " duro traba4o la (an ido moldeando " adaptando progresiamente a cada una de nuestras necesidades en los ltimos siglos. 0or lo 'ue debemos pensar 'ue la electricidad (a sido uno de los ma"ores bienes de la sociedad " la ma"or impulsadora de los aances científicos.

Bemos tambi!n, 'ue a lo largo de la (istoria el (ombre (a procurado garantizar " me4orar su niel de ida mediante el uso de la tecnología, pasando además a formar parte de las fuerzas productias de la industria en un grado ma"or 'ue nunca. A(ora las formas inalámbricas parecen ser el comn denominador de la s grandes innoaciones del nueo milenio, por lo 'ue se (an desarrollado transmisores " receptores inalámbricos para toda clase de dispositios, utilizando tecnologías tales como -luetoot( o #i+i para la transmisión de datos. )in embargo, (asta a(ora no se (a logrado transmitir energía el!ctrica a grandes distancias en forma inalámbrica, aun'ue eisten m!t odos como el ra"o láser " el de microondas 'ue logran transmitir energía el!ctrica a tra!s del aire pero no de forma eficiente " con la desenta4a de ser direccional, situación 'ue resulta poco práctica en algunos casos.

La presente inestigación tiene como finalidad desarrollar un documento educatio, en el cual se describen los m!todos actuales de transmisión inalámbrica de electricidad " se da a conocer  una nuea tecnología llamada #iTricit" 'ue se basa en un fenómeno físico conocido como resonancia magn!tica. Además describi r su eolución " las nueas tendencias de !sta tecnología en países desarrollados. /l traba4o se complementa con la construcción de una bobina Tesla, con la cual se podrá apreciar el fenómeno de inducción magn!tica " la creación de una página #/- 'ue tendrá la dirección http://proyectoutp.netau.net/ donde se consignara la documentación desarrollada, 'ue permitirá tanto a la comunidad uniersitaria como e terna tener fácil acceso a !sta información.

OBJETIVOS OBJETIVO GENER!

Cesarrollar una inestigación, en la cual s e da a conocer una nuea forma inalámbrica de transmitir electricidad a tra!s de un fenómeno físico conocido como resonancia magn!tica.

OBJETIVOS ES"EC#$ICOS

· %nestigar los antecedentes de la transmisión inalámbrica de energía el!ctrica.

· =omprender el fenómeno físico de resonancia magn!tica " los principios básicos en los 'ue se basa la transmisión inalámbrica de energía el!ctrica.

· 7ealizar un marco teórico " describir los principales aspectos de !sta tecnología.

· )uministrar información acerca de las nueas tendencias de la electricidad inalámbrica " la eolución en países desarrollados.

· =onstruir una bobina Tesla, con la cual se podrá a preciar " comprobar el principio de transmisión de energía inalámbrica.

· /laborar una aplicación #/- para consignar la documentación desarrollada.

G!OSRIO

!TERNDOR: un alternador es una má'uina el!ctrica capaz de tra nsformar energía

mecánica en energía el!ctrica, generando una corrie nte alterna mediante inducción electromagn!tica.

NTEN "RBO!IC: es un tipo de antena 'ue se caracteriza por llear un reflector  parabólico " pueden ser usadas como a ntenas transmisoras o como antenas receptoras.

"!ICCION %EB: es cual'uier aplicación 'ue es accedida ía $eb por una red como

internet o una intranet.

B!UETOOT&: define un estándar global de comunicación inalámbri ca 'ue posibilita la

transmisión de oz " datos entre diferentes dispositios mediante un enlace por radiofrecuencia segura, globalmente " sin licencia de corto rango.

BOBIN:es un elemento formado por espiras de alambre arrollado 'ue almacena energía en

forma de campo magn!tico.

CM"O E!'CTRICO:es un campo de fuerza creado como consecuencia del moimiento de

cargas el!ctricas o flu4o de electricidad.

CIRCUITO E!'CTRICO:es un camino cerrado por donde circulan electrones. 5ste camino está

formado por cables " otros componentes e l!ctri cos, como pilas, bombillas e interruptores

COMBUSTIÓN: es una reacción 'uímica en la cual generalmente se desprende una gran

cantidad de calor " luz. )in embargo el fenómeno puede manifestarse en forma mu" lenta " no ir acompa*ado de un incremento de la temperatura 'ue nosotros podamos percibir.

CONDENSDOR: es un elemento el!ctrico con capacidad de almacenar carga el!ctrica, formado generalmente por dos placas paralelas conductoras separadas por un material aislante 'ue puede ser aire, mica, papel, etc,

CONDUCTOR E!'CTRICO: es un elemento generalmente metálico, capaz de cond ucir la

electricidad cuando es sometido a una diferencia de potencial el!ctrico.

CORRIENTE E!'CTRIC: la circulación de cargas o electrones a tra!s de un circuito

el!ctrico cerrado, 'ue se mueen siempre del polo negatio al polo positio de la fuente de suministro de fuerza electromotriz.

CRIST!I(CIÓN: es el proceso por medio de la cual se separa un componente de una

solución li'uida transfiri!ndolo a la fase sólida en forma de cristales.

DIE!ECTRICO:materiales 'ue no conducen la electricidad, por lo 'ue se pueden utilizar  como

aislantes el!ctricos.

E$ECTO $OTOE!'CTRICO:consiste en la emisión de electrones por un material cuando se

le ilumina con radiación electromagn!tica ;luz isible o ultraioleta, en general<.

E!ECTRÓN:es la partícula más ligera 'ue constitu"e a los áto mos " 'ue presenta la mínima carga posible de electricidad negatia.

ENERG# E!'CTRIC:)e denomina energía el!ctrica a la forma de energía 'ue resulta de la

eistencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo 'ue permite establecer una corriente el!ctrica entre ambos cuando se les coloca en contacto por medio de un conductor  el!ctrico para obtener traba4o.

ENERG# MEC)NIC:/s la capacidad 'ue tiene un cuerpo o con4unto de cuerpos de realizar 

moimiento, debido a su energía potencial o cin!tica@ por e4emplo, la energía 'ue poseemos para correr en bicicleta ;energía potencial< " (acer cierto recorrido ;energía mecánica<.

ENERG# SO!R:La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz " el

calor emitidos por el sol.

E*"!OSOR: Generador de energía por medio del cual se aplica una descarga el!ctrica de

intensidad suficiente en el circuito de detonadores el!ctrico con el fin de iniciar la oladura. 5stos son de dos tipos básicosD de EgeneradorE " de Edescarga de condensadorE. Ambos tipos son de una construcción robusta " soportan sericio duro por períodos prolongados.

$OCOS DE &ID:(ig( intensit" disc(arge Lig(ting 'ue traducido al castellano es iluminación de descarga de alta intensidad, a !ste grupo de iluminación pertenecen los focos 8F F% 'ue usamos en el (obb" las lámparas de apor de sod io, apor de mercurio " los de moda (id de enón para los autos.

$RECUENCI: es una medida 'ue se utiliza generalmente para indicar el nmero de

repeticiones de cual'uier fenómeno o suceso periódico en la unidad de tiempo.

$UER( E!ECTROMOTRI(: )e denomina fuerza electromotriz ;/8< a la energía

proeniente de cual'uier fuente, medio o dispositio 'ue suministre corriente el!ctrica. 0ara ello se necesita la eistencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos ;uno negatio " el otro positio< de dic(a fuente, 'ue sea capaz de bombear o impulsar las cargas el!ctricas a tra!s de un circuito cerrado.

G!VNOMETRO:es un aparato 'ue se emplea para indicar el paso de pe'ue*as corrientes

el!ctricas por un circuito " para la medida precisa de su intensidad.

INDUCCIÓN: es un fenómeno descubierto por 8ic(ael arada", por el cual una fuerza

electromotriz se origina en un medio o cuerpo al eponerse !ste a un campo magn!tico ariable, o si el campo es estático " el cuerpo afe ctado móil.

!ONGITUD DE OND:es la distancia de separación entre pu ntos ad"acentes cuando están separados por un nmero entero de ciclos de onda co mpletos.

!UMINRIS: son aparatos 'ue siren de soporte " coneión a la red el!ctrica a los

dispositios generadores de luz ;llamados a su ez lámparas, bombillas o focos<.

MGNETISMO: es un fenómeno físico por el 'ue los materiales e4ercen fuerzas de atracción o

repulsión sobre otros materiales.

MGNETRÓN:es un dispositio 'ue transforma la energía el!ctrica en energía

electromagn!tica en forma de microonda.

ONDS E!ECTROMGN'TICS: es la forma de propagación de la radiación

electromagn!tica a tra!s del espacio, " sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda 'ue admiten las ecuaciones de 8a$ell.

OSCI!DOR: es un dispositio capaz de conertir la energía de corriente continua en corriente

alterna a una determinada frecuencia.

"NE!ES SO!RES:son dispositios dise*ados para captar parte de la radiación solar " conertirla en energía solar para 'ue pueda ser utilizada por el (ombre.

"RESIÓN:la presión es una magnitud física 'ue mide la fuerza por unidad de superficie, "

sire para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.

OEM:6riginal /'uipment 8anufacturer o en espa*ol abricante 6riginal de /'uipo. =ompa*ía 'ue ad'uiere productos o sericios de su fabricante original al por ma"or " lo anea a su producto o sericio propio para así enderlo.

R+OS *: designa a una radiación electromagn!tica, inisible, capaz de atraesar cuerpos

opacos " de impresionar las películas fotográficas.

RECTI$ICDOR DE MEDI OND: es un circuito empleado para eliminar la parte negatia de

una se*al de corriente alterna de entrada conirti!ndola en corriente directa de salida.

RESONNCI: La resonancia es un estado de operación en el 'ue una frecuencia de

ecitación se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la má'uina.

SO!ENOIDE: es definido como una bobina de forma cilíndrica 'ue cuenta con un (ilo de

material conductor enrollada sobre si a fin de 'ue, con el paso de la corriente el!ctrica, se genere un intenso campo el!ctrico. =uando !ste campo magn!tico aparece comienza a operar  como un imán.

TDT:teleisión digital terrestre o TCT es la transmisión de imágenes en moimiento " su sonido asociado ;teleisión< mediante una se*al digital ;codificación binaria< " a tra!s de una red de repetidores terrestres.

TRN$ORMDOR: es un dispositio basado en el fenómeno de la inducción electromagn!tica

" está constituido, en su forma má s simple, por dos bobinas deanadas sobre un ncleo cerrado de (ierro dulce o (ierro si licio, 'ue permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito el!ctrico de corriente alterna manteniendo la frecuencia.

%I,$I:es la sigla para #ireless idelit" ;#i+i<, 'ue literalmente significa idelidad %nalámbrica. /s un con4unto de redes 'ue no re'uier en de cables " 'ue funcionan con base a ciertos protocolos preiamente establecidos. )i bien fue creado para acceder a redes locales inalámbricas, (o" es mu" frecuente 'ue sea utilizado para establecer coneiones a %nternet.

-. M'TODOS IN!)MBRICOS DE TRNSMISIÓN DE ENERG# E!'C TRIC

-.- INDUCCIÓN MGN'TIC O INDUCCIÓN DE CM"O CERC NO

La inducción magn!tica es el proceso mediante el cual campos magn!ticos generan campos el!ctricos. /n la ilustración 1, emos 'ue al generarse un campo el!ctrico en un material conductor, los portadores de carga se erán sometid os a una fuerza " se inducirá una corriente el!ctrica en el conductor para encender una bombilla.

%lustración 1. %nducción de campo cercano

uenteD (ttpDHH$$$.neoteo.comHcoc(e+electrico+con+carga+%NALI8-7%=A.neo

=uando decimos 'ue un campo magn!tico genera una corriente el!ctrica en un conductor, nos referimos a 'ue aparece una fem ;fem inducida< de modo 'ue las cargas del conductor se mueen generando una corriente ;corriente inducida<. >J?

La fuente principal de producción de electricidad, al menos a escala industrial, está basada en la inducción electromagn!tica descubierta eperimentalmente en 1K91 por un ísico llamado 8ic(ael arada", 'uien intu"ó 'ue si la electricidad produce magnetismo, !ste a su ez, generará electricidad. 0or consiguiente, nunca un eper imento como !ste cambió nuestra isión del mundo " nuestra manera de iir. >9J?

=on relación a la ilustración J, arada" obseró 'ue cuando apagaba la corriente en *, el galanómetro conectado a la bobina +, detectaba el pulso de corriente. =on más cuidado, obseró 'ue el paso de corriente de manera continua por * no producía ninguna corriente en

 +. )e dío cuenta 'ue solo se producía corriente en + cuando se iniciaba o cesaba la corriente en*.

%lustración J. /perimento de arada"

uenteD (ttpDHHelectricidadsenamei21.blogspot.es

0oco despu!s de !ste eperimento, arada" demos tró'ue si introducía un imán dentro de una bobina como se muestra en la ilustración 9, se producía una corriente transitoria. >?

%lustración 9. =orriente transitoria por la bobina

uenteD (ttpDHHelectricidadsenamei21.blogspot.es

 Análogamente si en ez de meter el imán lo sacaba, se producía una corriente como se muestra en la ilustración , pero !sta ez de sentido contrario al obtenido cuando se introducía.

%lustración . =orriente transitoria por la bobina en sentido contrario

uenteD (ttpDHHelectricidadsenamei21.blogspot.es

)i el imán permanecía dentro de la bobina sin moer se como se muestra en la ilustración 2, no se producía corriente en la bobina.

%lustración 2. )in corriente transitoria por la bobina

uenteD (ttpDHHelectricidadsenamei21.blogspot.es

7esultaba claro 'ue para producir una corriente el imán tenía 'ue moerse en relación a la bobina. 0or lo 'ue se llega a la conclusión de 'ue sólo una ariación del flu4o del campo

magn!tico con respecto al tiempo genera corriente el!ctrica, bien moiendo físicamente un imán o cerrando o iniciando la corriente el!ctrica de un solenoide. >2? Así pues, una corriente inducida se puede producir si una bobina gira en un campo magn!tico fi4o, como se puede obserar en la ilustración M. 5ste aparato es en realidad un generador el!ctrico, el cual conierte energía mecánica en energía el!ctrica.

/n una central (idroel!ctrica el agua almacenada en una presa se libera de tal manera 'ue su caída (ace girar la bobina de un generador. /n una central t!rmica el apor de agua a presión, producido al calentar agua con la energía obtenida por la combustión del carbono, se utiliza para girar las bobinas. >9?

%lustration M. Generador el!ctrico

uenteD (ttpDHHblogcecilia.$ordpress.comHcategor"Huncategorized

La le" 'ue eplica !sta interacción entre la fuerza electromotriz inducida " el campo magn!tico es la Le" de arada". 5sta le" establece'ue el olta4e inducido en un circuito el!ctrico es directamente proporcional a la ariación con el tiempo de flu4o magn!tico a tra!s del circuito " matemáticamente se escribe m ediante la siguiente ecuaciónD

  d _ m / dt 

Conde

 

 es la fuerza electromotriz 'ue se mide en oltios "

 

m es el flu4o magn!tico 'ue de (ec(o está relacionado con el nmero de líneas d e campo magn!tico 'ue pasan a tra!s de la superficie delimitada por el circuito el!ctrico. 0or tanto, para 'ue aparezca una fuerza electromotriz inducida debe ariar el flu4o del campo magn!tico a tra!s de la superficie delimitada por el conductor. >9J?

)e describe matemáticamente mediante la siguiente e cuaciónD  m_

∫

 BdsCos_ 

/n realidad !ste flu4o magn!tico se define como el producto del campo magn!tico B _{por el área}

limitada por el circuito " se deduce 'ue (a" t res formas de ariar el flu4o del campo magn!ticoD ariando el módulo del campo, la superficie 'ue lo atraiesa o el ángulo 'ue forman ambos.

/l signo negatio 'ue aparece en el t!rmino de la derec(a está relacionado con la dirección de la fuerza electromotriz inducida 'ue sigue el principio general denominado Le" de Lenz en (onor del físico Feinric( riedric( Lenz " cu"o enunciado es,1/l sentido de las corrientes, o fuerza electromotriz inducida, es tal 'ue siempre se opone a la ariación del flu4o magn!tico 'ue la produce >9?. 5ste fenómeno lo podemos obserar en la ilustración .

%lustración . Le" de Lenz

uenteD (ttpDHH$$$.fisicanet.com.arHfisicaHelectrodinamica.p(p

/l eperimento de la inducción electromagn!tica abrió el camino de la transformación de la energía mecánica en energía el!ctrica " supuso el i nicio de la moderna industria el!ctrica donde la electricidad, como mencionábamos al princi pio, 4uega un papel crucial en el desarrollo " bienestar de nuestra sociedad.

-.-.- uno0 e1e2po0 y ap3cac3one0 co2erc3ae0 actuae0 4e a 3n4ucc35n 4e ca2po

cercano.)abemos 'ue el principio de la inducción magn!tica o inducción de campo cercano

es usada en los transformadores, motores el!ctricos, generadores, entre otras, pero (o" en día diferentes compa*ías Americanas como la /+=oupled, #ild =(arge, 0o$ermat, 8o4omobilit", #i0o$er, iolta, /n6cean , aproec(a la física del acoplamiento por inducción de campo cercano " la combina con funciones de comunicación " control desarrollando aplicaciones comerciales desatando un nueo mundo de posibilidades creatias en los cuales la electricidad puede ser transmitida de manera eficiente a cual'uier dispositio.

1

 %nducción magn!tica

=omo emos en la ilustración K, el m!todo de inducción magn!tica o inducción de campo cercano proporciona electricidad " comunicación mediante un circuito de acoplamiento inductio 'ue busca resonancia en forma dinámica, l o 'ue le permite a la fuente de alimentación adaptar  su funcionamiento a los re'uerimientos de los dispositios con igual tecnología. >M?

%lustración K. Transferencia de energía por campo cercano

uenteD (ttpDHHenerg"consulting.$ordpress.comHcategor"HelectricidadH

0or e4emplo en la ilustración O, podemos er 'ue algunas compa*ías se encuentran desarrollando !sta tecnología con compa*ías de electrónica de consumo, fabricantes de portátiles, compa*ías de telefonía móil " empresas de automóiles para transformar superficies como paredes, mesas, pisos " escritorios en conductores eficientes de energía inalámbrica, sustitu"endo la necesidad de acceder a mltiples tomacorrientes en tiempo real de carga " alimentación de los dispositios electrónicos, tales como tel!fonos móiles, e'uipos de 809, computadores personales, teleisores, e'uipos de sonido, má'uinas de afeitar, entre otros, soluciones 'ue nos permiten librarnos d e los cables 'ue nos emos obligados a usar en multitud de aparatos de uso cotidiano " de baterías caras " contaminantes.

%lustración O. )uperficie con tecnología de transferencia inductia

La tecnología sire para ser usada en todo artefacto móil, tel!fonos celulares, laptops,

controles remotos, pero tambi!n artículos electrónicos en el (ogar, lámparas, computadoras de mesa, teleisores, radios, etc!tera.

0or e4emplo eisten cepillos de dientes tecnológicamente aanzados como el 'ue se muestra en la ilustración 1:, 'ue cuentan con pantalla inalámbrica interactia 'ue se comunica con el cepillo para a"udar a optimizar el cepillado " con información sobreD tiempo de cepillado, sustitución del recambio, modo de cepillado, aiso de presión " niel de carga.

%lustración 1:. =epillo inalámbrico

uenteD (ttpDHH$$$.ka"las.esHinde.p(pHc0at(HJ9:PJ2K

6tro e4emplo de la inducción magn!tica o inducción de campo cercano se está implementando en la parte de transporte. /n la ilustración 11, podemos er 'ue Nissan está traba4ando en un sistema de recarga de autos el!ctricos de forma inalámbrica.

3na bobina en el suelo es recorrida por una corriente el!ctrica, 'ue crea un campo magn!tico. /n el coc(e (a" otra bobina, 'ue al ser atraesada por un campo magn!tico, crea una corriente el!ctrica 'ue recarga la batería. 5sta puede ser cargada completamente en solo tres (oras.

2

Nissan asegura 'ue !ste tipo de recarga es eficiente, tan buena o incluso me4or 'ue (acerlo mediante un cable. >?

2

 =arga inalámbrica para e(ículos el!ctricos

%lustración 11. 7ecarga de autos el!ctricos por inducción de la Nissan

uenteD (ttpDHHenergeticafutura.blogspot.comHJ:1:H:1Hcarga+%NALI8-7%=A+para+e(iculos.(tml

6tro e4emplo son las lámparas de inducción magn!tica para uso pblico, comercial e industrial 'ue se muestran en la ilustración 1J, para reemplazar las luminarias con focos de F%C. 5stas son la ltima generación de lámparas a(orradoras con una durabilidad de 1::.::: (rs. " con una garantía de 2 a*os en cada una de sus partes. >K?

%lustración 1J. Lámparas de inducción magn!tica

uenteD (ttpDHH$$$.icars+sol.comHindePall.p(pQlateralRiz'uierdoP(ome.(tmSfuenteRLamparas.(tm

6frecen un nulo mantenimiento por operación, un ma"or rango de iluminación " muc(os más beneficios. Las características de cada una las lám paras de inducción usan una bobina de inducción sin filamentos " una antena acopladora, la cual consiste en aplicar una descarga de frecuencia para proeer soluciones de iluminación.

/n la ilustración 19, se puede er 'ue el centro de la lámpara es la bobina de inducción a la cual le proee potencia un generador de alta frecuencia. /l ensamble de idrio circundante contiene un material electrón+%on plasma " esta rellenado con un gas inerte. La porción interior  del idrio está recubierta con un recubrim iento de fósforo el cual es similar al 'ue se encuentra en las lámparas fluorescentes. La antena transmite la energía generada por el primario de la bobina de un sistema de inducción al gas 'ue se encuentra dentro de la lámpara, por lo cual se crea una radiación ultraioleta, la cual es luego transformada a fuentes isibles de luz por  medio del recubrimiento de fósforo en la superficie de idrio. >O?

%lustración 19. uncionamiento lámpara de inducción

-.6 MICROONDS

Las microondas son ondas electromagn!ticas de la misma naturaleza 'ue las ondas de radio, luz isible o ra"os X. Lo 'ue diferencia a cada una de las ondas del espectro electromagn!tico es su longitud de onda o frecuencia. Las microondas son ondas electromagn!ticas de frecuencia mu" alta, es decir, con un nmero mu" eleado de ibraciones por segundo. /n la tabla 1 podemos er 'ue la longitud de !stas ondas oscila entre 9: centímetros " un milímetro. )e generan por medio de un magnetrón " se emplean para transmitir se*ales telegráficas de alta elocidad " para comunicar los sat!lites " las sondas espaciales con las estaciones de la Tierra. Tambi!n son usadas como radares, generadores " amplificadores. Además, se les da un uso mu" frecuente a tra!s del funcionamiento del (orno de microondas, 'ue cocina " calienta comida en forma rápida. Las microondas agitan las mol!culas de agua contenidas en los alimentos " logran 'ue ibren a gran elocidad, lo 'ue se traduce en un aumento de su temperatura 'ue produce su cocción. >1:? >9?

Las microondas se producen mediante un generador de pulsos el!ctricos de duración mu" corta, 'ue en combinación con una antena parabólica se transforma en ondas electromagn!ticas.

Tabla 9. Longitudes de onda

Longitud Frecuencia Energía de Onda Muy Baja > 10 km < 30 khz < 1.99 e-29 J Frecuencia

Onda Larga < 10 km > 30 khz > 1.99 e-29 J

Onda Media < !0 m > !0 "hz > #.31 e-2$ J

Radio Onda %&r'a < 1$0 m > 1() Mhz > 1.13 e-2) J

Muy *+'a < 10 m > 30 Mhz > 2.0! e-2 J Frecuencia ,+'ra *+'a < 1 m > 300 Mhz > 1.99 e-2! J Frecuencia Microondas < 30 cm > 1.0 Mhz > 1.99 e-2! J Lejan& - _{< 1 mm} > 300 hz > 199 e-2# J /u0mi+ime'ric& Infrarrojo Medi& < !0 um > (0 hz > 3(9$ e-21 J %ercan& < 2.! um > 120 hz > )9(! e-21 J Luz Visible < )$0 nm > 3$# hz > 2!! e-21 J Ultravioleta %ercan& < 3$0 nm > )$9 hz > !23 e-21 J

23'rem& < 200 nm > 1.! 4hz > 993 e-21 J Rayo X < 10 nm > 30.0 4hz > 19.9 e-1$ J Rayos a!!a < 10 5m > 30(0 hz > 19.9 e-1! J

uenteD (ttpDHHbibliotecadigital.ilce.edu.mHsitesHcienciaHolumen9Hciencia9H11JH(tmHsecP1.(tm 5ste tipo de tecnología no es nuea, e incluso T(omas /dison realizó estudios al respecto. /l detalle es 'ue a partir de 1O: científicos de la NA)A propusieron una fórmula para aproec(ar  la energía inagotable 'ue proiene del )ol, 'ue consistía en lanzar una estación con paneles al espacio 'ue estuiera en órbita geoestacionaria con el planeta para aproec(ar las J (oras de luz los 9M2 días al a*o. >11?

Cic(a estación no tendría 'ue preocuparse por las nubes ni el mal tiempo, ni de 'ue la atmósfera reduzca la intensidad de la luz solar. /l problema es 'ue las infraestructuras re'ueridas para emitir " recibir la potencia son realmente grandes.

No obstante, desde mediados del siglo XX muc(os sat!lites comenzaron a incorporar  estructuras solares con el ob4eto de aproec(ar !sta energía para el funcionamiento de la nae.  Actualmente, agencias espaciales de todo el mundo están interesadas por el tema, como por 

e4emplo la empresa norteamericana 0acific Gas S /lectric 'ue aspira conseguir los permisos gubernamentales para construir la primera base en el espacio generadora de energía solar. /l ob4etio es 'ue !sta instalación eníe la energía acumulada mediante ondas de radio frecuencia, a tra!s de un sat!lite, a una estaciónreceptora ubicada en resno ;=alifornia<. Tambi!n la agencia espacial 4aponesa ;AXA< está en tusiasmada con la idea " está eperimentando con !sta tecnología en el par'ue aeroespacial de Fokkaido ;apón< " aspira contar con un sistema espacial de energía solar orbitando alrededor de la Tierra para el a*o J:9:, a unos 9M.::: kilómetros sobre la superficie. 0or otro lado, la Agencia /spacial /uropea ;/)A< " la NA)A tambi!n desarrollan diersas líneas de inestigación para alorar la iabilidad económica, energ!tica " tecnológica de !sta iniciatia, así como para estudiar la transmisión de energía a partir de microondas. >11?

/l principio básico de funcionamiento se debe a los paneles solares, mu" similares a los 'ue aparecen en la ilustración 1, los cuales están compuestos por pe'ue*as celdas de silicio cristalizado 'ue al ser EgolpeadosE por los fotones de la luz entran en un estado de EecitaciónE, liberando electrones " generando una corriente.

%lustración 1. 0aneles solares

uenteD (ttpDHH$$$.eluelodelfeni.comHreistaHarticulosHcienciaHpanelPsolar.(tm

Luego, dic(a corriente se utiliza para alimentar un (orno de 8icroondas montado en el sat!lite, con la diferencia de 'ue !ste (orno re'uiere mil o diez mil eces más energía 'ue un (orno conencional para funcionar. Adicionalmente, dic(o E(ornoE tendría la forma de una antena de transmisión, con el fin de enfocar la energía (acia un punto específico sobre la superficie de la Tierra como se muestra en la ilustración 12.

%lustración 12. )at!lite para enío de energía pormicroondas

uenteD (ttpDHH$$$.denebola.orgH

Las p!rdidas de energía por atraesar la atmósfera son mínimas sin importar si es de día o de noc(e, o si (ace buen o mal tiempo. Cic(as ondas llegan a una central de energía 'ue está básicamente compuesta por una ErectenaE ;recti f"ing antenna o antena rectificadora< 'ue es un tipo especial de antena cu"a función es conertir microondas a electricidad, la cual posee una gran eficiencia para !sta conersión "a 'ue pruebas en laboratorio (an demostrado 'ue puede conertirse el O:U de microondas en electricidad ;como referencia, un generador eólico sólo puede conertir el 2OU de la energía del iento en electricidad<. 5sto (ace mu" prometedora !sta fuente de energía. 1J?>

-.7 !)SER

/n efecto, tambi!n es posible trasportar energía de manera inalámbrica mediante el empleo de un ra"o láser, 'ue conierte la energía el!ctric a o 'uímica en un (az potente de luz 'ue se pro"ecta a tra!s del aire sobre el dispositio receptor, 'ue uele a transformar la luz en energía el!ctrica gracias al efecto fotoel!ctrico 'ue le alió el premio nobel de física a Albert /instein. >19?

 Albert /instein describió 'ue si se estimulaban los átomos de una sustancia, !stos podían emitir  una luz con igual longitud de onda. 5ste proceso se conoce tambi!n como emisión estimulada. )in embargo para tener una plataforma capaz de producir un láser se re'uiere amplificar esa emisión estimulada como se describe en la ilustración 1M.

0ara producir el ra"o de luz láser, se necesita una fuente de energía como la electricidad, para 'ue ecite los átomos de las sustancias 'ue se están usando como medio " cause 'ue !stos c(o'uen unos con otros para 'ue se produzca la luz. )e usan espe4os dentro de un tubo para aumentar la luz producida por los átomos. 5stos enían la luz (acia adelante " (acia atrás a tra!s del medio. 3na ez la luz es l o suficientemente brillante, se pasa a tra!s de un espe4o " se produce el ra"o láser. >1 ?

%lustración 1M. /misión estimulada del láser 

uenteD (ttpDHH$$$.canal+ar.com.arHnoticiasHnoticiamuestra.aspQ%dR1M1

La palabra LI)/7 es la sigla en %ngles, Ligt( Ampli fication b" )timulated /mission of  7adiation, 'ue traducido al /spa*ol es amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación, por lo tanto el láser es un instrumento 'ue produce intensos ra"os de luz, portadores de una gran cantidad de energía.

5stos ra"os se crean cuando las mol!culas de los gases, lí'uidos o sólidos están tan ecitadas por la electricidad 'ue pueden dirigirse en un sencillo, concentrado " poderoso (az de luz. 7ecordemos 'ue la luz es una forma de energía 'ue se transmite por ondas. /n una luz ordinaria, como la de una bombilla, las ondas de luz se mueen en muc(as direcciones distintas. 0ero en un láser, las ondas de luz tiene n todas un mismo largo, están en fase " ia4an en la misma dirección. >1?

/mpresas como 0o$er-eam están reolucionando el mod o de transmisión de energía mediante la integración de la tecnología óptica para producir electricidad inalámbrica segura, confiable " abundante. A tra!s de !sta tecnología se puede dirigir un (az de energía a grandes distancias dentro de la línea de isión a los dispositios de cual'uier tipo 'ue re'uieren electricidad para funcionar.

)u tecnología no está en el mercado, pero "a se (an otorgado licencias a dise*adores en crear  lámparas, bocinas, marcos digitales " otros d ispositios 'ue me4orarían su est!tica sin cables. 0ero !ste sistema, al igual 'ue el basado en microondas tiene la desenta4a de ser direccional, lo 'ue implica 'ue el emisor " receptor deben estar alineados " sin obstáculos en el medio, situación 'ue resulta poco práctica en algunos casos. >19?

-.8 RDIO $RECUENCI 9R$

/l concepto puede parecer nueo pero en realidad !sta tecnología tiene más de 12: a*os de edad, desde 'ue ames =lerk 8a$ell sentó las bases de las ondas electromagn!ticas " Nicola Tesla imaginó aplicaciones de enío de energía sin cables con ondas electromagn!ticas. Las ondas de radiofrecuencia ;7< se generan cuando una corriente alterna pasa a tra!s de un conductor. Las ondas se caracterizan por sus frecuencias " longitudes. La frecuencia se mide en (ertz ;o ciclos por segundo< " la longitud de onda se mide en metros ;o centímetros<. >12?

Las cargas el!ctricas o electrones 'ue flu"en por el cable o conductor de un circuito de corriente alterna ;=.A.< no lo (acen precisamente por el centro o por toda el área del mismo, como ocurre con la corriente continua o directa ;=C<, sino 'ue se mueen más bien próimos a su superficie o por su superficie, dependiendo de la frecuencia 'ue posea dic(a corriente, proocando la aparición de un campo magn!tico a su alrededor.

%lustración 1. 7adio frecuencia

uenteD (ttpDHH$$$.asifunciona.comHelectrotecniaHkePfrecPradioHkePfrecPradioP1.(tm

/n la ilustración 1, emos 'ue es una sección transersal de un cable o conductor de cobre.

B es la misma sección transersal en la cual está circulando una corriente el!ctrica de ba4a frecuencia. /n C la corriente tiende a fluir más (acia la superfici e del cable a medida 'ue se incrementa la frecuencia. & enD emos 'ue a partir de los 9: mil ciclos por segundo ;9: kFz< de frecuencia en la corriente, se generan ondas electromagn!ticas de radio, 'ue se propagan desde la superficie del cable (acia el espacio.

 Actualmente (a" decenas de aplicaciones 'ue utilizan !ste principio, cual'uier sistema de enío de información analógica o digital por radiofrecuenciaD radio, teleisión, TCT ;Teleisión Cigital Terrestre<, #%+%, -luetoot(, etc.

0ero a(ora 0o$ercast, una empresa con sede en 0ittsburg(, 0enns"lania, recientemente (a utilizado !sta tecnología para transmitir microatios " miliatios de potencia. 3n transmisor  emite una frecuencia de radio de ba4o poder ;7< de una se*al en una frecuencia específica a tra!s de arios metros de espacio acío. 3n receptor incorporado en uno o arios dispositios remotos de corriente continua captan la energía suficiente a por lo menos 12 metros " sin necesidad de cables, con capacidad de carga de batería (asta .JB o impulsos de energía para dispositios sin baterías (asta 2.J2B.

6. DESCRI"CIÓN + $UNCIONMIENTO DE ! BOBIN TES!

6.- !GO DE &ISTORI

/l concepto de eniar energía sin cables no es nueo, a principios del siglo XX en 1KO1, el físico Nikola Tesla desarrolló un e'uipo generador de alta frecuencia " alta tensión llamado bobina Tesla, con el cual consiguió generar transferencia inalámbrica de energía el!ctrica mediante ondas electromagn!ticas. >1? >92?

%lustración 1K. Nikola Tesla

uenteD (ttpDHHdaidszond".comHfutureHteslaHtesla.(tm

/n realidad Nikola Tesla eperimentó con una gran ariedad de bobinas " configuraciones, así 'ue es difícil describir un modo específico de construcción 'ue satisfaga a a'u!llos 'ue (ablan sobre bobinas de Tesla. Cic(o sistema se basaba en la capacidad de la ionosfera para conducir  electricidad, segn Tesla eistía muc (a electricidad entre la tierra " la ionosfera. 3sando entonces la polaridad negatia de la Tierra se podría conducir " transmitir la corriente a todo el mundo, en forma gratis " sin cables usando unas torres 'ue estarían en frecuencia entre ellas. La potencia se transmitía a una frecuencia de .K9 cHs desde una enorme torre, " se alía de un fenómeno conocido como 7esonancia )c(umann como medio de transporte. >19?

Nikola Tesla con el fin de realizar sus eperimentos trató de construir una torre de más de M: metros llamada #ardencl"ff la cual se muestra en la ilustración 1O, pero no se terminó del todo ni funcionó a plena capacidad debido a la falta de presupuesto. Nikola Tesla es uno de los inentores más importantes de la (istoria, conc ibió la radio, el motor de inducción el!ctrico, las bu4ías, el alternador " el generador el!ctrico de corriente alterna, entre otras cosas. )in embargo, (asta (ace pocos a*os sus inenciones fueron atribuidas a otros creadores 'ue patentaron sus inentos antes 'ue !l. >1K?

%lustración 1O. Torre #ardencl"ffe

uenteD (ttpDHH$$$.resonancestudio.comHcraigsblogHQpRJ2J

6.6 DE$INICIÓN DE ! BOBIN TES!

La bobina de Tesla es un transformador de ncleo de aire 'ue producen corrientes el!ctricas de alto olta4e " alta frecuencia ;radiofrecuencias< con efectos sorprendentes 'ue se pueden apreciar en la ilustración J:, tales como efluios, coronas " arcos el!ctricos. >1O?

%luistracion J:. -obina de Tesla

Las primeras bobinas " las bobinas posteriores arían en configuraciones " monta4es. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas el!ctricas de alcances del orden de metros, lo 'ue las (ace mu" espectaculares.

3na bobina Tesla grande de dise*o actual puede operar con nieles de potencia con picos mu" altos, (asta muc(os megaatios. Cebe por tanto ser a4ustada " operada cuidadosamente, no sólo por eficiencia " economía, sino tambi!n por seguridad. )i, debido a un a4uste inapropiado, el punto de máimo olta4e o curre por deba4o de la terminal, a lo largo de la bobina secundaria, una c(ispa de descarga puede da*ar o destruir el cable de la bobina, sus soportes o incluso ob4etos cercanos. >J:?

6.7 DESCRI"CIÓN DE ! BOBIN TES!

/n la parte iz'uierda de la %lustración J1 podemos er dos tipos de fuente de alimentación de alta tensiónD La 'ue proporciona corriente alterna " la 'ue la conierte en continua mediante un rectificador de media onda " un condensador de filtro.

%lustración J1. =ircuitos básicos de una bobina de Tesla

uenteD (ttpDHHsites.google.comHsiteHanilandroH:JM::+bobina

/n cuanto al circuito de la bobina de Tesla propiamente dic(a, está situada a la derec(a de la %lustración J1. A partir de los terminales A+- de entrada encontramos un c(o'ue de radiofrecuencia, es decir, una bobina de autoinducción considerable 'ue de4a pasar la corriente de alimentación, pero impedirá 'ue la alta frecuencia creada en el circuito oscilador pueda retornar (acia la fuente " anularse.

Bemos despu!s un circuito sintonizado, formado por el condensador " la bobina primaria formando un circuito L + =, separados por un eplosor de c(ispas.

La bobina primaria, de pocas espiras, normalmente entre 2 " 1J, " la secundaria, de muc(as espiras ;K::+1.::<, forman un transformador de alta frecuencia " alta tensión, con los dos deanados sintonizados a la misma frecuencia.

=omo se muestra en la %lustración JJ, aun'ue la bobina secundaria no tenga en paralelo ningn condensador diferenciado, la capacidad parás ita =J de las espiras de LJ " la propia del sombrero metálico superior, establecen la sinto nía.

%lustración JJ. =apacidades de los circuitos primario " secundario

uenteD (ttpDHHsites.google.comHsiteHanilandroH:JM::+bobina 6.8 $UNCIONMIENTO DE ! BOBIN TES!

=uando se conecta la alimentación de alta tensión alos terminales A+- de la %lustración J1, el condensador del circuito oscilador comienza a cargarse como lo muestra la %lustración J9 parte ;A< con la polaridad suministrada, 'ue será n ormalmente positia si es una fuente de continua " dependerá de la fase del momento si es u na fuente de alterna. /n el momento 'ue la tensión llega al punto de ruptura del eplosor, se establece un arco entre sus bornes como lo muestra la %lustración J9 parte ;-<, 'ue descarga la energía acumulada por el condensador a tra!s de la bobina primaria, creando una oscilación amortiguada de la frecuencia establecida por los alores L+= como lo muestra la %lustración J9 parte ;=<. Al agotarse la energía por radiación electromagn!tica o disipación t!rmica, se apaga el eplosor " el condensador comienza a cargarse de nueo.

%lustración J9. uncionamiento del oscilador primario

uenteD (ttpDHHsites.google.comHsiteHanilandroH:JM::+bobina

/l campo magn!tico creado por la bobina primaria induce en la secundaria una tensión de la misma frecuencia pero muc(ísimo más alta, proocand o las espectaculares descargas características de la bobina de Tesla. >J1?

3no de los elementos fundamentales de la Tesla es el eplosor o spark gap, donde se crea el arco 'ue descarga el condensador " crea la oscilación de alta frecuencia. Los tipos más sencillos están compuestos por dos contactos fi4os " próimos, en los 'ue se produce la c(ispa cuando la tensión sube (asta romper la rigidez diel!ctrica del aire ;apro. 9: VB por  centímetro<. >92?

/l spark gap " el depósito condensador están conect ados en serie. /l transformador de la alimentación A= carga el depósito condensador (asta 'ue su olta4e es suficiente para producir  la ruptura del eplosor o spark gap. /l gap se dispara, permitiendo al condensador cargado descargarse en la bobina primaria como lo muestra la %lustración J.

%lustración J. Cisposición 1 del condensador " deleplosor ó spark gap

/n muc(os circuitos, las posiciones del condensador " del eplosor están intercambiadas como /n muc(os circuitos, las posiciones del condensador " del eplosor están intercambiadas como lo muestra la %lustración J2 en la cual el spark gap o eplosor cortocircuita el condensador a lo muestra la %lustración J2 en la cual el spark gap o eplosor cortocircuita el condensador a tierra en ez de

tierra en ez de con la con la bobinbobina. /n a. /n !ste circuit!ste circuito, al o, al cortoccortocircuitircuitar el ar el spark gap preiene 'ue lasspark gap preiene 'ue las oscilaciones de alta frecuencia WuelanW al transformador.

oscilaciones de alta frecuencia WuelanW al transformador.

%lustración J2. Cisposición J del condensador " deleplosor ó spark gap %lustración J2. Cisposición J del condensador " deleplosor ó spark gap

uenteD (ttpDHHsites.google.comHsiteHanilandroH:JM::+bobina uenteD (ttpDHHsites.google.comHsiteHanilandroH:JM::+bobina )in

)in embaembargorgo, , en en el el circircuitcuito o altalternoerno, , oscoscilailaciociones nes de de altalta a ampamplitlitud ud " " altalta a frefrecuecuencincia a 'ue'ue aparecen a lo largo del condensador tambi!n son aplicadas a la bobina del transformador. 5sto aparecen a lo largo del condensador tambi!n son aplicadas a la bobina del transformador. 5sto puede inducir descargas de corona entre los giros 'ue debiliten " eentualmente destru"an el puede inducir descargas de corona entre los giros 'ue debiliten " eentualmente destru"an el aislamiento del transformador.

aislamiento del transformador.

/s una disposición alternatia 'ue a eces es más coneniente para 'ue los elementos /s una disposición alternatia 'ue a eces es más coneniente para 'ue los elementos ele

electrctromeomecáncánicoicos s no no est!est!n n su4su4etoetos s a a tentensiósión, n, perpero o 'ue 'ue no no afeafecta cta sigsignifnificaicatitiameamente nte alal funcionamiento del con4unto oscilador. >J1?

7. CONSTRUCCIÓN DE UN BOBIN TES!

)e constru"ó un prototipo pe'ue*o de ba4a potencia con fines educatios, "a 'ue siempre eisten muc(os riesgos asociados al mane4o de altos olta4es " la idea es mostrar el fenómeno de inducción magn!tica, concebido por Nikola Tesla en el siglo XX 'ue sirió como base para la transmisión inalámbrica de electricidad.

7.- MTERI!ES + &ERRMIENT UTI!I(D

La tabla J muestra los materiales 'ue se utilizaron en la construcción de la -obina de Tesla. Tabla D 8ateriales para la bobina Tesla

CNTIDD DESCRI"CIÓN

1 tubo de 0B= de K cm de diámetro  J: cm de alto 1:: mts. alambre de cobre esmaltado calibre J9

9 mts. alambre de cobre forrado de plástico calibre K J mts. cable dple calibre 1M

1 transformador pri 1J2B, sec 12:: Bolts 2: Bolts+Ampere ;BA< 9:mA 1 clai4a 11: olts

1 foco de K:$ a 1J2 olts 1 receptáculo para el foco

1 %nterruptor de un polo 1J2 olts

1 base de madera de 1,2 cm por 1O,2 cm por : cm. 1 base de madera de 1Omm por M,2 cm por 12,2 cm. J tornillos tipo carriage de 1HE de diámetro por 1E de largo L tuercas para tornillos de 1HE

M (o4as de acetato para copias tama*o carta 1 mt. papel aluminio

L tiras de madera de J  :,2 cm  12 cm de largo J ángulo de aluminio de   :,1  O,2 cm de largo J ángulo de aluminio de 9  :,1  K cm de largo 1: tornillos arios para fi4ación

1 destornillador de pala " estría

1 ti4era

1 segueta

1 -isturí

1  Alicate

7.6 DESRRO!!O

7.6.- Con0trucc35n 4e a Bo;3na pr3nc3pa.La -obina principal se constru"ó sobre un tubo de

0B= de K cm de diámetro  J: cm de alto la cual se muestra en la %lustración JM. Las dimensiones arían dependiendo de la intensidad de los arcos el!ctricos 'ue se deseen generar. )i se desea 'ue los arcos tengan una longitud superior, es recomendable construir  una bobina con una altura considerable.

0ara construir la -obina se de4an cm en la parte inferior para los ángulos de apo"o 'ue sostienen el tubo de 0B=, a !sta distancia se perfora " se introduce el alambre de cobre esmaltado calibre No. J9 " se enrolla de forma continua (asta llegar a una altura de J: cm aproimadamente, de4ando 12 cm de alambre al inicio " (aciendo una pe'ue*a bobina en la parte superior como lo muestra la %lustración J.

%luistracion JM. Tubo 0B= para bobina principal

0ara los apo"os 'ue sostienen la bobina primaria " la bobina secundaria se utilizan dos ángulos los cuales se pueden er en la %lustración JM " en la %lustración J, !stos deben tener una perforación en la parte superior 'ue se a4ustan por medio de un tornillo al tubo de 0B= de la bobina principal a J cm de la parte inferior " dos perforaciones en el otro etremo los cuales permitirán a4ustar por medio de tornillo s a la base de madera de 1,2 cm por 1O,2 cm por : cm.

%lustración J. -obina primaria

La bobina secundaria 'ue se muestra en la %lustración JK, se coloca sobre un tubo de 0B= de 11 cm de diámetro "  cm de altura con el fin de 'ue la primera espira de la bobina secundaria concuerde con el inicio de la bobina primaria. 5ste tubo de 0B= tambi!n se perfora a J cm de la parte inferior, (aciendo coincidir con las perforaciones inferiores del tubo de la bobina principal. /n la %lustración J podemos obserar la bobina primaria "a terminada " el tubo de 0B= 'ue serirá como base pa ra la bobina secundaria.

7.6.6 Con0trucc35n 4e a Bo;3na 0ecun4ar3a.La bobina secundaria se constru"ó con 9m de

alambre de cobre forrado de plástico calibre K A #G, (aciendo una bobina de 1Jcm de diámetro con M espiras, de4ando K cm al inicio " J: cm al final como se muestra en la %lustración JK.

%lustración JK. -obina secundaria

M e s p ir a s

c

m

7.6.7 Con0trucc35n 4e E<po0or o Spar= Gap./l eplosor o spark gap 'ue se muestra en la %lustración JO consiste en un par de terminales metálicos ;tornillo carriage< separados por aire. /l aire se ioniza cuando el capacitor alcanza altos olta4es, generando un arco el!ctrico 'ue descarga toda la energía del capacitor a tra!s de la bobina, " genera a la ez un impulso electromagn!tico de corta duración " de magnitud considerable, 'ue induce un alto olta4e en la bobina secundaria generando así los deseados arcos el!ctricos.

0ara construir el eplosor, se (izo un orificio de 1HE a J.2cm de altura en una de las partes de cada ángulo de aluminio de 9  :,1  K cm de lar go, en cada orificio se colocó un tornillo tipo carriage de 1HE de diámetro por 1E de largo a 4ustado con dos tuercas de 1HE.

=ada ángulo se fi4a a la base de madera de 1Omm por M,2 cm por 12,2 cm con dos tornillos en cada una de las partes no perforadas de ambos án gulos. 5stos se fi4an con una separación de 9,2 cm de tal forma 'ue las cabezas de los tornillos se encuentren " se a4usten (asta una separación aproimada de menos de 1mm para 'ue se produzca la c(ispa.

5sto nos a a serir como un eplosor o spark gap,el cual a fi4ado a la base de madera de 1,2 cm por 1O,2 cm por : cm con dos tornillos.

%lustración JO. /plosor o spark gap

1 mm

9.2 cm

Los tornillos carriage se utilizan para realizar a4ustes de separación entre !stos. /l eplosor, debido a los altos olta4es 'ue emplea, crea una atmósfera de ozono en su entorno por lo 'ue tienden a oidarse rápidamente, es recomendable entonces 'ue el eplosor se constru"a con materiales resistentes a la oidación, tales como el acero inoidable.

7.6.8 Con0trucc35n 4e capac3tor.0ara la construcción del condensador 'ue se muestra en la

%lustración 9J, se cortaron las (o4as de acetato tama*o carta en cruz, con lo cual 'uedan  (o4as iguales de 1  1:. cm. & se cortan 11 rectángulos de papel aluminio de O  12 cm.

)e colocan dos rectángulos de acetato " encima de ! stos un rectángulo de papel aluminio, !ste ltimo se coloca de manera 'ue sobresalga  cm por el lado más corto del acetato como se muestra en la %lustración 9:.

%luistracion 9:. Acetatos " aluminio para formar el condensador 

uenteD(ttpDHH$$$.dgdc.unam.mHfisilab1Pb.(tml

/nseguida se colocan otras dos (o4as de acetato " encima de estas otro papel aluminio de manera 'ue tambi!n sobresalga cm pero de lado contrario al anterior papel de aluminio. )e coloca nueamente otras dos (o4as de acetato " encima otro aluminio sobresaliendo  cm pero nueamente del lado contrario a la capa anterior de aluminio como se muestra en la %lustración 91. )e repiten los pasos anteriores (asta completar un condensador 

%lustración 91. orma de construir el condensador 

uenteD(ttpDHH$$$.dgdc.unam.mHfisilab1Pb.(tml

 A las  tiras de madera de J  :,2 cm  12 cm de largo, se les (ace un orificio a 1.2 cm de cada etremo. )e colocan dos tiras de estas por encima " dos por deba4o de todas las capas de manera 'ue los orificios coincidan para 'ue las capas de acetato " de aluminio sean a4ustadas ligeramente con tornillos como se muestra en la %lustración 9J.

Luego las partes de aluminio 'ue sobran se doblan a la mitad " se les (ace una perforación en cada etremo colocando un tornillo en cada lado, los cuales serirán como borneras para el condensador.

/l condensador se fi4a a la base de madera de 1,2 cm  1O,2 cm  : cm por medio de dos ángulos 'ue miden   :,1  O,2 cm de largo (aciend o coincidir las perforaciones inferiores de las tiras de madera.

%lustración 9J. =ondensador 

 Acetatos

;1  1:. cm<

 cm

0apel aluminio

 cm

_{;O  12 cm<}

7.7 CONE*IÓN E!'CTRIC DE ! BOBIN TES!

)e cortan dos pedazos de J: cm de largo de alambre de cobre calibre J9 " se colocan en las borneras del condensador. )e conecta un etremo del capacitor ;=1< con el final de la bobina secundaria ;L1< " la otra punta a una de las placas del eplosor ;/<. Luego se conecta el inicio de la bobina primaria ;LJ< a la otra placa del eplosor segn el diagrama el!ctrico el cual se muestra en la ilustración 99.

%lustración 99. Ciagrama el!ctrico bobina Tesla

/l transformador ;T1< 'ue se muestra en la ilustración 9, se fi4a con tornillos a la base de madera de 1,2 cm  1O,2 cm  : cm " los cables de salida del secundario se conectan a los ángulos 'ue forman parte del eplosor o spark gap.

%lustración 9. Trasformador 

3na línea del cable dple se conecta a un etremo del interruptor ;int< " la salida de !ste con una de las entradas del transformador ;T1<. La entrada 'ue 'ueda libre del transformador se conecta en serie al plafón " se coloca el foco ;< de 1::$ el cual serirá como resistor. /l plafón " el interruptor ;int< tambi!n se fi4a con tornillos a la base de madera de 1,2 cm  1O,2 cm  : cm. )e conecta la clai4a para 1J:B a la salida del cable dple para terminar el pro"ecto.

7.8 RESU!TDOS

/l resultado final de la bobina tesla se muestra en la ilustración 92. Acá podemos er todos los elementos "a terminados " fi4os a la base de madera de 1,2 cm por 1O,2 cm por : cm. )e organizan cables " otros elementos para me4orar la est!tica " presentación del prototipo. /s preciso 'ue las primeras pruebas " eperimentos se realicen ba4o la superisión de un profesor  o una persona ma"or conocedora de los peligros 'ue representan los altos olta4es.

/n la ilustración 9M se pueden obserar resultados de algunas pruebas, por e4emplo si se acerca un foco al electrodo superior de la bobina de alto olta4e LJ, se obserarán los efluios internos proocados por la radiofrecuencia ;7<. 3na lámpara fluorescente encenderá tambi!n al acercarla@ lo mismo con un tub o de neón.

No acercar aparatos electrónicos a la bobina. La alta tensión de radiofrecuencia 'uema los circuitos transistorizados. /l transformador " la bobina producen una tensión mu" alta " por  ningn motio deben tocarse con las manos.

%lustración 92. 7esultado final de la -obina Tesla

%lustración 9M. /perimentos con la bobina Tesla

8. TECNO!OG# %ITRICIT+ 8.- INTRODUCCIÓN  ! TECNO!OG# %ITRICIT+

 A lo largo de la (istoria el (ombre (a procurado garantizar " me4orar su niel de ida mediante el uso de la tecnología, pasando además a formar parte de las fuerzas productias de la industria en un grado ma"or 'ue nunca. A(ora las formas inalámbricas parecen ser el comn denominador de las grandes innoaciones del n ueo milenio, por lo 'ue se (an desarrollado transmisores " receptores inalámbricos para toda clase de dispositios, utilizando tecnologías tales como -luetoot( o #i+i para la transmisión de datos.3)in embargo, (asta a(ora no se (a logrado transmitir energía el!ctrica a grandes distancias en forma inalámbrica, aun'ue eisten m!todos como el r a"o láser " el microondas 'ue logran transmitir energía el!ctrica a tra!s del aire pero no de forma eficiente " con la desenta4a de ser direccional, situación 'ue resulta poco práctica en algunos casos.

Los científicos e ingenieros (an sabido desde casi dos siglos, 'ue el traslado de energía el!ctrica no re'uiere cables. 8otores " transformadores el!ctricos contienen bobinas 'ue transmiten la energía entre sí por el fenómeno de la inducción electromagn!tica@ pero !ste sistema re'uiere, o bien corrientes gigantescas, o bien distancias mu" cortas entre la fuente " el receptor, de modo 'ue tampoco sire de forma práctica. >JJ?

)in embargo, un grupo de físicos del e'uipo del 8%T ;8assac(usetts %nstitute of Tec(nolog"< dirigido por el profesor 8arin )ol4acic, logró la base teórica para la transferencia inalámbrica de energía el!ctrica en el J::2, pasando a la fase eperimental en el J::. 4/llos comprendieron 'ue la inducción 'ue tiene lugar dentro de un transformador o algo parecido a !l, podría transferir energía a ma"ores distancias de forma inalámbrica a tra!s de un fenómeno físico conocido como resonancia el!ctrica " el concepto de colas de energía. Los inentores (an llamado a !sta tecnología E#iTricit"E, de la unión de las palabras en ingl!s #ifi ;#ireless fidelit", fidelidad sin cable< " electricidad. >99?

8.6 RESONNCI

La resonancia es un fenómeno físico in(erente a todos los cuerpos 'ue conocemos, por el cual tienden a ibrar preferiblemente a una determinada frecuencia cuando se les ecita eternamente. La frecuencia de resonancia depende de la masa " de la elasticidad del cuerpo 'ue estemos tratando de moer, por lo tanto cada cuerpo tiene la su"a. La frecuencia a la 'ue ibra un ob4eto cuando le damos un to'ue se llama su frecuencia natural de ibración, pero cuando se obtiene la frecuencia de resonancia ideal, la ibración del ob4eto es más en!rgica, de más potencia, de ma"or amplitud " de ma"or facilidad para el agente eterno de (acerlo ibrar. 5stas consideraciones son uniersales " aplicables a todo tipo de resonancias ;acstica, mecánica, electromagn!tica, etc.< >J9?

0or e4emplo en la ilustración 9, cuando damos un empu4ón a un columpio, !ste a " iene tardando un cierto tiempo en cada oscilación, desde 1 (asta +1. A ese tiempo se le llama el período de oscilación, " es el inerso de la frecuencia. )i empu4amos el columpio al azar, con fuerza constante, a eces lo empu4aremos cuando est! iniendo (acia nosotros, con lo

3

 La transmisión inalámbrica de energía se acerca a la realidad

Tomado de (ttpDHHuniersia.itsitio.comHernota.(tmQidnotaRK9MSdestacadaR1

4

 /lectricidad sin cables

cual se detendrá casi por completo, " otras eces l o empu4aremos cuando est! empezando a ale4arse de nosotros, con lo 'ue conseguiremos elearlo más. %maginemos a(ora 'ue empu4amos el columpio eactamente a su frecuencia natural de oscilación. /s decir, lo empu4amos siempre en el mismo momento, cuando empieza ale4arse de nosotros. Aun'ue usemos una fuerza no mu" grande, notaremos cómo cada ez el columpio se ale4a más, " más, (asta 'ue llegue casi a superar la altura del poste donde está suspendido. >J?

%lustración 9. enómeno físico de resonancia

uenteD (ttpDHH$$$.natureduca.comHradioblogHQpagedR

6tro e4emplo de resonancia acstica se refiere a im aginar una (abitación con 1:: copas de ino id!nticas, cada una llena de ino (asta un niel diferente, entonces todas ellas tienen diferentes frecuencias de resonancia. )i un cantante de ópera canta una sola nota suficientemente alto dentro de la (abitación, una copa de la frecuencia correspondiente puede acumular suficiente energía incluso para estallar, aun'ue no influir en los otros asos. /n cual'uier sistema de resonadores acoplados a menudo eiste llamado acoplamiento fuerte de funcionamiento. )i uno se asegura de operar en ese r!gimen en un sistema dado, la transferencia de energía puede ser mu" eficiente. >J2?

8.7 CO"!MIENTO MGNETICO DE RESONNCI

/l acoplamiento de la resonancia se produce cuando las frecuencias naturales de los dos ob4etos son aproimadamente los mismos.

/n la ilustración 9K, dos bobinas ideales de resonancia magn!tica, se muestra en amarillo. Las bandas de color azul " ro4o ilustran sus campos magn!ticos. /l acoplamiento de sus respectios campos magn!ticos se indica mediante la coneión de la colorbands. >9M?

%lustración 9K. Acoplamiento magn!tico de resonancia

uenteD (ttpDHH$$$.$itricit".comHpagesHtec(nolog".(tml

 Al aplicar una onda electromagn!tica a una frecuencia determinada a un ob4eto es posible (acerlo ibrar. )i además el ob4eto retiene la ener gía aplicada eitando fugas, !ste pasa a de un estado de resonancia a un estado de Yresonancia duraderaZ emitiendo Ycolas de energíaZ las cuales se representan con líneas de color negro en la ilustración 9O.