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Trabajo autónomo....

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Informe de proyecto – Cálculo Aplicado a la Física II

BOBINA DE TESLA CON DOS PRIMARIOS

Alva Chávez, Jaritza Pamela Baltazar Ponte, Noelia Nicol Barzola Ochoa, Fiorella Rosy Llanos Ravello, Marjorie Jahaira Palomino Huamani, Jhon Kevin

Estudiantes de ingeniería, UTP 1

Informe de proyecto – Cálculo Aplicado a la Física II

1. RESUMEN Nuestro proyecto tiene objetivo dar a conocer las características y funcionamiento de bobina de Tesla, para ello hemos utilizado diversos materiales como: alambre, diodos, transistores, resistores, etc. Utilizando el principio de resonancia, en este caso eléctrica, para la elevación en la frecuencia de una señal de voltaje mediante un transformador especial, que genera la emisión de un plasma en el aire circundante. Con este proyecto podemos demostrar que mediante la utilización de la bobina de Tesla podemos aprovechar la energía que irradia este sistema para cargar o transportar energía inalámbrica, ya que en la actualidad la tecnología ha avanzado y vemos por todos lados aparatos electrónicos de última generación que hace uso de la corriente eléctrica. Este proyecto puede ser utilizado dentro y fuera de nuestras casas para proveernos energía y así evitar que ocurran accidentes por las malas conexiones.

Palabras Claves: •

Bobina: Componente de un circuito eléctrico formado por un alambre aislado que se arrolla en forma de hélice con un paso igual al diámetro del alambre.

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Nikola Tesla: Físico estadounidense de origen serbio.

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Electromagnetismo: Interacción de los campos eléctricos y magnéticos.

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Campo eléctrico: Es la región del espacio en la que cualquier carga situada en un punto de dicha región experimenta una acción o fuerza eléctrica debido a la presencia de una carga o cargas eléctricas.

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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.

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2. INTRODUCCIÓN Antecedentes de la Bobina de Tesla La Bobina de Tesla usa una condición de resonancia para incrementar, digamos, unos mil voltios a un millón de voltios, usando un transformador eléctrico que incrementa el voltaje bajo cierta frecuencia y de corriente alterna. La resonancia es un comportamiento interesante, ya que nos permite incrementar las oscilaciones de ondas en fenómenos físicos que las incluyan, por ejemplo, sonido, mecánica, eléctrica, etc. La bobina de Tesla fue creada por Nikola Tesla (Finales del siglo XIX) pero antes de él ya se hacían estudios sobre sistemas similares están compuestas por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. Dichas bobinas pueden tener diferentes configuraciones, algunas llegan a producir “rayos” (plasmas) de un alcance en el orden de metros. La peculiaridad de dicha bobina radica en la intensidad de los rayos que se generan, los cuales son un arco eléctrico muy potente de electrones que intentan fluir por el medio que la circunde. A. Descripción del proyecto. Etapas del proyecto: 1° Identificación de los materiales a utilizar. 2° Compra de materiales. 3° Construcción del proyecto. 4° Comprobación de su funcionamiento. B. Objetivos. Dar a conocer las características y funcionamiento de bobina de Tesla utilizando el principio de resonancia eléctrica para la elevación en la frecuencia C. Alcances y limitaciones. Este proyecto puede ser utilizado dentro y fuera de nuestras casas para proveernos energía y su limitación es que los aparatos reciben la misma corriente eléctrica.

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TEMAS RELACIONADOS Inducción electromagnética La bobina de Tesla es un generador electromagnético que produce altas tensiones a elevadas frecuencias (radiofrecuencias). En este experimento se puede ver la inducción que es un fenómeno que suscita cuando un cuerpo neutro simplemente se acerca a un cuerpo electrizado sin que haya contacto, el cuerpo electrizado genera un campo magnético que interactúa con los electrones del objeto neutro hasta excitarlos. Se puede observar en este experimento que cuando el imán se acerca o se aleja de la bobina, el medidor indica corriente en el circuito y si el imán permanece fijo y es la bobina la que se mueve, otra vez se detecta corriente durante el movimiento entonces el fenómeno es relativo. Cuando la corriente está cambiando muy lentamente está cambiando muy lentamente, el inductor no produce un fuerte efecto. El efecto es impedancia de un inductor es grande a altas frecuencias y pequeño bajas frecuencias.

Ley de Lenz Según la ley de Lenz el signo negativo de la ecuación relaciona la polaridad de la fem inducida con el cambio de flujo, que puede ocurrir de muchas maneras: el campo puede aumentar, disminuir o moverse: el área de la espira puede ser girada, aplastada o sacada del campo. Asimismo, la ley de Lenz nos dice que la fem inducida produce una corriente que actúa siempre oponiéndose al cambio que la causo originalmente. La fem causará una corriente inducida, que a su vez crea un campo magnético inducido. Este campo se opone al cambio de flujo que enlaza la bobina. El campo inducido que se opone y tiende a anular un campo creciente se debe dirigir al lado contrario y la corriente inducida en la bobina circula en la dirección adecuada. Por otro lado, el acercamiento de un polo sur induce una

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corriente que hace que la bobina que manifieste un polo sur en su extremo cercano, que se opone al avance del imán y, en consecuencia, al cambio del campo. No es de sorprender que la ley de Lenz se pueda considerar como un resultado de la ley de la conservación de la energía. El trabajo adecuado en el proceso suministra la energía eléctrica necesaria para acumular y sostener la corriente inducida.

Movimiento oscilatorio El movimiento oscilatorio en la bobina de Tesla es un movimiento en torno a un punto de equilibrio estable, este puede ser simple o completo. Los puntos de equilibrio mecánico son, en general, aquellos en los cuales la fuerza neta que actúa sobre la partícula es cero. La Bobina de Tesla es un transformador constituido por dos circuitos eléctricos (resonantes y acoplados) usa una condición de resonancia para incrementar, digamos, unos 10000 voltios a 1 millón de voltios, usando un transformador eléctrico que incrementa el voltaje bajo cierta frecuencia y de corriente alterna. La resonancia es un comportamiento interesante, ya que nos permite incrementar las oscilaciones de ondas en fenómenos físicos que las incluyan, por ejemplo, sonido, mecánica, eléctrica, etc. Finalmente, crean descargas eléctricas de largo alcance, lo que hace posible observar chispas, coronas y arcos eléctricos.

Diodos El diodo es un componente electrónico que solo permite el flujo de la electricidad en un solo sentido, debido a esto su funcionamiento se parece a un interruptor el cual abre o cierra los circuitos. Este dispositivo está conformado por dos tipos de materiales (dos terminales), un ánodo (+) y un cátodo (-).

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Composición de materiales de un diodo El diodo está construido por dos tipos de materiales un “P” y un “N”

Los dos materiales se obtienen mediante un proceso dopado, donde se añaden átomos al semiconductor para aumentar el número cargas positivas (P) o negativas (N). ¿Cómo funciona un diodo? Al tener dos terminales podemos polarizar de dos formas (directa e inversa) diferentes a los diodos y su funcionamiento depende mucho del tipo de polarización que le ponga. •

Polarización Directa: El ánodo se conecta al positivo de la fuente de voltaje y el cátodo se conecta al negativo, con esta configuración el diodo actúa como un interruptor cerrado. Una consideración importante dentro de esta configuración es que el diodo provoca una caída de voltaje de 0.6 a 0.7v.

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Polarización Inversa: El ánodo se conecta al negativo de la fuente de voltaje y el cátodo al positivo, en esta configuración la resistencia del diodo aumenta en grandes cantidades y esto hace que actué como un interruptor abierto.

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Hay distintos tipos de diodos, pero en nuestro proyecto usamos:

Diodos rectificadores Los diodos rectificadores son utilizados en las fuentes de voltaje para poder convertir la corriente alterna (CA) en corriente directa (CD). También son usados en circuitos en los cuales han de pasar grandes corrientes a través del diodo. Todos los diodos rectificadores están hechos de silicio y por lo tanto tienen una caída de tensión directa de 0,7 V

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Transistor Un transistor se fabrica sobre un monocristal de material semiconductor como el germanio, el silicio o el arseniuro de galio, cuyas cualidades son intermedias entre las de un conductor eléctrico y las de un aislante. Este dispositivo regula el flujo de corriente o de tensión sobre un circuito actuando como un interruptor y/o amplificador para señales eléctricas o electrónicas (tensiones y corrientes). Es muy importante saber identificar bien las 3 patillas a la hora de conectarlo.

Por cada patilla se tiene una corriente:

IB = Corriente o intensidad por la base IC = Corriente o intensidad por el colector IE = Corriente o intensidad por el emisor

Si no hay corriente de base Ib, no hay corriente entre el colector y el emisor (Ic-e). Cuando le llega una corriente muy pequeña por la base Ib, tenemos una corriente entre el colector y el emisor (Ic-e) que será mayor que la Ib. Podemos considerar la Ib como una corriente de entrada y la Ic-e como una de salida, entonces, cuando le llega una corriente muy pequeña de entrada por la base, obtenemos una corriente mucho mayor de salida (entre colector y emisor). 10

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Funcionamiento: •

Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una señal de mando. Es decir, funciona como Interruptor. Si no le llega corriente a la base IB = 0A; es como si hubiera un interruptor abierto entre el colector y el emisor, no pasa corriente entre ellos. Si le llega corriente a la base, entonces es como si hubiera un interruptor cerrado entre el colector y el emisor, ya que circula corriente entre ellos.

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Funciona como un elemento Amplificador de señales. Le llega una señal pequeña, intensidad de base (Ib) que se convierte en una más grande entre el colector y el emisor (Ic-e), que podríamos llamar de salida. Esta función es con la que trabajará como un componente de electrónica analógica, varios valores distintos pueden tomar de entrada y salida.

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Circuitos eléctricos El circuito eléctrico es el recorrido establecido de antemano que una corriente eléctrica tendrá. Se compone de distintos elementos que garantizan el flujo y control de la electricidad. Los circuitos eléctricos están presentes en toda instalación que haga uso de energía eléctrica. Por ello, fue indispensable para el funcionamiento de nuestro trabajo, para la bobina de Tesla la representación del circuito es el siguiente:

3. METODOLOGÍA Las herramientas utilizadas -

Cautín.

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Sierra.

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Alicate.

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Pistola de silicona. 15

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Procedimiento 1° Identificación de los materiales a utilizar Primero, identificamos los materiales y herramientas necesarias para la fabricación de una bobina de Tesla, como: alicate, sierra, cautín, pistola de silicona, transistores, transistores, etc. 2 ° Compra de materiales Después, se procedió a la compra de lo que requeríamos para realizar nuestro proyecto. 3° Construcción del proyecto Para la construcción se empezó teniendo cuenta el diagrama que son dos circuitos Slayer exciter gemelos cada uno alimentando a su propia bobina primaria y ambos primarios acoplados a una sola bobina secundaria. Para colocar los primarios necesitamos un tubo de plástico que entre sobre el secundario, en nuestro caso ya que no disponemos de ese tubo, hemos colocado un pedazo de hoja de acetato enrollado alrededor del secundario. Tomando en cuenta que, el diámetro de este debe ser ligeramente mayor al de la bobina secundaria y lo reforzamos con un poco de cinta aislante para fijarlo. Para elaborar la bobina secundaria se enrolló 550 vueltas de alambre magneto calibre 31 AWG sobre un tubo de PVC de ¾”. Se debe tener en consideración que al momento de comenzar a enrollar el alambre alrededor de tubo, éste no se sobre pongan entre ellos y estar lo más pegada y compactas posible. También es recomendable que antes de empezar a enrollar el cable, soldemos un alambre de un calibre mayor, el mismo que irá conectado a nuestro circuito. Si por alguna circunstancia el cable de dobla o quiebra, se debe comenzar todo el trabajo de nuevo, no se recomienda soldar el cable magneto, ya que puede presentar fugas.

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Las dos bobinas primarias, ambas tienen 5 vueltas y están enrolladas en la misma dirección que la bobina secundaria y son de calibre 22 AWG. Los transistores que hemos usado son los TIP31C tienen pines que son base, colector y emisor. Las partes superiores de cada bobina se conectan a cada uno de los colectores de los transistores. Las partes inferiores de las bobinas se conectan juntas hacia las resistencias y también el cable que se soldó con anterioridad a la bobina secundaria se conecta a las bases de los transistores, en este lugar irá conectado la alimentación positiva de la fuente. Los dos diodos rectificadores conectados a las bases y unidos en el otro extremo y la conexión de los emisores también a la parte inferior de los diodos, es en ese lugar donde se conectará la alimentación negativa de la fuente. 4° Comprobación de su funcionamiento Una vez terminado con las conexiones la bobina a la fuente de poder, se aplica 30 V y se pone a prueba con un foco fluorescente. La bobina es incluso capaz de generar un pequeño arco. Tabla de costos N°

Material

Cantidad

S/

1

Alambre magneto 31AWG

100g

6.00

2

Tubo de ¾ de PVC

30 cm

2.00

3

Transistores TIP31C

2

2.00

4

Resistores de 47 KΩ

2

1.00

5

Fuente regulable de 12 a 40 V DC

1

-

6

Pliego de hoja de acetato

1

1.00

7

Cable de 22 AWG

2m

2.00

8

Disipadores de calor

2

2.00

9

Rectificadores UF4007

4

1.00

Total

17.00 17

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4. RESULTADOS

El prototipo de la bobina tuvo un funcionamiento óptimo en la comprobación con una fuente. Por otro lado, el proyecto también se probó con dos baterías de 9 V, donde se puedo ver que si bien funcionaba la bobina no se podía ver los mismos resultados que con una fuente por el poco voltaje dado.

5. CONCLUSIONES

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Los impulsos de RF aplicados al circuito secundario de la bobina producen corrientes de desplazamiento en forma de impulsos de carga eléctrica, que se transfieren rápidamente entre el toroide de alta tensión y las regiones de aire cercanas, llamadas "regiones de carga espacial". La chispa conductora se bifurca en miles de descargas mucho más finas y frías, similares a cabellos, llamadas "streamers". Estos "streamers" son como una especie de niebla azulada que se forma al final de las chispas directoras, más luminosas, y son los que transfieren la carga entre el toroide y las regiones espaciales de carga que lo circunda.

•

Con este proyecto se espera que en un futuro se pueda transmitir energía eléctrica inalámbrica a un futuro con un prototipo a mayor escala.

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Se puede concluir que a través de la bobina primaria y la bobina secundaria se crea una transformación de voltaje, el cual crea un campo magnético que permite que al acercar un foco este encienda.

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6. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA •

https://www.youtube.com/watch?v=ansYn32lb2g&feature=youtu.be

•

https://www.explora.cl/blog/2013/11/13/sobre-la-electrodinamica-de-labobina-de-tesla-y-albert-einstein/

•

https://transformadorescia.wordpress.com/2015/04/16/bobina-tesla/

•

https://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/EL%20TRANSISTOR.htm

•

https://www.edu.xunta.gal/centros/iespedrofloriani/aulavirtual2/pluginfile.php/ 3245/mod_resource/content/0/Electronica/Electr17-02-13-2/transistores.html

•

https://www.ingmecafenix.com/electronica/diodo-semiconductor/

7. ANEXOS

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