Práctica 4-Bobina de Tesla - Descripción del experimento PDF

Preview

Summary

La bobina de tesla es un aparato con una aplicación esencial en un futuro. Debido a que cada vez son más necesarias las fuentes de energía limpia, la bobina de tesla es un instrumento para proporcionar energía ideal para el medio ambiente. De igual manera, el peligro para la vida humana que puede ge...

Description

DANIEL ENRIQUEZ VALVERDE

Práctica # 4 Bobina de Tesla Enriquez Valverde Daniel Laboratorio Termodinámica Técnica Grupo #2 – Miércoles 14:30-16:00 Docente Teoría: Ing. Eduardo Invernizzi Belmar

Docente Laboratorio: Dr. Gustavo Calderón Valle

Página 1

E

DANIEL ENRIQUEZ VALVERDE

OBJETIVOS. Administrar voltaje a una bombilla de luz sin necesidad que esté conectada a un toma corriente.  Identificar el grado de peligro de la intensidad de la corriente.

EQUIPO.1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Alambre de cobre N 22. Alambre de cobre N 18 Flyback de TV (blanco y negro) Transistor 2N3055 Resistor de 270 ohm 1 Watts Resistor de 220 ohm 5 Watts Difusor De Calor Ventilador Cables de conexión Focos

FUNDAMENTO TEÓRICO.Una bobina de Tesla (también simplemente: bobina Tesla) es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor a su inventor, Nikola Tesla, el cual la patentó en 1891 a la edad de 35 años. Las bobinas de Tesla están compuestas por una serie de circuitos eléctricos resonantes acoplados. En realidad Nikola Tesla experimentó con una gran variedad de bobinas y configuraciones, así que es difícil describir un modo específico de construcción que satisfaga a aquellos que hablan sobre bobinas de Tesla. Las primeras bobinas y las bobinas posteriores varían en configuraciones y montajes. Generalmente las bobinas de Tesla crean descargas eléctricas de alcances del orden de metros, lo que las hace muy espectaculares.

Uso y Producción.-

Esquema típico de una bobina Tesla Este circuito de ejemplo está diseñado para ser alimentado con corrientes alternas. Aquí el spark gap corta la alta frecuencia a través del primer transformador. Una inductancia, no mostrada aquí, protege el transformador.

Página 2

DANIEL ENRIQUEZ VALVERDE

Configuración alternativa de una bobina Tesla Este también alimentado por corrientes alternas. Sin embargo, aquí el transformador de la alimentación AC debe ser capaz de tratar altos voltajes a altas frecuencias.

Transmisión.Una bobina Tesla grande de diseño actual puede operar con niveles de potencia con picos muy altos, hasta muchos megavatios (un millón de vatios). Debe por tanto ser ajustada y operada cuidadosamente, no sólo por eficiencia y economía, sino también por seguridad. Si, debido a un ajuste inapropiado, el punto de máximo voltaje ocurre por debajo de la terminal, a lo largo de la bobina secundaria, una chispa de descarga puede dañar o destruir el cable de la bobina, sus soportes o incluso objetos cercanos. Tesla experimentó con estas, y muchos otras, configuraciones de circuitos (ver derecha). El arrollamiento primario, el spark gap y el depósito condensador están conectados en serie. En cada circuito, el transformador de la alimentación AC carga el depósito condensador hasta que su voltaje es suficiente para producir la ruptura del spark gap. El gap se dispara, permitiendo al depósito condensador cargado descargarse en la bobina primaria. Una vez el gap se dispara, el comportamiento eléctrico de cada circuito es idéntico. Los experimentos han mostrado que ninguno de los circuitos ofrece ninguna ventaja de rendimiento sobre el otro. Sin embargo, en el circuito típico (arriba), el cortocircuitar el spark gap previene que las oscilaciones de alta frecuencia 'vuelvan' al transformador. En el circuito alterno, oscilaciones de alta amplitud y alta frecuencia que aparecen a lo largo del condensador también son aplicadas a la bobina del transformador. Esto puede inducir descargas de corona entre los giros que debiliten y eventualmente destruyan el aislamiento del transformador. Constructores experimentados de bobinas Tesla utilizan casi exclusivamente el circuito superior, generalmente añadiendo filtros pasa baja (redes de resistencias y condensadores) entre el transformador y el explosor. Esto es especialmente importante cuando se usan transformadores con oscilaciones de alto voltaje frágiles, como transformadores de luces de Neon (NST en sus siglas en inglés). Independientemente de la configuración que se use, el transformador HV debe ser del tipo que auto-limita su corriente secundaria por medio de inductancias de fuga interna. Un transformador de alto voltaje normal (con baja inductancia de fuga) debe utilizar un limitador externo (a veces llamado ballast) para limitar la corriente. Los NST están diseñados para tener inductancia de fuga alta, para limitar sus cortocircuitos a niveles seguros.

Página 3

DANIEL ENRIQUEZ VALVERDE

Seguridad y precauciones.En el ajuste de la bobina la frecuencia de resonancia de la bobina primaria se ajusta al mismo valor de la bobina secundaria. Es recomendable para comenzar usar oscilaciones de baja potencia, y a partir de estas incrementar la potencia hasta el momento en el que el aparato esté bajo control. Mientras se ajuste, se suele añadir una pequeña proyección (llamada "breakout bump") al terminal superior para estimular descargas de corona y de chispas (también llamadas "streamers") en el aire circundante. La bobina puede entonces ajustarse para conseguir las descargas más largas a una cierta potencia dada, correspondiendo a la coincidencia de frecuencias entre la bobina primaria y la secundaria. La "carga" capacitiva de estos streamers tiende a bajar la frecuencia resonante de una bobina Tesla funcionando a potencia máxima. Por distintas razones técnicas, resulta efectivo elegir a los terminales superiores de la bobina con forma toroidal. Ya que las bobinas Tesla pueden producir corrientes o descargas de muy alta frecuencia y voltaje, son útiles para diferentes propósitos entre los que se incluyen demostraciones prácticas en clases, efectos especiales para teatro y cine, y pruebas de seguridad de diferentes tecnologías. En su funcionamiento más común, se producirán largas descargas de alto voltaje en todas direcciones alrededor del toroide, que resultan muy espectaculares.

Descargas aéreas.Al generar las descargas, se produce una transferencia de energía eléctrica entre la bobina secundaria y el toroide y el aire circundante, transferencia que se produce en forma de carga eléctrica, calor, luz y sonido. Las corrientes eléctricas que fluyen a través de estas descargas se deben a la rápida oscilación de cargas desde el terminal superior al aire circundante. El proceso es similar a cargar o descargar un condensador. La corriente que surge de aumentar la carga en un condensador se denomina corriente de desplazamiento. Al producirse estas corrientes de desplazamiento, se forman pulsos de carga eléctrica que se transfieren rápidamente entre el toroide de alto voltaje y las regiones de aire cercanas, llamadas regiones de carga espacial. Estas regiones de carga juegan un papel fundamental en la aparición y situación de las descargas de las bobinas Tesla. Cuando el explosor se dispara, el condensador cargado se descarga en el primer arrollamiento, lo que hace que el circuito primario empiece a oscilar. La corriente oscilante crea un campo magnético que se acopla con el segundo arrollamiento, transfiriendo energía a la parte secundaria del transformador y produciendo que este oscile con la capacitancia toroidal. La transferencia de energía ocurre durante varios ciclos, y la mayor parte de la energía que originalmente se encontraba en la parte primaria, pasa a la secundaria. Cuanto mayor es el acoplamiento magnético entre los arrollamientos, menor será el tiempo requerido para completar la transferencia de energía. Según la energía crece en el circuito oscilante secundario, la amplitud del voltaje RF del toroide crece rápidamente, y en el aire circundante al toroide se produce una ruptura del dieléctrico, formando una descarga de corona. Según se sigue incrementando la energía (y el voltaje exterior) de la segunda bobina, se producen pulsos mayores de corriente de desplazamiento que ionizan y calientan el aire. Esto Página 4

DANIEL ENRIQUEZ VALVERDE forma una “raíz” de plasma caliente muy conductora, llamada chispa directora que se proyecta hacia el exterior del toroide. El plasma en esta “conductora” está considerablemente más caliente que una descarga de corona, y es considerablemente más conductora. De hecho, tiene propiedades similares a un arco eléctrico. La conductora se bifurca en miles de descargas mucho más finas, similares a cabellos, llamadas streamers. Estos streamers son como una “niebla” azulada al final de las conductoras más luminosas, y son estos los que transfieren la carga entre el toroide y las regiones espaciales de carga circundantes. Las corrientes de desplazamiento de incontables streamers alimentan a la conductora, ayudando a mantenerla caliente y eléctricamente conductora. En una bobina Tesla con explosor, el proceso de transferencia de energía entre los circuitos primarios y secundarios ocurre repetidamente a unas tasas típicas de transferencia de 50/500 veces por segundo, y los canales conductores previamente formados no tienen oportunidad de enfriarse totalmente entre pulsos. De esta forma, en pulsos sucesivos, las nuevas descargas pueden construirse en los rastros calientes dejados por sus predecesoras. Esto produce un crecimiento consecutivo de las conductoras de un pulso al siguiente, alargando la descarga en cada pulso sucesivo. La repetición de los pulsos produce que las descargas crezcan hasta que la energía media que está disponible en la bobina Tesla durante cada pulso se equilibre con la energía media perdida en las descargas (mayormente por calor). En este punto se alcanza el equilibrio dinámico, y las descargas alcanzan su máxima longitud para esa potencia exterior de la bobina. Esta única combinación de un alto voltaje creciente de radiofrecuencia y una repetición de pulsos parece ajustarse de forma ideal para crear descargas largas y bifurcadas que son considerablemente mayores que las que se podrían esperar simplemente considerando el voltaje exterior. Más de 100 años después del uso de las primeras bobinas Tesla, hay muchos aspectos de las descargas y de los procesos de transferencia de energía que todavía no se comprenden en su totalidad.

Aplicación.El aumento de la energía eléctrica es un problema meramente económico y social que afecta tanto a los seres humanos como al mundo, pues éste es el más importante porque durante el día nos encontramos con situaciones en las cuales podríamos ahorrar energía eléctrica y reconstruir nuestro mundo, sin cometer más errores o despertar la conciencia de los demás acerca del drama que vive e mundo de hoy, no solo por el mal manejo de la energía eléctrica sino por muchas otras razones. Por eso la Bobina Tesla se considera como un invento creado por Nikola Tesla, para reducir el costo de la energía eléctrica y también reducirá un poco el nivel de contaminación ya que estamos en peligro todos los seres humanos. Gracias a las presas hidroeléctricas se esta destruyendo gran parte del mundo pues hay inundaciones de terrenos agrícolas, cabe resaltar que no solo la vegetación se es afectada también los humanos sufres especialmente los que viven en terrenos donde se construyen centrales hidroeléctricas. Sin embargo están en peligro debido a que sus terrenos y hogares son destruidos por dar paso al embalse y a otras construcciones. Página 5

DANIEL ENRIQUEZ VALVERDE Pero se encontró una solución al problema que nos servirá mucho, por una parte si la exigencia de ahorrar energía fuera para las centrales hidroeléctricas, sin lugar alguna no se requeriría nuevas Centrales Hidroeléctricas, sobrarían.

Ventajas.1. No contamina el medio ambiente. 2. Reduce el costo de la energía eléctrica. 3. Su construcción es fácil. Sirve como instrumentos de investigaciones universitarias.

Desventajas.1. Tiene altas tensiones con otros aparatos eléctricos. 2. Algunos materiales son difíciles de conseguir.

OBSERVACIONES.1. La emisión de luz de la bombilla no era constante sino en parpadeo, lo cual indica que existía mucha caída de voltaje para poder mantener una bombilla encendida durante un largo tiempo. 2. La intensidad de corriente era muy peligrosa, ya que podía generar orificios en una hoja de papel. 3. El experimento en general es un modelo en mini-escala del funcionamiento de la bobina de tesla.

CONCLUSIONES.En conclusión, la bobina de tesla es un aparato con una aplicación esencial en un futuro. Debido a que cada vez son más necesarias las fuentes de energía limpia, la bobina de tesla es un instrumento para proporcionar energía ideal para el medio ambiente. De igual manera, el peligro para la vida humana que puede generar es alto, ya que la intensidad de corriente que emite con facilidad ocasiona un problema cardiaco.

CUESTIONARIO. ¿Cuál es la utilidad de la bobina de Tesla? ¿Cuál fue la intención de Tesla al inventarla? La bobina de Tesla se utiliza para reducir el costo de la energía eléctrica y reducir el nivel de contaminación. Al administrar corriente eléctrica sin la necesidad de cables, la bobina se transforma en un sistema ahorrador de energía y que además minimiza costos. Sin embargo, hasta ahora, no hay industria que haya implementado la bobina de Tesla en sus procesos.

Página 6

DANIEL ENRIQUEZ VALVERDE Precisamente, Tesla quería que toda la gente reciba energía eléctrica por medio de bobinas; es decir, sin cables.

BIBLIOGRAFÍA. http://bobinatesla.blogspot.com/  http://es.wikipedia.org/wiki/Bobina_de_Tesla  http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20071111215906AAqZU2X

Página 7...