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La historia de la bobina de Tesla...

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CURSO: CÁLCULO APLICADO A LA FÍSICA 2

TEMA: LA BOBINA DE TESLA

PROFESOR: MSC. JORGE LUIS CHIROQUE CALDERÓN

INTEGRANTES:

BOZZO MOSCOSO MARCOS ALONZO

U19209066

MALLMA HUAMAN SAUL GARY

U18303798

RUIZ TACAS PEDRO

U19208528

SALVADOR ROJAS JUAN

U19314702

LIMA 2020

Universidad Tecnológica del Perú

1. RESUMEN Una bobina de Tesla es un tipo de generador electromagnético, llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla, quien la patentó en 1891. La bobina de Tesla está compuesta por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. Nikola Tesla experimentó con gran variedad de bobinas y configuraciones, de modo que el prototipo patentado es diferente de sus primeros prototipos y de los que continuó probando.

2. INTRODUCCIÓN La inducción magnética le hacía pensar a Tesla en la posibilidad de transmitir energía eléctrica sin la intervención de conductores. Por ello, la idea del científico e inventor era crear un aparato que sirviera para traspasar electricidad sin necesidad de utilizar cables. Sin embargo, el uso de esta máquina es muy poco eficiente, por lo que acabó abandonándose al poco tiempo para este fin En la naturaleza podemos observar muchos fenómenos físicos que son perceptibles y también existen fenómenos físicos que no pueden ser percibidos, es por ello por lo que es necesario que estos sean explicados mediante las ciencias físicas, que nos ayudarán a explicar estos acontecimientos que suceden con mucha frecuencia. La electricidad es uno de estos fenómenos físicos que están siempre presente a nuestro alrededor, debido a que hoy en día, es necesario para que las nuevas tecnologías funcionen. Además, este es puesto en práctica en diferentes aplicaciones por su facilidad de transformación en forma de energía. Por lo tanto, es importante explicar su comportamiento con la ayuda de conceptos físicos. La bobina de Tesla es una de las tantas aplicaciones que se le dio a la electricidad, este experimento creó un campo magnético que puede inducir a otros aparatos y que estos puedan funcionar.

3. MARCO TEORICO HISTORIA DE LA CREACIÓN DE LA BOBINA DE TESLA La bobina fue creada por Tesla poco después de que los experimentos de Hertz salieran a la luz. El mismo Tesla la denominó “aparato para transmitir energía eléctrica”. Tesla deseaba probar que la electricidad podía transmitirse sin hilos. En su laboratorio de Colorado Springs, Tesla tenía a su disposición una enorme bobina de 16 metros conectada a una antena. El dispositivo era utilizado para realizar experimentos de transmisión de energía. En una ocasión se produjo un accidente ocasionado por esta bobina en el que se quemaron dinamos de una central ubicada a 10 kilómetros de distancia. A raíz de la falla se producían arcos eléctricos alrededor de los embobinados de las dinamos.

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Nada de eso desanimó a Tesla, quien siguió probando con numerosos diseños de bobinas, que hoy se conocen con su nombre.

LA BOBINA DE TESLA La bobina de Tesla está formada, en esencia, por dos circuitos diferentes: un circuito primario y otro secundario. El primer circuito está alimentado por una fuente alterna de alta frecuencia (la corriente varía rápidamente con el tiempo). La corriente creada por la fuente atraviesa un transformador que aumenta su voltaje y acaba fluyendo hasta la bobina primaria. Esta bobina, que se encuentra junto a la bobina secundaria, induce una corriente en el circuito secundario. Los dos circuitos están diseñados para que estas bobinas actúen como un transformador, es decir, aumentando el voltaje, y para que sean resonantes, es decir, que la transferencia de energía sea máxima. De este modo, en el circuito secundario se obtendrá una corriente de alta frecuencia, alto voltaje (alta tensión) y una gran acumulación de energía. El toroide superior de la bobina de Tesla acumula esta energía creando un campo eléctrico que ioniza el aire, es decir, separa algunas moléculas de aire en cargas positivas y negativas, creando así un camino en el aire para que la corriente circule. Como resultado se producen las grandes descargas eléctricas que caracterizan a las bobinas de Tesla.

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4. DESCRICION Y FUNCIONAMIENTO DE LA BOBINA DE TESLA: Un diseño basado en las versiones originales de la bobina de Tesla es el que se muestra en la figura anterior. El esquema eléctrico de la figura anterior se puede dividir en tres secciones.

Fuente (F): La fuente consta de un generador de corriente alterna y un trasformador de alta ganancia. La salida de la fuente suele estar entre 10000 V y 30000 V. Primer circuito resonante LC 1: Consta de un interruptor S conocido como “Spark Gap” o “Explosor”, que cierra el circuito cuando salta una chispa entre sus extremos. El circuito LC 1 posee también de un condensador C1 y una bobina L1 conectados en serie. Segundo circuito resonante LC 2: El circuito LC 2 consta de una bobina L2 que tiene una relación de vueltas aproximadamente de 100 a 1 respecto a la bobina L1 y un condensador C2. El condensador C2 se conecta con la bobina L2 a través de tierra. La bobina L2 suele ser un enrollado de alambre con esmaltado aislante sobre un tubo de material no conductor como cerámica, vidrio o plástico. La bobina L1, aunque no se muestra así en el esquema, va enrollada sobre la bobina L2. El condensador C2, como todos los condensadores, consta de dos placas metálicas. En las bobinas de Tesla, una de las placas de C2 suele tener la forma de una cúpula esférica o toroidal y va conectada en serie con la bobina L2.

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La otra placa de C2 es el entorno cercano, por ejemplo, un pedestal metálico terminado en esfera y conectado a tierra para cerrar el circuito con el otro extremo de L2, también conectado a tierra. Mecanismo de acción: Cuando se pone en funcionamiento una bobina de Tesla, la fuente de alto voltaje carga el condensador C1. Cuando este alcanza un voltaje suficientemente alto, hace saltar una chispa en el suiche S (spark gap o explosor), cerrando el circuito resonante I. Entonces el condensador C1 se descarga a través de la bobina L1 generando un campo magnético variable. Este campo magnético variable también atraviesa la bobina L2 e induce una fuerza electromotriz sobre la bobina L2. Debido a que L2 tiene alrededor de 100 vueltas más que L1, la tensión eléctrica en L2 es 100 veces más grande que en L1. Y como en L1 el voltaje es del orden de 10 mil voltios, entonces en L2 será 1 millón de voltios. La energía magnética acumulada en L2 se transfiere como energía eléctrica al condensador C2, que cuando alcanza valores máximos de tensión del orden del millón de voltios ioniza el aire, produce un chispazo y se descarga abruptamente a través de tierra. Las descargas se producen entre 100 y 150 veces por segundo. El circuito LC1 se llama resonante porque la energía acumulada en el condensador C1 pasa a la bobina L1 y viceversa; es decir, que se produce una oscilación. Otro tanto pasa en el circuito resonante LC2, en el que la energía magnética de la bobina L2 se transfiere como energía eléctrica al condensador C2 y viceversa. Es decir, que en el circuito se produce una corriente de ida y vuelta alternativamente. La frecuencia de oscilación natural en un circuito LC es:

𝑤𝑜 =

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1 √𝐿. 𝐶

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PROPIEDADES QUE ENCONTRAMOS EN LA BOBINA DE TESLA Inductancia eléctrica: Se define como la propiedad de una bobina que consiste en la formación de un campo magnético y en el almacenamiento de energía electromagnética cuando circula por ella una corriente eléctrica. La unidad fundamental de la inductancia es el Henry (H); los submúltiplos de esta unidad son los milihenry (milésimas de henry), microhenry, etc. Capacidad eléctrica: Se define como la propiedad que tienen los capacitores de almacenar cargas eléctricas. La unidad fundamental de la capacidad es el farad o faradio (F); los submúltiplos de esta unidad son los microfaradios (millonésimos de farad), picofaradios, etc. Frecuencia: Es el número de oscilaciones o ciclos que ocurren en un segundo. La unidad fundamental de la frecuencia es el Hertz (Hz) y corresponde a un ciclo por segundo. Radiofrecuencia: Se les llama radiofrecuencia a las corrientes alternas con frecuencias mayores de los 50,000 Hz. Oscilador: Es un circuito electrónico capaz de generar corrientes alternas de cualquier frecuencia. Frecuencia natural: Todos los objetos elásticos oscilan cuando son excitados por una fuerza externa (una barra metálica al ser golpeada oscila, emitiendo un sonido característico). La frecuencia a la que un objeto elástico oscila libremente es llamada su frecuencia natural de oscilación. Si a dicha barra oscilante acercamos otra barra idéntica, la segunda barra comenzará a oscilar a la misma frecuencia, excitada por la primera; esto es que la segunda barra habrá resonado con la primera. En el caso de las oscilaciones electromagnéticas, se presenta el mismo fenómeno que es justamente el hallazgo realizado por Tesla y aplicado a su bobina. Tesla construyó un circuito oscilador (un capacitor conectado en paralelo con una bobina) que llamó primario y a él acerco una bobina secundaria cuya frecuencia natural de oscilación fuese la misma que la del circuito primario; de la relación de vueltas entre el primario y el secundario depende el voltaje obtenido. A continuación, se presenta el material necesario y el instructivo para la construcción de la Bobina de Tesla. APLICACIÓN DE LA BOBINA DE TESLA a) Transmisión de Energía: La transmisión de energía inalámbrica permite trasmitir energía eléctrica sin usar cables o conexiones Los usos de hoy en día son muy amplios desde cargadores de baterías, pasando de calentadores industriales, redes de comunicación, transferencia de señales, sistemas biomédicos o informáticos. La transferencia de energía se puede realizar por diferentes métodos. Uno de ellos es el acoplamiento inductivo resonante, significa que un transformador o pila en este caso, produce energía que circula a través de la bobina (primaria), la señal es amplificada mediante un transistor. La Cálculo Aplicado a la Física 2

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energía eléctrica es transferida por último a la bobina secundaria su extremo cierra el circuito. En este caso el voltaje utilizado es bajo, con voltajes altos puede llegar a ionizarse el aire del entorno produciéndose una gran luminosidad.

b) Alimentación de lugares de difícil acceso: Por sus características se facilita esa trasmisión de la energía y por ende alcanzar sitios de complejo acceso.

c) Clases de física: En la actualidad usan temas como electromagnetismo a los estudiantes de secundaria para brindarle conocimientos sobre las fuerzas electromagnéticas, permitiendo que el proyecto de la bobina de Tesla sea un elemento educacional. d) Es un medio de cargas inalámbricas para los dispositivos tecnológicos: Los cargadores inalámbricos realizan el proceso del uso de un campo electromagnético para transferir energía entre dos objetos. La base de carga inalámbrica dispone de una bobina de inducción para crear un campo electromagnético que es aprovechado por el dispositivo receptor “nuestro smartphone”, que también contará con una bobina de inducción para recibir esa energía del campo electromagnético y convertirla en corriente eléctrica para recargar la batería.

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e) Jaula de Faraday: Consiste en un recipiente cuadrado o rectangular formado por material conductor como metal o aluminio que permite que la concentración de campos eléctricos externos sea nula. En el interior se genera el conductor en perfecto equilibrio nulo, lo que hace que se adecúe para que uno de los lados se mantenga con carga negativa mientras el otro se queda sin electrones y produciendo carga positiva, recordando que la carga eléctrica es acumulada en el exterior de la caja metálica, los electrones en el metal se desplazan y anulan toda la carga de la zona interna.

5. CONCLUSIONES -

La bobina de Tesla es un tipo de transformador resonante, cuyo inventor Nikola Tesla patentó en 1891.

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El resultado es sorprendente se puede encender bombillas de luz, sin necesidad de conectarlas a una fuente eléctrica. La bobina de Tesla le transmite electricidad en forma inalámbrica. El resultado se puede probar con diferentes bombillas y leds, que se iluminarán de forma variable dependiendo de su tamaño, potencia.

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La bobina de Tesla es una clase de artefacto que se utiliza para generar ondas magnéticas, ya que si hacemos pasar corriente por ella se establecerá un poderoso campo magnético alrededor de la misma. Ahora si acercamos otra bobina a esa, en la nueva bobina se producirá corriente eléctrica. Este es el funcionamiento básico de la bobina de Tesla.

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La bobina de Tesla está compuesta por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. Normalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas con un alcance de varios metros.

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Esta bobina consiste en una fuente de alimentación, un condensador eléctrico, un transformador de bobina y un juego de electrodos para que la chispa salte a través del aire.

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Es un dispositivo usado en las más diversas aplicaciones, desde un acelerador de partículas hasta televisores y juguetes

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6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS -

Boylestad L. Robert, Introducción al análisis de circuitos, Pearson Prentice Hall, México 2004.

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CADAVID, Héctor, et al. Diseño y construcción de una bobina de tesla. Energía y Computación. 2001. vol. X, no. 2.

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CEBALLOS GARCÍA, Carlos. Análisis constructivo para restaurar una bobina de tesla y evidenciamiento de un entorno ionizado. Proyecto de grado, Titulo de Tecnólogo en Electricidad. 2013. Universidad Tecnológica de Pereira. Tesis.

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https://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla

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https://www.bbc.com/mundo/noticias42669125#:~:text=Tesla%20fue%20un%20inventor%2C%20ingeniero,inventor es%20del%20siglo%20XIX...

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https://historia.nationalgeographic.com.es/a/nikola-tesla-genioelectricidad_14494

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https://delfino.cr/2020/12/la-vida-en-un-solo-invento-la-bobina-tesla

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Recuperado de: https://fisica.us.es/ficheros/Poster_N12.pdf

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https://www.docsity.com/es/bobina-de-tesla-aplicaciones/4936032/

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