Informe sobre una mini bobina de tesla PDF

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Ensayo acerca de experimento de mini bobina de tesla como proyecto del tercer parcial de circuitos eléctricos, uso de datos, recursos bibliográficos, etc....

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INFORME EXPRIEMNTO MINI BOBINA TESLA Integrante Carrera NRC Nombre del profesor

.

Indicaciones: -

Realizar el informe del experimento mini bobina de Tesla teniendo en cuenta las formulas y valores de los campos magnéticos.

Resumen La Bobina de Tesla Es un embobinado que trabaja como un productor de alta frecuencia y voltaje, el mismo fue inventado por Nikola Tesla, ptentado en 1891. Para poder construir una bobina de tesla se debe saber las leyes del electromagnetismo como la Ley de Ampere , ley de Faraday y Gauss. Nació de la idea de transmitir energía eléctrica sin la participación de conductores sino mediante de la inducción magnética. Es decir, quería transportar electricidad sin usar cables, pero la maquina no fue tan eficiente como se esperaba y se dejó de usar para ese propósito. La versión original usaba fuentes de alta tensión y corriente y presentaba un gran tamaño a comparación de los diseños que se hacen actualmente. Las mismas cuentan con una fuente y dos circuitos resonantes. El poder de este dispositivo reside en la inducción electromagnética, es decir que un campo magnético variable produce un potencial eléctrico el mismo que hace que la corriente fluya. Hay que tener cuidado al hacer uso de la bobina debido a que puede producir quemaduras. A pesar de que las bobinas de tesla en la actualidad no se usan a gran escala si son usados en industrias eléctricas con la finalidad de probar sistemas aislantes y otros dispositivos eléctricos para verificar que sea seguro usarlos. Por otra parte, en algunos shows y espectáculos son usados para generar chispas o rayos o en proyectos de escuela y universidad. En este proyecto decidimos construir una bobina con fines académicos es decir es de bajo poder. Palabras clave: bobina , electromagnetismo,Tesla,leyes Abstract The Tesla Coil It is a winding that works as a producer of high frequency and voltage, it was invented by Nikola Tesla, who patented it in 1891. In order to build a Tesla coil you must know the laws of electromagnetism such as Ampere's law, Faraday's law and Gauss. It was born from the idea of transmitting electrical energy without the participation of conductors but by means of magnetic induction. That is, it wanted to transport electricity without using wires, but the machine was not as efficient as expected and was discontinued for that purpose. The original version used high voltage and current sources and had a large size compared to current designs. They have one source and two resonant circuits. The power of this device lies in electromagnetic induction, i.e. a variable magnetic field produces an electric potential which causes current to flow. Care must be taken when using the coil because it can cause burns. Although tesla coils are not currently used on a large scale, they are used in electrical industries to test insulating systems and other electrical devices to verify that they are safe to use. On the other hand, in some shows and spectacles they are used to generate sparks or lightning or in school and university projects. In this project we decided to build a coil for academic purposes i.e. it is low power. Keywords: coil, electromagnetism, Tesla, electromagnetic coil,laws

1. Historia En el siglo XIX, Nikola Tesla, un ingeniero yugoslavo que vivía en Estados Unidos, realizó varias obras con corrientes alternas de alta frecuencia, tratando de encontrar una forma de generar y transmitir corrientes eléctricas a grandes distancias y sin grandes pérdidas provocadas por el 'efecto Joule' asociado con el uso de corriente continua en materiales conductores. Tesla también fue responsable de la construcción de los primeros alternadores y siempre tuvo desacuerdos con Thomas A. Edison, en cuanto al uso de corrientes alternas en la generación y distribución de electricidad. La bobina de Tesla consiste en un transmisor de radio sin antena. Con él se pueden realizar muchas demostraciones eléctricas, como generar descargas tipo rayo, descargas corona, y también puede encender lámparas fluorescentes y lámparas de neón hasta a dos metros del dispositivo, debido al campo electromagnético formado. Es decir, debido a su alta frecuencia, la bobina Tesla proporciona una forma relativamente segura de demostrar fenómenos que involucran alto voltaje.

2. Conceptos a tomar en cuenta antes de realizar el experimento

diferencia de potencial presentan una resistencia R de valor constante al paso de corriente eléctrica. El flujo de carga crece proporcionalmente al valor del voltaje aplicado, siguiendo la ecuación a continuación. 𝑉 =𝐼∗𝑅 𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠) 𝐼 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒) 𝑅 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑂ℎ𝑚𝑠)

2.2.Transistor. Es un componente electrónico semiconductor con varias funciones, pudiendo denominarse también como: amplificador de señal (voltaje), conmutador de circuito y amplificador y regulador de corriente. Este nombre proviene de la yuxtaposición de 'transferencia y' resistor ', es decir, se puede considerar como una resistencia fija o variable en el sistema en el que se inserta. Este componente surgió como una alternativa más económica a la válvula electrónica, que consiste básicamente en un Colector (C), Base (B) y Emisor (E), como se muestra la figura 1.

2.1.Resistencia. La resistencia es un dipolo receptor, es decir, solo disipa energía. A partir de medidas experimentales, Simon Ohm estableció que todos los materiales sometidos a una

Figura 1. Representación de un transistor.

3. Objetivos 3.1.Objetivo general •

Comprender y analizar los diferentes aspectos que intervienen en la creación de una bobina de tesla para poder explicar los fenómenos que actúan en dicho experimento.

3.2.Objetivos específicos •

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Diseñar y construir una bobina Tesla con la finalidad de lograr que la teoría pueda ser aplicada de una u otra manera. Utilizar las ecuaciones correspondientes para lograr un entendimiento concienzudo de este principio de la física.

4. Introducción La Bobina de Tesla es un padre electromagnético que produce descargas de reincorporación movimiento de elevadas frecuencias con aperos perceptibles como efluvios, coronas y arcos eléctricos, que son la aparición de la existencia de área eléctrico y magnético en los componentes de la máquina. Con este trabajo se escudriñamiento proporcionar al desarrollo estudios educación del electromagnetismo o bien la comprobación de algunos fenómenos físicos tales como el comienzo de conservación de la fortaleza entre otros. El primero de los objetivos se puede aparecer por atmósfera de la batida fabricada del diseño, edificio y funcionamiento de la

Bobina de Tesla. La observación, el recurso y la edificación son piezas claves para el recurso aprendizaje de los estudiantes, permitiéndoles la competencia de obtener que la argumento pueda ser aplicada de una u otra manera en un arrepentido práctico, ya sea destinado a la tecnología o acertadamente a la cultura básica que tienen como finalidad la noción, el cual incluso puede entremeter el adiestramiento. Por último, se procederá a realizar la bobina Tesla, realizando simulaciones y ejemplos de cálculos de las ondas, de igual forma se presentan las conclusiones a las que se pudo llegar a partir de la investigación del funcionamiento de una bobina Tesla.

5. Marco teórico. Tema: Mini Bobina de Tesla Antecedentes: Consultar, analizar y comprender los diferentes conceptos relacionados con la creación de una bobina de tesla para así de igual manera explicar el funcionamiento del mismo. Bases teóricas: Resonancia.

Principio

de

Variables: •

Variable dependiente: Dependerá de la magnitud de la bobina a realizarse ya que pueden variar tanto la cantidad de

alambre de cobre como de estaño para soldar. • Variable independiente: En variable dependiente tenemos la cantidad de alambre de cobre y estaño a necesitar, mientras tanto, en independiente tenemos que no se pueden cambiar tanto el alambre de cobre como estaño, batería y resistencia.

6. Materiales y equipo Equipos y Materiales: • • • • • • • • •

Madera de 17.5 cm x 8 cm Una batería de 9 voltios Un conector para la batería Un transistor 2N2222A Una resistencia de 22k Un interruptor Un trozo de tubo Alambre magneto medio milímetro de grosor Alambre de un milímetro de grosor 15 cm de largo

7. Procedimiento . Se comienza enrollando el alambre de cobre desde un extremo del tubo en el cual al inicio colocamos cinta para que se pueda quedar fijo el alambre y empezamos a enrollar, tenemos que hacerlo todo junto sin dejar espacios de alambre, una vez llegado al otro extremo del tubo nuevamente ponemos cinta para que quede listo para posteriormente insertar la bola de aluminio, luego procedemos a pegar el transistor con los números viendo hacia nosotros para que podamos realizar la soldadura de manera correcta y efectiva en cada pin que es necesario, soldamos la resistencia a la pata central del transistor

luego pelamos el esmalte que cubre el alambre que sale del tubo que fue enroscado y soldamos a la pata central del transistor, el cable que da vueltas a la bobina soldamos a la pata derecha del transistor , hacemos un puente del extremo del cable que da vueltas a la bobina pero desde su inicio hacia la resistencia para soldarla de ahí mismo de la resistencia conectamos para hacer contacto con el interruptor ahora se suelda el conector de la batería de 9 V , el cable rojo se suelda al otro contacto del interruptor y el cable negro a la pata izquierda del transistor para finaliza se conecta la batería y se realiza la bola de aluminio para colocar en la punta de la bobina y quedaría lista la bobina de tesla cacera.

8. Funcionamiento El funcionamiento de la bobina de Tesla se puede describir como: La corriente pasa por el transistor que funciona como un oscilador generando una alta frecuencia en la bobina primaria (alambre que da dos vueltas a la bobina primaria la cual consta del tubo y las vueltas de alambre), la cual a su vez entra en resonancia con la bobina secundaria. Al pasar por la bobina primaria una corriente, ésta genera un campo magnético sobre la bobina secundaria y que gracias al oscilador este campo magnético también oscilara. El campo magnético alterno producido en la bobina primaria genera una alta tensión también alterna en la bobina secundaria. En esta última también se generará un campo magnético, lo cual se puede ver por sus efectos en el medio. Por ejemplo, al acercar foco de bajo consumo, que no necesariamente debe ser funcional es decir que puede estar quemado, se puede apreciar la ionización del gas contenido en dichos tubos al encenderse.

Este hecho, el encendido del gas de la lámpara de bajo consumo, no puede mantenerse para un número ilimitado de lámparas, sino que solo unas pocas pueden reaccionar a la influencia de la mini-bobina cacera , lo que se debe a la conservación de la energía. EL esquema del circuito se lo presenta en la figura 2.

Figura 3. Campo magnético del solenoide. Este caso idealizado sin duda, de la Ley de 𝑁

Figura 2. Esquema del circuito eléctrico Ahora presentaremos la Ley de Ampere par a el cálculo de campo magnético del solenoide. Tomando un camino rectangular sobre el que evaluar la ley de Ampere tal, que la longitud del lado paralelo al campo magnético sea L nos da una contribución interior en la bobina BL tal como se muestra en la figura 3. El campo es esencialmente perpendicular a los laterales del camino, por lo que nos da una contribución despreciable. Si se toma el extremo de la bobina tan lejos, que el campo sea despreciable, entonces la contribución dominante la proporciona la longitud interior de la bobina.

Ampere da 𝐵𝐿 = 𝜇𝑁𝐼, 𝐵 = 𝜇 𝐼, 𝐵 = 𝜇𝑛𝐼 𝐿 Esta resulta ser una buena aproximación para el campo magnético de un solenoide, particularmente en el caso de un solenoide con núcleo de hierro. El campo eléctrico generado por la minibobina de Tesla, hace que, al acercarse a una lámpara fluorescente, los electrones en su interior absorban la energía del campo, excitándolos y haciéndolos subir a las capas superiores, las cuales, luego de regresar a sus capas originales, emiten luz. El d.d.p generado por la batería estimula el flujo de electrones libres en el conductor de modo que genera una corriente continua que se puede calcular a continuación mediante la primera ley de Ohm. 𝑉 𝑅 9 𝐼= 22𝑘 𝐼 = 0.409𝑚𝐴 𝐼=

Con el valor de la corriente generada por la batería, podemos calcular la corriente y la tensión generada en la bobina secundaria: 𝑉𝑠 =

𝑋𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 ∗9 𝑋𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 2 𝑉𝑠 = ∗9 250 𝑉𝑠 = 0.072𝑉

𝑉𝑠 = 72𝑚𝑉 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒: 𝐼𝑠 =

𝑋𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 ∗ 0.00409 𝑋𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 𝐼𝑠 = 3.272𝑥10−5 𝐼𝑠 = 3,27𝜇𝐴

Inductancia : 4𝜋𝑥10−7 ∗ 𝜇 ∗ (𝑁 2 ) ∗ 𝐴 𝐼 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝜇 = 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐼 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑢𝑒𝑡𝑙𝑎𝑠 𝜋(𝑑 2 ) 𝐴= 4 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑑 = 2.5

𝐿=

𝐿=

4𝜋𝑥10−7 ∗ 1 ∗ (2502 ) ∗ 4.908738 0.121 𝐿 ≈ 1.01𝑚𝐻

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑑 = 2.6 4𝜋𝑥10−7 ∗ 1 ∗ (22 ) ∗ 5.30929 𝐿= 0.005 𝐿 ≈ 1.69𝑥10−3 𝑚𝐻 Y finalmente la densidad de flujo eléctrico generado a partir del solenoide (bobina secundaria) del experimento, considerando que es ideal, la altura del solenoide es (H) y es una constante μ de valor 4𝜋𝑥10−7

𝑇𝑚 , 𝐴

calculamos que: 𝛽 =𝜇∗𝑖∗𝑛 𝛽 = 4𝜋𝑥10−7 ∗ 1𝑥10−6 ∗

𝛽 = 23.7𝜇𝑇

𝑋𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 𝐻(𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛𝑎)

9. RESULTADOS: •

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En este proyecto obtuvimos y comprobamos que la frecuencia que se genera es variable La bobina que realizamos puede ser usado como modelo para realizar una de mayor escala Medimos el campo electromagnético Las mediciones tanto de capacitancia como capacitancia fueron correctas para que las resonancias entre las bobinas sean adecuadas. Gracias a que nuestro proyecto es funcional, puede ser un aliciente para que demás estudiantes lo intenten realizar.

11. RECOMEN DACIÓNES. •

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10. CONCLUSI ONES •

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Con la construcción de la bobina de Tesla queda demostrado que es fácil de armarla y ponerla a funcionar, claro si se tiene algo de conocimiento sobre electromagnetismo y de electrónica. Como dijimos anteriormente se debe tener claro los conceptos y leyes de electromagnetismo, así como también las ecuaciones diferenciales, los mismos que representan un modelo matemático, así como el uso del cálculo. Este prototipo académico sirve como guía para los estudiantes ya sea de colegio como de universidad para que puedan construir una bobina, y así muestren más interés en la ciencia y en la electrónica y en un futuro elijan una carrera como es la mecatrónica.

Para la elaboración de la bobina de Tesla se recomienda tener información previa para la realización del embobinado ya que este genera un campo magnético que será el factor importante para crear el campo y así pueda encender los diferentes focos. Una recomendación es que al ser un trabajo en equipo siempre se mantenga en contacto para así evitar el desagrado de un resultado final. Recomiendo el uso de varios instrumentos, esto quiere decir que al quemarse un material pueda ser sustituido con facilidad y así evitando un gasto extra de dinero.

12. BIBLIOGR AFÍA. •

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