CONSTRUCCION
CONSTRUCCION DE
DE MINI B
MINI BOBINA
OBINA DE TESLA
DE TESLA
Cachimuel Benito Rumy Cachimuel Benito Rumy [email protected] [email protected] Rodríguez Ortiz Dennis Paul Rodríguez Ortiz Dennis Paul [email protected] [email protected] Vargas Palacios No !isael Vargas Palacios No !isael
n"[email protected] n"[email protected] Prez #lerena Cristian $a"ier Prez #lerena Cristian $a"ier
[email protected] [email protected]
Resumen.
Resumen. ComenzarComenzaremos emos expresanexpresando do lala
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grraan n ccaannttiiddaad d dde e aapplliiccaacciioonnees s y y funcionalid
funcionalidades del ades del electromaelectromagnetismo quegnetismo que no
no sosolo lo esestátán n prpresesenentetes s en en ámámbibitotoss científicos, es decir, no solo se presentan científicos, es decir, no solo se presentan tales fenómenos físicos en un laboratorio tales fenómenos físicos en un laboratorio sino que también se pueden presenciar en sino que también se pueden presenciar en la
la cotcotidiidianianidadad. d. Los Los encenconontratramomos s en en unun simple audífono, en un radio e incluso en simple audífono, en un radio e incluso en disp
dispositiositivos vos tan tan compcompleoleos s y y sofisofisticasticadosdos como el acelerador de partículas. !ay que como el acelerador de partículas. !ay que resaltar que se puede analizar una infinidad resaltar que se puede analizar una infinidad de elementos que basan su funcionamiento de elementos que basan su funcionamiento e
en n ccoonncceeppttoos s bbáássiiccoos s ttaanntto o ddeel l magnetismo como de la electricidad. "sí, magnetismo como de la electricidad. "sí, se decide afrontar el análisis y
se decide afrontar el análisis y restauracirestauraciónón de
de uun n elelememenento to rereprpresesenentatatitivo vo dde e lala tran
transmisismisión ón inaláinalámbrmbrica ica de de eneenergíargía. . ##al al ele
elememento nto es es conconociocido do comcomo o $o$obinbina a dede #esla.
#esla.
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(nalizar y comprender (nalizar y comprenderlas principales características& las principales características& principios de )uncionamiento y principios de )uncionamiento y construcci*n de una bobina de construcci*n de una bobina de %esla.
%esla.
Es!e"#$i"os:
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•
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)uncncioionanamimienento to de de la la bobobibinana %esla& con el )in de demostrar el %esla& con el )in de demostrar el e)ec
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Bobina de %ede %eslasla
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elctricos. 1
1u u nonombmbre re se se llo o ddeebbe e a a NNii2o2olala %esla& un brillante ingeniero mec'nico y %esla& un brillante ingeniero mec'nico y elctrico de origen serbio 0ue "i"i* en elctrico de origen serbio 0ue "i"i* en la
la sesegugundnda a mimitatad d dedel l sisiglglo o 3343 43 y y aa principios del siglo 33.
principios del siglo 33. 5
5n n 6677& & dedesasarrrroollll* * un un ee00uiuipopo ge
geneneraradodor r de de alalta ta )r)rececueuencncia ia y y alaltata tensi*n con el cual pensaba transmitir tensi*n con el cual pensaba transmitir la
la enerenergía gía elcelctrica sin trica sin necenecesidasidad d dede conductores& es decir& su ob8eti"o era conductores& es decir& su ob8eti"o era a
allimimeentntaar r ddii"e"ersrsoos s apapaararatotos s yy9o9o sistemas elctricos con una sola )uente sistemas elctricos con una sola )uente d
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elecectrtricicididad ad de de )o)ormrma a ininalal'm'mbrbricicaa mediante el )en*meno de la inducci*n& mediante el )en*meno de la inducci*n& utilizando un nue"o sistema de energía utilizando un nue"o sistema de energía dise+ado por l mismo& el sistema de dise+ado por l mismo& el sistema de energía alterna.
energía alterna.
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tensi*si*n n suesuelelen n conconstrstruiuir r bobbobinainas s dede %esla 0ue son similares a algunos de %esla 0ue son similares a algunos de lloos s ddiissee++oos s dde e nn;;cclleeo o dde e aaiirree <<dedespspuuss< < dde e %%eeslslaa. . 55ststos os popor r lolo g
geeneneraral l coconsnsiiststeen n een n un un cicircrcuiuitoto primario tan0ue& un circuito #C en serie primario tan0ue& un circuito #C en serie compuesto por un condensador de alta compuesto por un condensador de alta
tensi*n& "ía de chispas y la bobina primaria& y el circuito #C secundario& un circuito resonante en serie 0ue consiste de la bobina secundaria adem's de un terminal de capacitancia o <carga superior . < 5n el dise+o m's a"anzado de %esla& el circuito #C secundaria se compone de un trans)ormador de bobina secundaria de n;cleo de aire colocado en serie con un resonador helicoidal. Bobinas m's modernas usan s*lo una ;nica bobina helicoidal 0ue comprende tanto el resonador secundario y primario. #a bobina helicoidal se conecta entonces al terminal& 0ue )orma una <placa< de un condensador& la otra =placa= siendo la %ierra. 5l circuito #C primaria se sintoniza de modo 0ue resuena a la misma )recuencia 0ue el circuito #C secundaria. #as bobinas primaria y secundaria est'n magnticamente acoplados& la creaci*n de un trans)ormador de n;cleo de aire resonante sintonizado doble. ( principios de aceite aislado bobinas de %esla necesitan aisladores grandes y largos en sus terminales de alta tensi*n para e"itar la descarga de aire. Posteriormente "ersi*n bobinas %esla e>tienden sus campos elctricos a grandes distancias para e"itar tensiones elctricas de alta en el primer lugar& lo 0ue permite el )uncionamiento al aire libre.
Bobinas %esla m's modernos usan toroides simples& típicamente )abricadas a partir de hilado de metal o conducto de aluminio )le>ible& para controlar el campo elctrico de alta cerca de la parte superior de la secundaria y para dirigir la chispa hacia a)uera y le8os de los de"anados primario y secundario.
%ransmisores m's a"anzados bobina de %esla implican una red m's )uertemente acoplado con n;cleo de aire de resonancia del trans)ormador o <oscilador maestro< la salida de la cual se alimenta entonces a otro resonador& a "eces llamado el <bobina e>tra<. 5l principio es 0ue la energía se acumula en la bobina adicional y el papel de
secundario del trans)ormador es interpretado por el oscilador maestro separada secundaria? las )unciones no son compartidas por una sola secundaria. 5n algunos sistemas de transmisi*n de aumento de tres modernas bobinas de la bobina adicional se coloca a cierta distancia del trans)ormador. (coplamiento magntico directo a la secundaria superior no es deseable& ya 0ue la tercera bobina est' dise+ado para ser accionado mediante la inyecci*n de corriente de R directamente en el e>tremo in)erior.
5sta con)iguraci*n de bobina de %esla en particular se compone de una bobina secundaria en estrecha relaci*n con un primario inducti"o& y uno de cuyos e>tremos est' conectado a una placa de tierra A la %ierra& mientras 0ue su otro e>tremo se condu8o a tra"s de una bobina de autoinducci*n separada& y de un cilindro met'lico 0ue lle"a la corriente a la terminal. #a bobina primaria puede ser e>citada por cual0uier )uente deseada de la corriente de alta )recuencia. 5l re0uisito importante es 0ue los lados primario y secundario deben estar sintonizados a la misma )recuencia de resonancia para permitir la trans)erencia e)iciente de la energía entre los circuitos resonantes primario y secundario. 5l conductor del e8e para el terminal est' en la )orma de un cilindro con super)icie lisa de un radio mucho mayor 0ue la de las placas met'licas es)ricas& y se ensancha en la parte in)erior en una capucha. #a bobina secundaria est' enrollada en un tambor de material aislante& con sus "ueltas 8untas. Cuando se supera el e)ecto del pe0ue+o radio de cur"atura del cable en sí& la bobina secundaria in)erior se comporta como un conductor de gran radio de cur"atura& correspondiente a la del tambor. #a parte superior de la bobina e>tra puede ser e>tendida hasta la terminal de Patente 55.,,. 7: y el )ondo debe ser un poco por deba8o de la "uelta m's alta de la bobina primaria. 5sto disminuye la tendencia de la carga para salir del cable de
cone>i*n a la "ez y pasar a lo largo del soporte.
*. Materiales + E,(i!os.
E Resistencias de F ohm y ::G E Ba0uelita per)orada E %ransistor ::::( E 1Hitch E Batería de 7VE Cable magntico calibre IF y F E Diodos #5DJ1 E #'mpara )luorescente E Cautín E 5sta+o
-. Desarrollo + !ro"e'iieto
5l principio de )uncionamiento se basa en 0ue este circuito es un ampli)icador realimentado positi"amente& eso implica 0ue entre a oscilar inde)inidamente.Cuando el circuito es encendido& el transistor se energiza? en ese momento su corriente de colector empieza a subir. #a con)iguraci*n de las espiras es tal 0ue la corriente 0ue circula por la bobina conectada al colector de este transistor& induce una tensi*n por ley de araday en la bobina 0ue est' conectada a la base de dicho transistor.
/i0. 1 Circuito de mini bobina de %esla.
5n esta bobina la corriente de base sube haciendo 0ue la de colector aumente cada "ez m's con lo 0ue se logra un e)ecto regenerati"o. #lega un momento en 0ue el transistor se encuentra totalmente saturado. Como la corriente por colector no puede aumentar m's& la deri"ada del )lu8o magntico en la bobina de colector de
este transistor se hace nula. Por ley de araday no hay tensi*n inducida en una bobina si el )lu8o no cambia.
5so hace 0ue la corriente de base disminuya y la corriente de colector del transistor tambin lo hace. 5sta disminuci*n en colector hace 0ue la base se apague m's r'pido por el mismo moti"o 0ue produ8o el encendido Krecordemos 0ue es realimentaci*n positi"a& lo 0ue pasa a la salida "uel"e a la entrada para 0ue el e)ecto se acent;e m's a;nL. Pero la disminuci*n de la corriente de colector ocasiona 0ue la corriente de base del otro transistor aumente& por lo 0ue su colector empieza a conducir cada "ez m's hasta saturarse. 5l ciclo se repite inde)inidamente.
-/ 5l :N::::& tambin identi)icado
como PN::::& es un transistor bipolar NPN de ba8a potencia de uso general.
1ir"e tanto para aplicaciones de ampli)icaci*n como de conmutaci*n. Puede ampli)icar pe0ue+as corrientes a tensiones pe0ue+as o medias? por lo tanto& s*lo puede tratar potencias ba8as Kno mayores de medio MattsL. Puede traba8ar a )recuencias medianamente altas.
Por todas esas razones& es un transistor de uso general& )recuentemente utilizados en aplicaciones de radio por los constructores a)icionados de radios. 5s uno de los transistores o)iciales utilizados en el B4%3. 1u "ersatilidad ha permitido incluso al club de radioa)icionados Norcal lanzar en 777 un desa)ío de construir un transceptor de radio utilizando ;nicamente hasta :: e8emplares de este transistor E y ning;n circuito integrado.
/i0. % Con)iguraci*n de transistor ::::(.
#as ho8as de especi)icaciones se+alan como "alores m'>imos garantizados FF miliamperios& F "oltios de tensi*n de colector& y hasta FF milis "atios de potencia. #a )recuencia de transici*n es de :F a FF !z& lo 0ue permite utilizarlo en aplicaciones de radio de alta )recuencia Khasta FF !zL. #a beta K)actor de ampli)icaci*n& heL del transistor es de por lo menos FF? "alores de F son típicos.
5l :N:::: es )abricado en di)erentes )ormatos& los m's comunes son los %OE7:& %OE6& 1O%E:& y 1O%E ::.
1u complemento PNP es el :N:7F. 5l :N7FI es un transistor de características similares pero 0ue s*lo puede transportar un dcimo de la corriente 0ue el :N:::: puede transportar? puede usarse como reemplazo del :N:::: en caso de se+ales pe0ue+as.
Otro transistor de características similares& pero de mayor potencia es el
:N::7. 5s un transistor en )ormato %OE7& con una )recuencia de transici*n de FF !z& por lo cual puede ser usado en transmisores y ampli)icadores para & V y una cierta parte de , KFF !zL con una potencia de salida de a : Hatts& sabiendo 0ue la m'>ima potencia 0ue puede lle"ar a cabo es de Hatts. 1u complementario PNP es el :N:7F al igual 0ue el :N:7F. %ambin e>iste otro transistor 0ue es de similares características& el cual es el :NF& pero su potencia es de H y es s*lo para aplicaciones entre F y FF !z.
Ara'o 'e bobia 'e Tesla.
. 5nrollar el cable de mm de grosor sobre el tubo PVC de 6.Icm de largo y :cm de di'metro.
:. 4denti)icar los terminales del transistor ::::(. y soldar el colector a la bobina de menor n;mero de "ueltas es decir al primario con la alimentaci*n de Vcc y soldar la resistencia de ::G a la base del transistor con8untamente con un e>tremo de la bobina secundaria.
,na "ez soldados los terminales de la bobina primaria y secundaria conectados a la base y al colector del transistor soldamos un terminal al interruptor.
. inalmente conectamos la batería y probamos nuestro circuito.
Resultado )inal al terminar las cone>iones.
. A2lisis 'e res(lta'os.
Bobia !riaria + se"('aria.
Para esta bobina se utiliz* lo 0ue se denomina bobina en espiral liso& la cual permite un )uncionamiento e)iciente& es decir una alta densidad de campo electromagntico. #a inductancia para esta bobina se calcul* con la siguiente relaci*n
Donde se utiliz* un conductor de calibre :: K.F: mmL& con una separaci*n entre "uelta y "uelta igual al di'metro del mismo. #a bobina se lle"* un total de : "ueltas y por tanto RQ :.FF cm y CQ 6.I cm.
La $re"(e"ia 'e Resoa"ia.
5l ob8eti"o de la bobina secundaria es 0ue debe resonar a la misma )recuencia de la bobina primaria. 5l tipo de bobina utilizada para este prop*sito es una bobina helicoidal& donde R es el radio y es la altura de la bobina& la relaci*n "aria de hasta para un di'metro de : cm. #a bobina se construy* con alambre de cobre calibre :: KF.: mmL& y tiene un total de 7F espiras& por lo 0ue el c'lculo de la inductancia es
Ca!o a03ti"o.
Campo en el centro de N espiras circulares de radio r.
BQ KI π .FELKF.FE7LK:FFL9K:.F.F:L
BQ .:6.FE-%/
4. Co"l(sioes
• Durante la elaboraci*n del
proyecto se logr* el ob8eti"o principal 0ue )ue crear una bobina de %esla a8ustable por medio de un circuito ampli)icador de corriente. %ambin durante el proyecto se obtu"ieron los par'metros de dise+o tales como? la )recuencia de resonancia& inductancia de las bobinas& 0ue sir"ieron para "alidar la bobina& y se comprob* 0ue la )recuencia de resonancia obtenida e>perimental tenía una "ariaci*n del S al :S& con la obtenida analíticamente.
• #a bobina de %esla es un
dispositi"o 0ue utiliza el principio de resonancia& en este caso elctrica& para la ele"aci*n en la )recuencia de una se+al de "olta8e mediante un trans)ormador especial& 0ue genera la emisi*n de un plasma en el aire circundante.
• #a bobina de %esla tiene como
)inalidad encontrar la relaci*n 0ue e>iste entre la corriente elctrica y el campo magntico& consta en la representaci*n de la energía elctrica inal'mbrica& al crear o retener tanta energía 0ue a cierto punto puede llegar a ser capaz de
romper la resistencia del aire y usar a este como un conductor.
5. Re"oe'a"ioes
• %ener en cuenta la polarizaci*n
del transistor y el "olta8e de saturaci*n del mismo ya 0ue si no se toma el "olta8e de polarizaci*n e>acta este componente puede da+arse.
• #a bobina del secundario no
debe tener ninguna separaci*n para 0ue esta produzca un campo magntico sin perdida.
6. Re$ere"ias
-/ !orones Tregorio9 Pr'cticas de #aboratorio de ísica 9 P5(R1ON.
-:/ Paul 5. %ippens9 ísica B'sica9 !c TraH ill9 Primera 5dici*n en espa+ol.
-/ 5lectricidad B'sica9 Van Val2enburch& Nooger U Ne"ille9 Vol.:95d. continental.
